EP4540434A1 - Verfahren zum dressieren eines schmelztauchbeschichteten stahlblechs und entsprechend dressiertes, schmelztauchbeschichtetes stahlblech - Google Patents

Verfahren zum dressieren eines schmelztauchbeschichteten stahlblechs und entsprechend dressiertes, schmelztauchbeschichtetes stahlblech

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Publication number
EP4540434A1
EP4540434A1 EP23731584.1A EP23731584A EP4540434A1 EP 4540434 A1 EP4540434 A1 EP 4540434A1 EP 23731584 A EP23731584 A EP 23731584A EP 4540434 A1 EP4540434 A1 EP 4540434A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steel sheet
weight
hot
tempering
coating
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
EP23731584.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Folkert Schulze-Kraasch
Dr. Fabian Junge
Bastian Schöntaube
Felix Pfützenreuter
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 EP4540434A1 publication Critical patent/EP4540434A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B27/00—Rolls, roll alloys or roll fabrication; Lubricating, cooling or heating rolls while in use
    • B21B27/005—Rolls with a roughened or textured surface; Methods for making same

Definitions

  • the invention relates to a method for tempering a hot-dip coated steel sheet and a correspondingly tempered, hot-dip coated steel sheet.
  • micro-serrations can lead to better substrate anchoring of the coating.
  • the mechanism of micro-toothing is described, for example, by Robertson.
  • a limit energy is described using the roughness height and the roughness length [Robertson, J. ; Manning, M.I.: Limits to adherence of oxide scales. Materials Science and Technology Vol. 6 (1990) 1, pp. 81-92],
  • an embossing of the stamp elements of the temper roller in the substrate surface can be identified, which can be seen as an indication of micro-toothing.
  • This fact becomes particularly clear through mathematical correlation evaluations of the topography data of the coated and stripped surfaces. Due to the stochastic/random topography/texture, spatial agreement between the coated and stripped measuring points is absolutely necessary.
  • the associated correlation images of the coated and stripped surfaces hardly show any correlating sheet metal areas, so that particularly regularly recurring correlating sheet metal areas cannot be recognized. It was found that the only strongly correlated area was a central maximum, which corresponds to the correlation of the coated and uncoated surfaces at exactly the same local surface area.
  • the object of the invention is therefore, in addition to a method for tempering a steel sheet, to also provide a tempered steel sheet with which the disadvantages of the prior art can be eliminated, in particular to ensure the adhesion properties of a coating on a steel substrate and to increase the robustness of the forming process .
  • the task in relation to the method for tempering a hot-dip coated steel sheet is solved with the features of claim 1.
  • the task in relation to the tempered, hot-dip coated steel sheet is solved with the features of claim 5.
  • a first teaching of the invention relates to a method for tempering a hot-dip coated steel sheet, wherein a steel substrate with a hot-dip coated coating is provided, which is passed in a tempering stand between two tempering rollers, at least one of the tempering rollers having deterministically arranged stamp elements on its surface, each stamp element on the surface of the temper roll has an area A P between 12.4 and 32,400 pm 2 .
  • the deterministically arranged stamp elements on the skin-pass roll usually produced using laser ablation, form a “positive” shape, which is applied to the skin-pass roll during skin-passing Act on the surface of a coated steel sheet and imprint a surface structure on the coated steel sheet as a “negative” shape.
  • a complete immersion of the stamp elements is practically not possible, so that a transfer of the shape of the geometry of the stamp elements into or onto the surface of the coated steel sheet is greater than 0%, in particular greater than 10%, preferably greater than 20% and smaller 100 °/o, in particular less than 90 °/o, preferably less than 85%.
  • stamp elements are introduced into or on the surface of the skin-pass roll by means of material removal, in which a positive influence can be exerted by targeted control of the energy, the pulse duration and selection of a suitable wavelength of a laser beam acting on the surface of the skin-pass roll.
  • a positive influence can be exerted by targeted control of the energy, the pulse duration and selection of a suitable wavelength of a laser beam acting on the surface of the skin-pass roll.
  • the interaction time between the laser beam and the skin-pass roll surface increases and more material can be removed from the surface of the skin-pass roll.
  • a pulse leaves an essentially circular crater on the surface of the temper roll. Reducing the pulse duration has an influence on the formation of a crater; in particular, the diameter of the crater can be reduced.
  • the stamp elements are therefore the remaining raised areas on the surface of the skin pass roller that are not detected by the laser.
  • the bombardment pattern to be generated can be computer-assisted using the laser on the surface of the temper roller.
  • the skin pass roller is thus provided with a large number of raised stamp elements.
  • each stamp element on the surface of the tempering roll has an area A P of between 12.4 and 32,400 pm 2 through ablation, the disadvantages of the prior art can be essentially eliminated, in particular the adhesion properties of a coating on a Steel substrate can be secured and the robustness of the forming process can be increased.
  • a particularly further improved coating adhesion on the substrate surface can result, for example, from the geometry of the stamp elements on the tempering roller if, according to one embodiment, each stamp element has an area AP (n) between 12.4 and 32,400 pm 2 .
  • the surface area AP is in particular at least 50 pm 2 , preferably at least 150 pm 2 , preferably at least 300 pm 2 , more preferably at least 500 pm 2 and in particular at most 30,000 pm 2 , preferably at most 25,000 pm 2 , preferably at most 20,000 pm 2 , more preferably maximum 15000 pm 2 .
  • the average area A P , m of the stamp elements results from the material content Smr(c P ) divided by the number of stamp elements per unit area Snr(c P ).
  • a Pm Smr(c P ) / Snr(c P ),
  • each stamp element on the surface of the tempering roll can have an area AP between 500 and 20,000 pm 2 , for example between 750 and 15,000 pm 2 .
  • Each stamp element on the surface of the tempering roll can preferably have an area A P of between 1001 and 5000 pm 2 .
  • each stamp element on the surface of the tempering roll can have an area A P of between 5001 and 10,000 pm 2 .
  • Both temper rollers are preferably designed with stamp elements arranged deterministically on their surfaces, each stamp element on the surface of the temper roller having an area A P of between 12.4 and 32,400 pm 2 .
  • the hot-dip coated steel flat sheet is tempered with the tempering roller or rollers with a tempering degree of at least 0.1% and a maximum of 2.5%, with a tempering degree of at least 0.3%, preferably at least 0.5%, being particularly preferred is set.
  • a tempering degree of at least 0.3% preferably at least 0.5%, being particularly preferred is set.
  • the degree of skin pass is in particular up to 2.0%, preferably up to 1.7%.
  • the skin-passing process and the setting of the skin-passing level are state of the art.
  • a second teaching of the invention provides for a tempered, hot-dip coated steel sheet, wherein at least one of the surfaces of the tempered, hot-dip coated steel sheet has deterministically arranged impressions, with measured height values Zj on the steel sheet in the hot-dip coated state and measured height values Uj on the steel sheet via a cross-correlation function r z , u in the stripped state in the congruent area, the correlation coefficient r resulting from the cross-correlation function r z>u being at least 0.50.
  • the measuring or evaluation area should be at least 0.5 x 0.5 mm2 . From 1.5 x 1.5 mm2, shape and ripples can be eliminated using filter measures.
  • the determination of the correlation coefficient and the underlying formulas are state of the art.
  • the defining stamp elements of the skin-pass roll surface are both planar in the plane of the sheet and vertically, especially in the layer structure, evenly distributed and can be found/detected, for example with the help of confocal reflected light microscopy.
  • Samples were created from coated steel sheets that were tempered according to the invention, each of which was measured with a surface in the coated and uncoated state after chemical stripping in the congruent area. The observation of the coated and stripped area is therefore congruent (same measuring areas), which means that an examined sample is viewed in a defined measuring area in the coated state and, after decoating, is viewed in the same/same defined measuring area as before in the coated state .
  • this can indicate an improvement in the adhesion properties of the coating on the substrate in the substrate/coating interface and thus demonstrate a flat positive fit in the interface level. If the correlation coefficient is high, at least 0.50, it is concluded that there is stronger embossing/embossing than in the prior art, so that this results in improved adhesion of the coating to/with the substrate.
  • the correlation coefficient r is at least 0.550, preferably at least 0.60, preferably at least 0.650, particularly preferably at least 0.70, more preferably at least 0.750, 0.760, 0.770, 0.780, 0.790, 0.80, 0.810, 0.820, 0.830, 0.840, 0.850, 0.860, 0.870, 0.880, 0.890, 0.90, 0.910, 0.920, 0.930, 0.940.
  • a correlation coefficient of 1 would be theoretically possible, but is highly unlikely to ever apply in practice, so that the correlation coefficient can be up to 1, in particular up to 0.990. It is believed that the higher the correlation coefficient, the better the adhesion between coating and substrate.
  • Sheet steel is generally understood to mean a flat steel product, which can be provided in sheet form (sheet metal) or in blank form (plate) or in strip form (steel strip).
  • the steel sheet is coated with a hot-dip coated coating.
  • the dressing of a steel sheet with a coating coated by hot-dipping thus takes place after coating in order to provide improved adhesion in the coating/substrate interface through the stamp elements designed according to the invention.
  • the steel sheet is hot-dip coated with a zinc-based coating.
  • the coating contains, in addition to zinc and unavoidable impurities, additional elements such as aluminum with a content of at least 0.1 up to 8.0% by weight and/or magnesium with a content of at least 0.1 up to 8.0% by weight.
  • additional elements such as aluminum with a content of at least 0.1 up to 8.0% by weight and/or magnesium with a content of at least 0.1 up to 8.0% by weight.
  • Steel sheets with a zinc-based coating have very good cathodic corrosion protection, which has been used in automobile construction for years. If improved corrosion protection 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 with a content of at least 0.3% by weight, in particular at least 0.6% 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 suitability can be guaranteed.
  • Unavoidable impurities and optional other components are limited to a maximum of 2.0% by weight.
  • the thickness of the coating can be between 1.5 and 15 pm, in particular between 2 and 12 pm, preferably between 3 and 10 pm.
  • the steel sheet is hot-dip coated with an aluminum-based coating.
  • the thickness of the coating can be between 1.5 and 15 pm, in particular between 2 and 12 pm, preferably between 3 and 10 pm.
  • the coating contains additional elements such as silicon with a content of up to 15% by weight, optionally iron up to 4% by weight, optionally alkali or alkaline earth metals up to 1.0% by weight and optional other components, the total content of which is limited to a maximum of 2.0% by weight.
  • the silicon content is either 0.2 to 4.5% by weight or 7 to 13% by weight, in particular 8 to 11% by weight.
  • the optional iron content comprises 0.2 to 4.5% by weight, in particular 1 to 4% by weight, preferably 1.5 to 3.5% by weight.
  • the optional content of alkali or alkaline earth metals comprises 0.01 to 1.0% by weight of magnesium, in particular 0.1 to 0.7% by weight of magnesium, preferably 0.1 to 0.5% by weight. -% magnesium.
  • the optional content of alkali or alkaline earth metals can in particular include at least 0.0015% by weight of calcium.
  • the aluminum-based coating contains, in addition to aluminum and unavoidable impurities, additional elements such as zinc 2 to 24 wt. %, silicon 1 to 7% by weight, optionally magnesium 1 to 8% by weight, if the silicon content should be between 1 and 4% by weight, optionally up to 0.3% by weight in total Pb , Ni, Zr or Hf.
  • additional elements such as zinc 2 to 24 wt. %, silicon 1 to 7% by weight, optionally magnesium 1 to 8% by weight, if the silicon content should be between 1 and 4% by weight, optionally up to 0.3% by weight in total Pb , Ni, Zr or Hf.
  • the skin pass was carried out on two steel strips with two differently stochastically structured EDT skin pass roller pairs (EDT1, EDT2) in a tempering stand and on the remaining four steel strips with laser-textured, differently deterministic ones arranged stamp elements having tempering roller pairs (LT1, LT2, LT3, LT4) in a tempering stand. Additional parameters are listed in Table 1.
  • the coated samples were further subjected to a so-called “T-bend test” in accordance with standard EN13523-7, with average Number of cracks in the cross section were quantitatively recorded. Also an investigation according to Renault regulation “Multifrottement Test (MFT)” D31_1738, see also Table 10.1 on page 252 in “Advanced Techniques for Assessment Surface Topography: Development of a Basis for 3D Surface Texture Standards SURFSTAND”, ISBN 1 9039 9611 2, was carried out so that by recording the coefficient of friction over several load cycles in the MFT test, possible layer delamination could be concluded and recorded in a qualified manner.
  • MFT Multifrottement Test

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dressieren eines schmelztauchbeschichteten Stahlblechs sowie ein entsprechend schmelztauchbeschichtetes, dressiertes Stahlblech.

Description

Verfahren zum Dressieren eines schmelztauchbeschichteten Stahlblechs und entsprechend dressiertes, schmelztauchbeschichtetes Stahlblech
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dressieren eines schmelztauchbeschichteten Stahlblechs sowie ein entsprechend dressiertes, schmelztauchbeschichtetes Stahlblech.
Komplexe Umformprozesse führen an der Grenzfläche zwischen Substrat und Beschichtung zu einer erhöhten Materialbeanspruchung bis hin zur Delamination der Beschichtung. Dies zeigt sich insbesondere in engen Radienbereichen bei hohen Umformgraden. Zu nennen wären hier beispielsweise Blechbauteile für die Fahrzeugindustrie, deren Formgestalt durch lokal hohe Umformbelastung gekennzeichnet sind, beispielsweise Stylingkanten oder sogenannte Tornadolinien. Mit der Delamination der Beschichtung können verschiedene Fehler einhergehen, wie zum Beispiel verringerter Bauteilkorrosionswiderstand, mangelhafte optische Erscheinung am optional zusätzlich lackierten Bauteil, Oberflächenbeschädigungen angrenzender Blechbereiche durch delaminierte Schichtteile, welche eine erhöhte Abriebbildung fördern. Im Umformprozess können delaminierte Schichtteile zusätzlich die Werkzeugstandzeit beziehungsweise Werkzeugverfügbarkeit negativ beeinflussen sowie Produktionsausfall verursachen.
Aus der Werkstoffwissenschaft ist bekannt, dass Mikroverzahnungen zu einer besseren Substratverankerung der Beschichtung führen können. Der Mechanismus der Mikroverzahnung ist beispielweise von Robertson beschrieben. Hierbei wird unter anderem über die Rauheitshöhe und die Rauheitslänge eine Grenzenergie beschrieben [Robertson, J. ; Manning, M. I.: Limits to adherence of oxide scales. Materials Science and Technology Vol. 6 (1990) 1, S. 81-92],
Weiterhin ist aus der Fügetechnik von Blechen das Verfahren des Clinchens bekannt, welches auf makroskopischer Ebene ein Verprägen der beiden Fügepartner beschreibt.
Bei Dressierprozessen von schmelztauchbeschichteten Stahlflachmaterial gemäß dem Stand der Technik, bei dem die Formelemente der Dressierwalze(n) in der Regel stochastisch/zufällig auf der Dressierwalzenoberfläche verteilt sind, ist keine erkennbare gleichmäßig über die gesamte Oberfläche verteilte Übertragung der Formelemente durch die Beschichtung bis in die Substratschicht zu beobachten. Die aus dem Stand der Technik bekannte konfokale Auflichtmikroskopie kann zur Beurteilung herangezogen werden, um einen Nachweis zu liefern, inwieweit eine Mikroverzahnung stattgefunden hat. Dazu werden Proben erstellt, welche jeweils mit einer Oberfläche in beschichtetem sowie unbeschichtetem Zustand nach beispielsweise chemischem Entschichten vermessen werden. Anhand der optischen Erscheinung der Oberflächen kann bereits ein Durchprägen der Stempelelemente der Dressierwalze in der Substratoberfläche identifiziert werden, welches als Indiz für eine Mikroverzahnung gewertet werden kann. Besonders deutlich wird dieser Umstand durch mathematische Korrelationsauswertungen der Topographiedaten der beschichteten und entschichteten Oberflächen. Aufgrund der stochastischen/zufälligen Topgraphie/Textur ist eine räumliche Übereinstimmung der beschichteten sowie entschichteten Messstellen zwingend notwendig. Die dazu gehörenden Korrelationsbilder der beschichteten sowie entschichteten Oberflächen zeigen kaum korrelierende Blechbereiche, so dass auch besonders regelmäßig wiederkehrende korrelierende Blechbereiche nicht erkennbar sind. Festgestellt werden konnte, dass sich als stark korrelierender Bereich lediglich ein zentrales Maximum zeigt, welches der Korrelation der beschichteten sowie unbeschichteten Oberfläche an exakt dem gleichen örtlichen Oberflächenbereich entspricht.
Die Aufgabe der Erfindung ist daher, neben einem Verfahren zum Dressieren eines Stahlblechs auch ein dressiertes Stahlblech anzugeben, mit welchem die Nachteile aus dem Stand der Technik behoben werden können, insbesondere die Haftungseigenschaften einer Beschichtung auf einem Stahlsubstrat zu sichern und die Robustheit des Umformprozesses zu steigern.
Die Aufgabe in Bezug auf das Verfahren zum Dressieren eines schmelztauchbeschichteten Stahlblechs wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe in Bezug auf das dressierte, schmelztauchbeschichtete Stahlblech wird mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst.
Eine erste Lehre der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Dressieren eines schmelztauchbeschichteten Stahlblechs, wobei ein Stahlsubstrat mit einem schmelztauchbeschichteten Überzug bereitgestellt wird, welches in einem Dressiergerüst zwischen zwei Dressierwalzen hindurchgeführt wird, wobei mindestens eine der Dressierwalzen deterministisch angeordnete Stempelelemente auf ihrer Oberfläche aufweist, wobei jedes Stempelelement auf der Oberfläche der Dressierwalze einen Flächeninhalt AP zwischen 12,4 und 32400 pm2 aufweist.
Die auf der Dressierwalze in der Regel mittels Laser-Ablation hergestellten, deterministisch angeordneten Stempelelemente bilden eine „positive“ Form, welche beim Dressieren auf die Oberfläche eines beschichten Stahlblechs einwirken und eine Oberflächenstruktur auf dem beschichteten Stahlblech als „negative“ Form einprägen. Ein vollständiges EinprägenZ-tauchen der Stempelelemente ist praktisch nicht möglich, so dass eine Übertragung der Form der Geometrie der Stempelelemente in bzw. auf die Oberfläche des beschichteten Stahlblechs größer 0 °/o, insbesondere größer 10 °/o, vorzugsweise größer 20 % und kleiner 100 °/o, insbesondere kleiner 90 °/o, vorzugsweise kleiner 85 % ist.
Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen von lasertexturierten Dressierwalzen sind Stand der Technik, vgl. u. a. EP 2 892 663 Bl. Unter deterministischer Oberflächentopografie/Ober- flächenstruktur bzw. deterministisch angeordnete Stempelelemente sind wiederkehrende Oberflächenstrukturen zu verstehen, welche eine definierte Form und/oder Ausgestaltung aufweisen, vgl. auch EP 2 892 663 Bl .
Mittels Laser werden deterministisch angeordnete Stempelelemente in die bzw. auf der Oberfläche der Dressierwalze mittels Materialabtrag eingebracht, indem durch gezielte Ansteuerung der Energie, der Pulsdauer und Wahl einer geeigneten Wellenlänge eines auf die Oberfläche der Dressierwalze einwirkenden Laserstrahls positiv Einfluss genommen werden kann. Mit hoher bzw. höherer Pulsdauer steigt die Wechselwirkungszeit von Laserstrahl und Dressierwalzenoberfläche und es kann mehr Material auf der Oberfläche der Dressierwalze abgetragen werden. Ein Puls hinterlässt auf der Dressierwalzenoberfläche einen im Wesentlichen kreisrunden Krater. Eine Reduktion der Pulsdauer hat Einfluss auf die Ausbildung eines Kraters, insbesondere kann der Durchmesser des Kraters verringert werden. Die Stempelelemente sind somit die verbleibenden, vom Laser nicht erfassten, erhabenen Bereiche auf der Oberfläche der Dressierwalze. Insbesondere kann das zu erzeugende Beschussmuster mittels des Lasers auf der Oberfläche der Dressierwalze computerunterstützt erfolgen.
Die Dressierwalze wird so mit einer Vielzahl an erhabenen Stempelelementen versehen. Die Anzahl n der Stempelelemente in einer Referenz(-teil)fläche Aref ergibt eine Anzahl zu Flächenverhältnis Snr = n/Aref.
Überraschend wurde festgestellt, dass, wenn durch Ablation jedes Stempelelement auf der Oberfläche der Dressierwalze einen Flächeninhalt AP zwischen 12,4 und 32400 pm2 aufweist, die Nachteile aus dem Stand der Technik im Wesentlichen behoben werden können, insbesondere die Haftungseigenschaften einer Beschichtung auf einem Stahlsubstrat gesichert und die Robustheit des Umformprozesses gesteigert werden können. Eine insbesondere weitere verbesserte Beschichtungshaftung auf der Substratoberfläche kann sich beispielsweise aus der Geometrie der Stempelelemente auf der Dressierwalze ergeben, wenn gemäß einer Ausgestaltung jedes Stempelelement einen Flächeninhalt AP(n) zwischen 12,4 und 32400 pm2 aufweist. Der Flächeninhalt AP beträgt insbesondere mindestens 50 pm2, vorzugsweise mindestens 150 pm2, bevorzugt mindestens 300 pm2, weiter bevorzugt mindestens 500 pm2 und insbesondere maximal 30000 pm2, vorzugsweise maximal 25000 pm2, bevorzugt maximal 20000 pm2, weiter bevorzugt maximal 15000 pm2.
Die Flächeninhalte der Stempelelemente werden in einer Schnittebene cp gemessen, in der d2Smr(c0)/dc2, die zweite Ableitung der Firestone-Abbott Kurve Smr(c), ein Maximum besitzt: d2Smr(c0)/dc2 = (Smr(c0 + Ac) - 2 Smr(c0) + Smr(c0 - Ac) ) / (Ac)2 d2Smr(cP)/dc2 = Maximum c ist Abstand der Schnittebene, sprich Tiefe, unterhalb einer Referenzebene wie z. B. einem Höhenwert. Zur Rauschunterdrückung kann es vorteilhaft sein, die Funktion Smr(c) mittels eines Mittelwertfilters mit einer Breite von 1 pm zu glätten. Der Diskretisierungsabstand Ac kann kleiner als 0,1 pm berücksichtigt werden.
Der durchschnittliche Flächeninhalt AP,m der Stempelelemente ergibt sich aus dem Materialanteil Smr(cP) dividiert durch die Anzahl der Stempelelemente pro Flächeneinheit Snr(cP) mit
AP.m = Smr(cP) / Snr(cP),
Insbesondere kann jedes Stempelelement auf der Oberfläche der Dressierwalze einen Flächeninhalt AP zwischen 500 und 20000 pm2, beispielsweise zwischen 750 und 15000 pm2 aufweisen.
Bevorzugt kann jedes Stempelelement auf der Oberfläche der Dressierwalze einen Flächeninhalt AP zwischen 1001 und 5000 pm2 aufweisen.
Gemäß einer alternativen bevorzugten Ausführung kann jedes Stempelelement auf der Oberfläche der Dressierwalze einen Flächeninhalt AP zwischen 5001 und 10000 pm2 aufweisen. Vorzugsweise sind beide Dressierwalzen mit jeweils auf ihren Oberflächen deterministisch angeordneten Stempelelementen ausgebildet, wobei jedes Stempelelement auf der Oberfläche der Dressierwalze einen Flächeninhalt AP zwischen 12,4 und 32400 pm2 aufweist.
Das schmelztauchbeschichtete Stahlflachblech wird mit der Dressierwalze bzw. mit den Dressierwalzen mit einem Dressiergrad von mindestens 0,1 % und maximal 2,5 % dressiert, wobei ein Dressiergrad insbesondere von mindestens 0,3 %, vorzugsweise von mindestens 0,5 % als besonders bevorzugt eingestellt wird. Bei einem Dressiergrad von mehr als 2,5 % würden sowohl die mechanischen Eigenschaften negativ beeinflusst werden. Um die Maßhaltigkeit und Oberflächenbeschaffenheit zu optimieren beträgt der Dressiergrad insbesondere bis zu 2,0 %, vorzugsweise bis zu 1,7 %. Der Dressierprozess sowie die Einstellung des Dressiergrads sind Stand der Technik.
Eine zweite Lehre der Erfindung sieht ein dressiertes, schmelztauchbeschichtetes Stahlblech vor, wobei mindestens eine der Oberflächen des dressierten, schmelztauchbeschichteten Stahlblechs deterministisch angeordnete Einprägungen aufweist, wobei über eine Kreuzkorrelationsfunktion rz,u gemessene Höhenwerte Zj am Stahlblech im schmelztauchbeschichteten Zustand und gemessene Höhenwerten Uj am Stahlblech im entschichteten Zustand im deckungsgleichen Bereich verglichen werden, wobei der sich aus der Kreuzkorrelationsfunktion rz>u ergebende Korrelationskoeffizient r mindestens 0,50 beträgt. Der Korrelationskoeffizienten r ergibt sich aus der Kreuzkorrelationsfunktion rz>u mit rz u =
, wobei sz.u die Kovarianz ist und bestimmt wird durch sZiU = - z) * (ut - u) mit den
1 1
Mittelwerten z = -S”=i zL und ü = -£”= 1 ut sowie den Standardabweichungen sz = J ^ Sr=i(Zi - z )2 und su = J i Sr=i(Ui - ü )2 .
Die Mess- bzw. Auswertefläche sollte mindestens 0,5 x 0,5 mm2 betragen. Ab 1,5 x 1,5 mm2 können Form und Welligkeiten durch Filtermaßnahmen beseitigt werden. Die Ermittlung des Korrelationskoeffizienten sowie die dahinterliegenden Formeln sind Stand der Technik.
Im Gegensatz zum Stand der Technik sind die prägenden Stempelelemente der Dressierwalzenoberfläche sowohl planar in der Blechebene als auch vertikal insbesondere im Schichtaufbau gleichmäßig verteilt und aufzufinden/nachweisbar, beispielsweise mit Hilfe der konfokalen Auflichtmikroskopie darstellbar. Aus erfindungsgemäß dressierten beschichteten Stahlblechen sind Proben erstellt worden, welche jeweils mit einer Oberfläche in beschichtetem sowie unbeschichtetem Zustand nach chemischem Entschichten im deckungsgleichen Bereich vermessen worden sind. Die Betrachtung des be- und entschichteten Bereichs ist somit deckungsgleich (gleiche Messflächen), soll heißen, dass eine untersuchte Probe in einer definierten Messfläche im beschichteten Zustand betrachtet wird und nach dem Entschichten in der gleichen / derselben definierten Messfläche wie vorher im beschichteten Zustand betrachtet wird. Insbesondere kann dadurch auf eine Verbesserung der Haftungseigenschaften der Beschichtung auf dem Substrat im Interface Substrat/Beschichtung hingewiesen und somit ein ebener Formschluss in der Interface-Ebene belegt werden. Ist der Korrelationskoeffizient hoch, mindestens 0,50, wird auf ein stärkeres Ein-/Durchprägen als im Stand der Technik geschlossen, so dass sich somit eine verbesserte Haftung der Beschichtung auf/mit dem Substrat ergibt.
Insbesondere beträgt der Korrelationskoeffizient r mindestens 0,550, vorzugsweise mindestens 0,60, bevorzugt mindestens 0,650, besonders bevorzugt mindestens 0,70, weiter bevorzugt mindestens 0,750, 0,760, 0,770, 0,780, 0,790, 0,80, 0,810, 0,820, 0,830, 0,840, 0,850, 0,860, 0,870, 0,880, 0,890, 0,90, 0,910, 0,920, 0,930, 0,940. Ein Korrelationskoeffizient von 1 wäre theoretisch möglich, trifft aber mit hoher Wahrscheinlichkeit in der Praxis nie zu, so dass der Korrelationskoeffizient bis 1 , insbesondere bis 0,990 betragen kann. Es wird angenommen, dass je höher der Korrelationskoeffizient, umso besser die Haftung zwischen Beschichtung und Substrat.
Unter Stahlblech ist allgemein ein Stahlflachprodukt zu verstehen, welches in Blechform (Blech) bzw. in Platinenform (Platine) oder in Bandform (Stahlband) bereitgestellt werden kann.
Das Stahlblech ist mit einem schmelztauchbeschichteten Überzug beschichtet. Das Dressieren eines Stahlblechs mit einem mittels Schmelztauchen beschichteten Überzugs erfolgt somit nach dem Beschichten, um durch die erfindungsgemäß ausgeprägten Stempelelemente eine verbesserte Haftung im Interface Beschichtung/Substrat anzugeben.
Beispielsweise ist das Stahlblech mit einem zinkbasierten Überzug schmelztauchbeschichtet.
Insbesondere enthält der Überzug neben Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Aluminium mit einem Gehalt von mindestens 0,1 bis zu 8,0 Gew.-% und/oder Magnesium mit einem Gehalt von mindestens 0,1 bis zu 8,0 Gew.-%. Stahlbleche mit zinkbasiertem Überzug weisen einen sehr guten kathodischen Korrosionsschutz auf, welche seit Jahren im Automobilbau eingesetzt werden. Ist ein verbesserter Korrosionsschutz vorgesehen, weist der Überzug zusätzlich Magnesium mit einem Gehalt von mindestens 0,3 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0,6 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 0,9 Gew.-% auf. Aluminium kann alternativ oder zusätzlich zu Magnesium mit einem Gehalt von mindestens 0,3 Gew.-%, insbesondere von mindestens 0,6 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. Unvermeidbare Verunreinigungen und optionale weitere Bestandteile sind in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt.
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.
Gemäß einer alternativen Variante ist das Stahlblech mit einem aluminiumbasierten Überzug schmelztauchbeschichtet. 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.
Insbesondere enthält der Überzug neben Aluminium und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Silizium mit einem Gehalt bis zu 15 Gew.-%, optional Eisen bis zu 4 Gew.-%, optional Alkali- oder Erdalkalimetalle bis zu 1,0 Gew.-% und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind.
Bei einer bevorzugten Variante beträgt der Siliziumgehalt entweder 0,2 bis 4,5 Gew.-% oder 7 bis 13 Gew.-%, insbesondere 8 bis 11 Gew.-%. Bei einer bevorzugten Variante umfasst der optionale Eisengehalt 0,2 bis 4,5 Gew.-%, insbesondere 1 bis 4 Gew.-%, bevorzugt 1,5 bis 3,5 Gew.-%. Bei einer bevorzugten Variante umfasst der optionale Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen 0,01 bis 1,0 Gew.-% Magnesium, insbesondere 0,1 bis 0,7 Gew.-% Magnesium, bevorzugt 0,1 bis 0,5 Gew.-% Magnesium. Weiterhin kann der optionale Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen insbesondere mindestens 0,0015 Gew.-% Calcium umfassen.
Beispielsweise enthält der aluminiumbasierte Überzug bei einer alternativen Variante neben Aluminium und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Zink 2 bis 24 Gew.- %, Silizium 1 bis 7 Gew.-%, optional Magnesium 1 bis 8 Gew.-%, wenn der Gehalt von Silizium zwischen 1 und 4 Gew.-% liegen sollte, optional bis zu 0,3 Gew.-% in Summe Pb, Ni, Zr oder Hf.
In einem praktischen Versuch wurden drei beschichtete Stahlbleche (Stahlbänder) mit einem zinkbasierten Überzug dressiert (EDT1, LT1, LT3). Dicke und Zusammensetzung der Stahlbänder sowie Dicke und Zusammensetzung des zinkbasierten Überzugs waren bei allen drei gleich. Drei weitere beschichtete Stahlbleche (Stahlbänder) mit einem aluminiumbasierten Überzug wurden ebenfalls dressiert (EDT2, LT2, LT4). Dicke und Zusammensetzung der Stahlbänder sowie Dicke und Zusammensetzung des aluminiumbasierten Überzugs waren bei allen drei gleich Das Dressieren wurde an zwei Stahlbändern mit zwei unterschiedlich stochastisch strukturierten EDT-Dressierwalzenpaaren (EDT1, EDT2) in einem Dressiergerüst und an den restlichen vier Stahlbändern mit lasertexturierten, unterschiedlich deterministisch angeordneten Stempelelementen aufweisenden Dressierwalzenpaaren (LT1, LT2, LT3, LT4) in einem Dressiergerüst durchgeführt. Weitere Parameter sind in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1
Aus den sechs dressierten, beschichteten Stahlbändern wurden jeweils 10 Proben entnommen, welche näher untersucht wurden. Dabei wurden sowohl die Höhenwerte der beschichteten wie auch die Höhenwerte der chemisch entschichteten Proben mittels konfokaler Auflichtmikroskopie in ein und der gleichen/derselben Messfläche mit 0,8 x 0,8 mm2 vermessen. Entschichtet wurde wie folgt: Abspülen der Proben mit Ethanol und Trocknen; Entzinken mit inhibierter Salzsäure (im Wesentlichen vollständiges Entfernen der Beschichtung); Abspülen mit Ethanol und Trocknen. Die vermessenen Oberflächen der beschichteten und entschichteten Proben wurden einer mathematischen Korrelationsauswertung der Topographiedaten unterzogen (psoft analysis premium 6.2.6967) und der Korrelationskoeffizient r ermittelt. Die beschichteten Proben wurden des Weiteren einem sogenannten „T-bend test“ gemäß Norm EN13523-7 unterzogen, wobei durchschnittliche Anzahl der Risse im Querschliff quantitativ erfasst wurden. Auch eine Untersuchung nach Renault Vorschrift „Multifrottement Test (MFT)“ D31_1738, vgl. auch Tabelle 10.1 auf Seite 252 in „Advanced Techniques for Assessment Surface Topography: Development of a Basis for 3D Surface Texture Standards SURFSTAND“, ISBN 1 9039 9611 2, wurde durchgeführt, so dass über die Aufzeichnung des Reibwertes über mehrere Belastungszyklen beim MFT-Test, auf eine mögliche Schichtdelamination zurückgeschlossen werden konnte und qualifiziert erfasst wurde. Hierbei zeigte sich, dass die Reibung infolge einer möglichen Schichtdelamination äußerst gering ausfällt, wenn eine ausgeprägte Mikroverzahnung im Interface Beschichtung/Substrat vorliegt, wobei ++ auf eine geringe bis keine und - auf eine Delamination im MFT im Interface hindeutet. In der Tabelle 2 sind die Ergebnisse der untersuchten Proben zusammengefasst.
Tabelle 2

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Dressieren eines schmelztauchbeschichteten Stahlblechs, wobei ein Stahlsubstrat mit einem schmelztauchbeschichteten Überzug bereitgestellt wird, welches in einem Dressiergerüst zwischen zwei Dressierwalzen hindurchgeführt wird, wobei mindestens eine der Dressierwalzen deterministisch angeordnete Stempelelemente auf ihrer Oberfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Stempelelement auf der Oberfläche der Dressierwalze einen Flächeninhalt AP zwischen 12,4 und 32400 pm2 aufweist.
2. Verfahren zum Dressieren nach Anspruch 1, wobei jedes Stempelelement auf der Oberfläche der Dressierwalze einen Flächeninhalt AP zwischen 500 und 20000 pm2 aufweist.
3. Verfahren zum Dressieren nach Anspruch 1 oder 2, wobei jedes Stempelelement auf der Oberfläche der Dressierwalze einen Flächeninhalt AP zwischen 1001 und 5000 pm2 aufweist.
4. Verfahren zum Dressieren nach Anspruch 1 oder 2, wobei jedes Stempelelement auf der Oberfläche der Dressierwalze einen Flächeninhalt AP zwischen 5001 und 10000 pm2 aufweist.
5. Dressiertes, schmelztauchbeschichtetes Stahlblech, insbesondere dressiert nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine der Oberflächen des dressierten, schmelztauchbeschichteten Stahlblechs deterministisch angeordnete Einprägungen aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass wobei über eine Kreuzkorrelationsfunktion rz,u gemessene Höhenwerte Zj am Stahlblech im schmelztauchbeschichteten Zustand und gemessene Höhenwerten Uj am Stahlblech im entschich- teten Zustand im deckungsgleichen Bereich verglichen werden, wobei der sich aus der Kreuzkorrelationsfunktion rz>u ergebende Korrelationskoeffizient r mindestens 0,50 beträgt.
6. Stahlblech nach Anspruch 5, wobei das Stahlblech mit einem zinkbasierten Überzug schmelztauchbeschichtet ist. Stahlblech nach Anspruch 6, wobei im Überzug neben Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Aluminium mit einem Gehalt von mindestens 0,1 bis zu 8,0 Gew.-% und/oder Magnesium mit einem Gehalt von mindestens 0,1 bis zu 8,0 Gew.-% in dem Überzug enthalten sein können. Stahlblech nach Anspruch 5, wobei das Stahlblech mit einem aluminiumbasierten Überzug schmelztauchbeschichtet ist. Stahlblech nach Anspruch 8, wobei im Überzug neben Aluminium und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Silizium mit einem Gehalt bis zu 15 Gew.-%, optional Eisen bis zu 4 Gew.-%, optional Alkali- oder Erdalkalimetalle bis zu 1,0 Gew.-% und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, in dem Überzug enthalten sein können. Stahlblech nach Anspruch 8, wobei im Überzug neben Aluminium und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Zink 2 bis 24 Gew.-%, Silizium 1 bis 7 Gew.- %, optional Magnesium 1 bis 8 Gew.-%, wenn der Gehalt von Silizium zwischen 1 und 4 Gew.-% liegen sollte, optional bis zu 0,3 Gew.-% in Summe Pb, Ni, Zr oder Hf, in dem Überzug enthalten sein können.
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