EP4587264A1 - Halbzeug für die warmumformung - Google Patents

Halbzeug für die warmumformung

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Publication number
EP4587264A1
EP4587264A1 EP23772794.6A EP23772794A EP4587264A1 EP 4587264 A1 EP4587264 A1 EP 4587264A1 EP 23772794 A EP23772794 A EP 23772794A EP 4587264 A1 EP4587264 A1 EP 4587264A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
semi
finished product
thickness
aluminum
based coating
Prior art date
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Pending
Application number
EP23772794.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Myslowicki
Dirk Rosenstock
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
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Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Steel Europe AG filed Critical ThyssenKrupp Steel Europe AG
Publication of EP4587264A1 publication Critical patent/EP4587264A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B32B15/00—Layered products comprising a layer of metal
    • B32B15/01—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
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    • B32B15/012—Layered products comprising a layer of metal all layers being exclusively metallic one layer being formed of an iron alloy or steel, another layer being formed of aluminium or an aluminium alloy
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
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    • C23C2/40—Plates; Strips
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2251/00—Treating composite or clad material
    • C21D2251/02—Clad material

Definitions

  • Zone 2 reduced heating rate with different progressions between 570°C and
  • the semi-finished product comprises a base sheet made of steel, which is locally reinforced on its surface by connecting (welding) with at least one or more additional steel sheets, which are (are) smaller in size than the base plate.
  • the additional steel sheet(s) for reinforcement are provided with an aluminum-based coating and, when connected to the base sheet, form the section with the second thickness of the semi-finished product.
  • the base sheet forms the section with the first thickness of the semi-finished product (with the exception of the section or sections in which the additional steel sheets are connected to the base sheet), wherein the base sheet can preferably also consist of a steel sheet coated with an aluminum-based coating.
  • a deterministic surface structure is introduced in the course of a skin pass on the surface of the steel sheet coated with an aluminum-based coating as a negative impression by applying force with a positive impression on the skin pass roller with a defined texture, with a valley area on the surface of the coating being a mountain area on the surface of the roller corresponds.
  • the setting of the roughness Ra and/or the number of peaks RPc on the surface of the steel sheet depends, on the one hand, on the roughness Ra and the number of peaks RPc of the surface of the roll and, on the other hand, on the transmission rate, which is dependent on the degree of rolling and/or on the rolling force , and can therefore be controlled specifically.
  • C 0.05 to 0.5, in particular at least 0.10, preferably at least
  • Mg in the coating can contribute to a reduction in the uptake of diffusible hydrogen into the substrate.
  • Zn can be present in particular at least 0.1% by weight, preferably at least 0.2% by weight, the content being in particular at a maximum of 20.0% by weight, preferably at a maximum of 10.0% by weight. , preferably can be limited to a maximum of 5.0% by weight.
  • Zn in the coating can help improve corrosion resistance.
  • One of the samples VI to 13 was each coated with a further steel sheet (22MnB5, 1.0 mm) and an aluminum-based coating (Si: 7%, Fe: 2%, balance Al and unavoidable impurities, thickness 25 pm) with a stochastic dressing Surface structure welded in a butt joint, so that a semi-finished product is ready for hot forming as a tailor-welded blank. could be provided.
  • the further steel sheet thus forms the section with the first thickness and the sample thus forms the section with the second thickness of the semi-finished product.
  • Samples VI to 13 or the sections of the second thickness of the semi-finished products were equipped with a thermocouple and the semi-finished products were then heated at an oven temperature of 920 ° C.
  • the time required to heat the semi-finished products/samples up to 910°C is also listed in Table 1.
  • the drawing shows three different semi-finished products (1) for hot forming shown schematically in section in Figure 1, designed as tailor-welded blank, see figure la), as tailor-rolled blank, see figure lb) and as patch-work blank , see figure lc).
  • the semi-finished product (1) comprises a first or more first sections with a first thickness (dl) and at least one second or more second sections with a second thickness (d2), the first thickness (dl) being less than the second thickness (d2 ), wherein the semi-finished product (1) comprises, at least in the section of the second thickness (d2), a steel sheet (2) coated with an aluminum-based coating (2.1), wherein the semi-finished product (1) at least in the section of the second thickness (d2) with the aluminum-based Coating (2.1) has a deterministic surface structure.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Halbzeug (1) für die Warmumformung, welches ein tailor-welded blank, ein tailor-rolled blank oder ein patch-work blank ist, wobei das Halbzeug (1) einen ersten oder mehrere erste Abschnitte mit einer ersten Dicke (d1) und mindestens einen zweiten oder mehrere zweite Abschnitte mit einer zweiten Dicke (d2) umfasst, wobei die erste Dicke (d1) geringer ist als die zweite Dicke (d2), wobei das Halbzeug (1) zumindest im Abschnitt der zweiten Dicke (d2) ein mit einem aluminiumbasierten Überzug (2.1) beschichtetes Stahlblech (2) umfasst, wobei das Halbzeug (1) zumindest im Abschnitt der zweiten Dicke (d2) mit dem aluminiumbasierten Überzug (2.1) eine deterministisch ausgebildete Oberflächenstruktur aufweist.

Description

Halbzeug für die Warmumformung
Die Erfindung betrifft ein Halbzeug für die Warmumformung, welches ein tailor-welded blank, ein tailor-rolled blank oder ein patch-work blank ist, wobei das Halbzeug einen ersten oder mehrere erste Abschnitte mit einer ersten Dicke und mindestens einen zweiten oder mehrere zweite Abschnitte mit einer zweiten Dicke umfasst, wobei die erste Dicke geringer ist als die zweite Dicke, wobei das Halbzeug zumindest im Abschnitt der zweiten Dicke ein mit einem aluminiumbasierten Überzug beschichtetes Stahlblech umfasst.
In der Warmumformung von härtbaren Stählen, beispielsweise Mangan-Bor-Stähle, kommen heutzutage in der Regel Feueraluminierungen (FAL) als Überzüge zum Einsatz, vgl. auch beispielhaft EP 2 086 755 Bl und EP 2 242 863 Bl. Diese bieten während dem der Warmumformung vorgelagerten Glühprozesses einen effektiven Zunderschutz und sichern so die Weiterverarbeitbarkeit des pressgehärteten Bauteils, ohne dass ein weiterer Prozessschritt zum Entfernen von Zunderbelegungen notwendig wäre. Während des o.g. Glühprozesses kommt es mit zunehmender Glühdauer zu einem Ablauf von metallurgischen Umwandlungen der FAL- Schicht. Da die typischen Prozesstemperaturen bei der Warmumformung mit ca. 900°C deutlich oberhalb der Schmelztemperatur der FAL-Schicht liegen, ergibt sich ein Aufschmelzen der Beschichtung. Dieser Effekt wird jedoch dadurch abgemildert, dass aus dem Substrat eindiffundierendes Eisen den Schmelzpunkt des Überzugs signifikant anhebt. Wird der Glühprozess erfolgreich durchlaufen, so bildet sich in der Regel ein mehrlagiger Schichtaufbau aus, welcher beim anschließenden Abpressen sowie bei der späteren Weiterverarbeitung ein gutmütiges Eigenschaftsspektrum aufweist.
Für eine adäguate Weiterverarbeitbarkeit des pressgehärteten Materials ist es in jedem Falle notwendig, dass der oben beschriebene Umwandlungsprozess in der Beschichtung vollständig abgeschlossen ist. Daher ist eine ausreichend lange Glühung im Vorfeld der Presshärtung technisch unabdingbar. Für diese Glühung müssen wiederum Ofenkapazitäten und Energieressourcen aufgewandt werden. Für ein beispielsweise FAL-beschichtetes 22MnB5-Blech mit einer Dicke von 1,5 mm wird hierfür typischerweise eine Glühdauer von ca. 4 bis 5 min bei Temperaturen leicht oberhalb 900°C benötigt. Diese Glühdauer setzt sich dabei aus zwei zeitlichen Phasen zusammen: Zunächst vergeht einige Zeit im Ofen, bis das zuvor kalte Blechmaterial die gewünschte Zieltemperatur erreicht hat. Die zweite Phase besteht dann aus einem Halten des Rohlings auf Zieltemperatur - solange, bis die Schicht die oben beschriebenen Umwandlungen durchlaufen hat. Dabei kommt insbesondere der ersten Phase (dem Aufheizen) eine besondere Bedeutung zu, denn solange das Material noch nicht auf Zieltemperatur ist, laufen auch die an der Umwandlung beteiligten Diffusionsprozesse deutlich verlangsamt ab.
Um unterschiedliche Funktionen in einem Bauteil vereinen zu können, sind die sogenannten tailored products entwickelt worden, welche belastungsgerecht für jede Aufgabe ausgelegt werden können. Ein tailor-welded blank besteht in der Regel aus mindestens zwei im Stumpfstoß miteinander verschweißten Bleche/(Form-)Platinen, wobei die Bleche vorzugsweise unterschiedliche Dicken aufweisen, wobei sie zusätzlichen oder alternativ aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen können. Ein tailor-welded blank kann aber auch alternativ zum Stumpfstoß aus mindestens zwei im Überlappstoß miteinander verschweißten Bleche/(Form-)Platinen bestehen. Ein patch-work blank besteht in der Regel aus einem Grundblech, welches lokal auf seiner Oberfläche durch Verbinden (Verschweißen) mit mindestens einem oder mehreren zusätzlichen Blechen verstärkt ist, welche kleiner dimensioniert sind als das Grundblech. Ein tailor- rolled blank ist in der Regel ein einstückiges Blech, welches unterschiedliche Dicken aufweist, hergestellt durch das sogenannte und der Fachwelt bekannte „flexible Walzen“. Die hier in Rede stehenden Halbzeuge sind der Fachwelt bekannt. Aus den Halbzeugen können Bauteile mittels Kalt- aber auch mittels Warmumformung hergestellt werden.
Der Glühprozess von härtbaren Stählen ist zeit- und energieintensiv. Eine Reduzierung der Aufheizzeiten erschließt ein großes Potenzial zur Kostenreduktion. Dieses kann zum Beispiel durch kürzere Taktzeiten und/oder reduzierter Prozesstechnik, wie kürzere Erwärmungsöfen oder Kapazitätserweiterungen, beispielsweise Einsatz von größerer Blechdicken bei gleichen Parametern und Ofenstrecke, erreicht werden. Mit zunehmender Dicke sind auch längere Liegezeiten notwendig, um die bereits oben beschriebenen Phasen vollständig ablaufen zu lassen. So hängt der Glühprozess und damit verbunden die Liegezeit beim Einsatz von Halbzeugen mit unterschiedlichen Dicken immer von der größten Dicke des Halbzeugs ab, was zwangsläufig zu einer unerwünschten hohen oder Erhöhung der Taktzeit führt. Wünschenswert wäre es daher, eine effizientere Verarbeitung von Halbzeugen mit unterschiedlichen Dicken auf bestehenden Anlagen mit vorgegebenen Taktzeiten zu ermöglichen.
Unterschiedliche Blechdicken und/oder Auflagengewichte der (Einzel-)Halbzeuge können insbesondere auch zu unterschiedlichen Prozessfenstern im Glühprozess führen.
Aus der internationalen Offenlegungsschrift WO 2020/130401 Al ist ein mit einem aluminiumbasierten Überzug beschichtetes Stahlblech bekannt, welches mit einer deterministischen Tex- tur dressiert wird, um ein Bauteil mit einer guten Lackierbarkeit und einem niedrigen Wsa-Wert bereitzustellen.
Aufgabe ist es daher, ein Halbzeug mit unterschiedlichen Dicken für die Warmumformung zur Verfügung zu stellen, mit welchem keine nachteilige Taktzeiterhöhung beim Glühprozess erforderlich ist.
Die Aufgabe wird mit einem Halbzeug mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst.
Die Erfindung betrifft ein Halbzeug für die Warmumformung, welches ein tailor-welded blank, ein tailor-rolled blank oder ein patch-work blank ist, wobei das Halbzeug einen ersten oder mehrere erste Abschnitte mit einer ersten Dicke und mindestens einen zweiten oder mehrere zweite Abschnitte mit einer zweiten Dicke umfasst, wobei die erste Dicke geringer ist als die zweite Dicke, wobei das Halbzeug zumindest im Abschnitt der zweiten Dicke ein mit einem aluminiumbasierten Überzug beschichtetes Stahlblech umfasst, wobei das Halbzeug zumindest im Abschnitt der zweiten Dicke auf dem aluminiumbasierten Überzug eine deterministisch ausgebildete Oberflächenstruktur aufweist.
Die Erfinder haben überraschend festgestellt, dass durch eine definierte Strukturierung der Oberfläche mit einer deterministisch ausgebildeten Oberflächenstruktur auf dem aluminiumbasierten Überzug, positiv Einfluss auf das Aufheizverhalten genommen werden kann, indem es die Erwärmung während des Glühprozesses begünstigt und dadurch das Halbzeug im Abschnitt der zweiten Dicke schneller erwärmt werden kann. Somit ist die Taktzeit nicht mehr zwangsläufig abhängig von der größten Dicke bei einem Halbzeug mit unterschiedlichen Dicken, so dass ein Halbzeug mit unterschiedlichen Dicken für die Warmumformung zur Verfügung gestellt werden kann, mit welchem eine effizientere Verarbeitung von Halbzeugen mit unterschiedlichen Dicken auf bestehenden Anlagen mit vorgegebenen Taktzeiten möglich ist.
Zumindest ist der Abschnitt der zweiten Dicke des Halbzeugs, welche den aluminiumbasierten Überzug mit der deterministisch ausgebildeten Oberflächenstruktur aufweist, direkt der Ofenatmosphäre während des Glühprozesses direkt ausgesetzt bzw. zugewandt. Heißt mit anderen Worten, dass zumindest eine Seite des Halbzeugs einen Abschnitt mit einer zweiten Dicke mit einem aluminiumbasierten Überzug und mit einer deterministisch ausgebildeten Oberflächenstruktur auf dem aluminiumbasierten Überzug aufweist. Somit ist die zweite Dicke entweder einseitig oder auch beidseitig mit einer deterministisch ausgebildeten Oberflächenstruktur auf dem aluminiumbasierten Überzug ausgeführt.
Im Glühprozess diffundiert Eisen aus dem Stahl(blech) in den aluminiumbasierten Überzug, so dass diese nicht schmelzflüssig wird und der positive Effekt der deterministisch ausgebildeten Oberflächenstruktur auf dem aluminiumbasierten Überzug auch bis in die hohen Temperaturbereiche (bis knapp über 900°C) erhalten bleibt. Daher können die unterschiedlichen Aufheizraten über das gesamte Erwärmungsintervall aufrechterhalten werden.
In Untersuchungen haben die Erfinder folgenden Zusammenhang herausgefunden. Unter der Annahme, dass bei Ofenerwärmung mit homogener Wärmeverteilung der Wärmestrom nach dem Eintritt in den Ofen über die gesamte Halbzeugoberfläche homogen verteilt ist und im Wesentlichen eine Wärmeübertragung durch Wärmestrahlung vorliegt, wobei Randeffekte hierbei vernachlässigt worden sind, und wobei nur der Einfluss der Textur auf die Aufheizrate betrachtet worden ist. Die effektiven Aufheizraten, wobei Temperaturen beispielsweise mittels Thermoelementen innerhalb eines erfassten Zeitraumes gemessen werden, in [K/s] oder [°C/s] können in drei Zonen eingeteilt werden, die jeweils mit einem starken Abfall der Aufheizrate einhergehen:
• Zone 1: Aufheizrate ca. 0,02 und höher bis ca. 570°C;
• Zone 2: verminderte Aufheizrate mit unterschiedlichen Verläufen zwischen 570°C und
740°C
• Zone 3: stark ansteigende Aufheizrate > 740°C
In dem Bereich zwischen ca. 570°C bis 600°C fällt die Aufheizrate deutlich ab, um bis zu einer Temperatur von ca. 740°C wiederum einen plateauförmigen Verlauf aufzuweisen. Das Phasendiagramm für AI und Si, welches in der Regel zwischen 3 und 15 Gew.-% in dem aluminiumbasierten Überzug vorhanden ist, weist dagegen genau im Übergang von Zone 1 zu Zone 2 zwischen den Phasen AI und Si sowie Liquid+a auf. Die Reduktion der Aufheizrate ist somit der Schmelzenthalpie des Systems AI und Si zu erklären. Schmelzpunkt von AS bei ca. 580°C. Zwischen 730°C und 750°C fallen die Aufheizraten auf einen Wert um 0,01 ab, um bei weiterer Temperaturerhöhung deutlich zuzunehmen auf Werte über 0,05. Hier liegt Aci des eingesetzten Stahlwerkstoffs. Beim Übergang von Zone 2 in Zone 3 liegt in der Beschichtung das Dreistoffsystem AI, Si und Fe vor, dessen Fe-Anteil in Richtung Oberfläche abnimmt. Dieses ist auf die Diffusion von Fe in die AI und Si - Schicht zurückzuführen. Die Schmelzenthalpie des Dreistoff- systems trägt zu dem beobachteten Abfallen der Aufheizrate während des Übergangs von Zone 2 zu Zone 3 und im weiteren Verlauf der Zone 3 nur bedingt bei. Der wesentliche Einfluss auf die Aufheizrate liegt ab dem Übergang von Zone 2 in Zone 3 in der Phasenumwandlung von ferritischen zu austenitischen Eisen. Diese hat einen signifikanten Abfall der Aufheizrate zur Folge. Mit steigender Temperatur und voranschreitender Zeit nimmt der Anteil des Austenits zu, wodurch immer weniger Wärme für den Phasenübergang benötigt wird. Daher nimmt die Aufheizrate entsprechend zu. Auch hier zeigt sich ein Einfluss der Oberflächenstruktur auf die Aufheizrate.
Ist das Halbzeug als tailor-welded blank ausgebildet, so umfasst das Halbzeug mindestens zwei im Stumpfstoß oder im Überlappstoß miteinander verschweißte Stahlbleche mit unterschiedlicher Dicke, wobei eines der Stahlbleche einen Abschnitt des Halbzeugs mit einer zweiten Dicke bildet und mit einem aluminiumbasierten Überzug beschichtetet ist. Das weitere Stahlblech bildet einen Abschnitt des Halbzeugs mit einer ersten Dicke und kann vorzugsweise auch mit einem aluminiumbasierten Überzug beschichtet sein.
Ist das Halbzeug als tailor-rolled blank ausgebildet, so umfasst das Halbzeug ein im Wesentlichen flexibel gewalztes Stahlblech mit einem aluminiumbasierten Überzug, wobei das Halbzeug einen ersten oder mehrere erste Abschnitte mit einer ersten Dicke und mindestens einen zweiten oder mehrere zweite Abschnitte mit einer zweiten Dicke aufweist.
Ist das Halbzeug als patch-work blank ausgebildet, so umfasst das Halbzeug ein Grundblech aus Stahl, welches lokal auf seiner Oberfläche durch Verbinden (Verschweißen) mit mindestens einem oder mehreren zusätzlichen Stahlblechen verstärkt ist, welche(s) kleiner dimensioniert sind (ist) als das Grundblech. Das oder die zusätzlichen Stahlbleche für die Verstärkung sind mit einem aluminiumbasierten Überzug versehen und bilden im verbundenen Zustand mit dem Grundblech den Abschnitt mit der zweiten Dicke des Halbzeugs. Das Grundblech bildet den Abschnitt mit der ersten Dicke des Halbzeugs (mit Ausnahme des oder der Abschnitte, in welchen die zusätzlichen Stahlbleche mit dem Grundblech verbunden sind), wobei das Grundblech vorzugsweise auch aus einem Stahlblech beschichtet mit einem aluminiumbasierten Überzug bestehen kann.
Unter Stahlblech ist ein Stahlflachprodukt als Band, Blech bzw. Platine zu verstehen. Das Stahlblech weist eine Längserstreckung (Länge), eine Querstreckung (Breite) sowie eine Höhenerstreckung (Dicke) auf. Die Dicke des Stahlblechs kann beispielsweise zwischen 0,50 bis 6,0 mm, insbesondere 0,60 bis 5,0 mm, vorzugsweise 0,70 bis 4,0 mm betragen. Das Stahlblech kann warm- oder kaltgewalzt sein.
Der aluminiumbasierte Überzug wird konventionell über eine Feuerbeschichtungsroute appliziert.
Eine deterministische Oberflächenstruktur wird im Zuge eines Dressierens auf der Oberfläche des mit einem aluminiumbasierten Überzug beschichteten Stahlblechs als Negativabdruck durch Krafteinwirkung mit einer auf der Dressierwalze mit einer definierten Textur als Positivabdruck eingebracht, wobei ein Talbereich auf der Oberfläche des Überzugs einem Bergbereich auf der Oberfläche der Walze entspricht.
Unter deterministischer Oberflächenstruktur sind wiederkehrende Oberflächenstrukturen zu verstehen, welche eine definierte Form und/oder Ausgestaltung aufweisen, vgl. EP 2 892 663 Bl und WO 2020/130401 Al . Insbesondere gehören hierzu zudem Oberflächen mit einer (guasi-) stochastischen Anmutung, die jedoch mittels eines deterministischen Texturierungsverfahrens aufgebracht werden und sich somit aus deterministischen Formelementen zusammensetzen.
Die zumindest im Abschnitt der zweiten Dicke des Halbzeugs auf dem aluminiumbasierten Überzug deterministisch ausgebildete Oberflächenstruktur ist im Wesentlichen direkt der Ofenatmosphäre im Glühprozess ausgesetzt bzw. zugewandt. Insbesondere kann das als patch-work blank ausgebildete Halbzeug im Abschnitt der zweiten Dicke auf der abgeschirmten Seite des für die Verstärkung vorgesehenen Stahlblechs eine stochastisch oder eine im Vergleich zur direkt der Ofenatmosphäre zugewandten Seite andersartige deterministisch ausgebildete Oberflächenstruktur aufweisen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß einer Ausgestaltung weist die deterministische Oberflächenstruktur eine mittlere Rauheit Ra zwischen 1,0 und 6,0 pm auf. Insbesondere kann die mittlere Rauheit Ra mindestens 1,30 pm, vorzugsweise mindestens 1,50 pm, bevorzugt mindestens 1,70 pm betragen. Insbesondere kann die Rauheit Ra maximal 5,0 pm, vorzugsweise maximal 4,0 pm, bevorzugt maximal 3,0 pm betragen. Gemäß einer Ausgestaltung weist die deterministische Oberflächenstruktur eine Spitzenzahl RPc zwischen 100 und 250 1/cm auf, Insbesondere kann die Spitzenzahl RPc mindestens 110 1/cm, vorzugsweise mindestens 130 1/cm betragen. Insbesondere kann die Spitzenzahl RPc maximal 220 1/cm, vorzugsweise maximal 200 1/cm, bevorzugt maximal 180 1/cm betragen.
Die mittlere Rauheit Ra in pm und die Spitzenzahl RPc in 1/cm lassen sich entlang einer definierten Messtrecke ermitteln, vgl. DIN EN ISO 4287.
Gemäß einer Ausgestaltung die deterministische Oberflächenstruktur eine Strukturtiefe Rz zwischen 4,0 und 25,0 pm, insbesondere zwischen 5,0 und 22,0 pm, vorzugsweise zwischen 6, und 18,0 pm, bevorzugt maximal 15 pm auf. Die Strukturtiefe Rz in pm ist der maximale Abstand zwischen der höchsten Spitze und der tiefsten Stelle der deterministischen Oberflächenstruktur entlang einer definierten Messstrecke, vgl. DIN EN ISO 4287.
Die Einstellung der Rauheit Ra und/oder der Spitzenzahl RPc auf der Oberfläche des Stahlblechs hängt zum einen von der Rauheit Ra und der Spitzenzahl RPc der Oberfläche der Walze und zum anderen von der Übertragungsrate, welche abhängig von dem Walzgrad und/oder von der Walzkraft ist, ab und kann daher gezielt gesteuert werden.
Gemäß einer Ausgestaltung weist die Oberfläche des aluminiumbasierten Überzugs einen Sdr- Wert > 4,0 % auf. Der Sdr-Wert wird auch als entwickeltes Grenzflächenverhältnis bezeichnet bzw. ist als Vergrößerung der Oberfläche in Relation zur „Projektionsfläche“ zu sehen. Das bedeutet, dass eine oder mehrere definierte Bereiche betrachtet werden, beispielsweise Aufnahmen mittels konfokalem Weißlichtmikroskop, und die ermittelte oder gemessene Ist-Oberfläche in Relation zur Projektionsoberfläche (plane oder ebene Oberfläche) in dem oder den definierten Bereichen gesetzt wird. Die Vergrößerung der Oberfläche ist abhängig von der Form, Ausgestaltung und/oder Dimensionierung der Oberflächenstruktur sowie abhängig von der Anzahl respektive Verteilung der Struktur, wobei der Sdr-Wert beispielsweise bis zu 35 % betragen kann. Der Sdr-Wert kann insbesondere mindestens 5,0 %, vorzugsweise mindestens 7,0 %, bevorzugt mindestens 9,0 % betragen. Verfahren zur Ermittlung bzw. Bestimmung des Sdr- Werts sind dem Fachmann geläufig, insbesondere anhand der DIN EN ISO 25178. Beispielsweise ist Sdr-Wert durch bzw. mittels einer Rasterkraftmikroskopie (AFM) ermittelbar. Die AFM ermöglicht beispielsweise eine Auflösung mit einer Fläche von bis zu 90 x 90 pm2 oder bei Bedarf auch höher. Eine verfügbare Technologie zur Ermittlung/Erfassung von Oberflächenpa- rametern ist unter der Bezeichnung „psurf“ bekannt. Details sind unter dem Link: www.nano- focus.de/technoloqie/messprinzipien/usurf-technoloqie/ abrufbar.
Gemäß einer Ausgestaltung weist die deterministische Oberflächenstruktur eine Schiefe Rsk zwischen + 1,0 und - 2,0 auf, Insbesondere kann die Schiefe zwischen + 1,0 und > 0 betragen, wobei positive Werte Profile mit hohem Spitzenanteil kennzeichnen. Mit Rsk wird die Asymmetrie der Amplitudendichte bewertet, wobei positive Werte Profile mit hohem Spitzenanteil kennzeichnen, vgl. DIN EN ISO 4287.
Als Stahlblech beschichtet mit einem aluminiumbasierten Überzug kommen alle dem Fachmann bekannten und in der Praxis eingesetzten Stahllegierungen in Frage, welche härtbar sind. Als Bespiele zu nennen, sind vorzugsweise Mangan-Bor-Stähle oder insbesondere sonstige Stähle für die Warmumformung, wie zum Beispiel mikrolegierte Konzepte, mit Zugfestigkeiten im gehärteten Zustand von mindestens 500 MPa, insbesondere mindestens 600 MPa, vorzugsweise mindestens 1200 MPa, bevorzugt mindestens 1500 MPa und höher. Abhängig von der Legierung respektive vom Kohlenstoffgehalt des härtbaren Stahls kann eine maximale Zugfestigkeit von bis zu 2500 MPa oder höher erreicht werden, insbesondere maximal 2300 MPa, vorzugsweise maximal 2200 MPa.
Gemäß einer Ausgestaltung kann das Stahlblech zumindest im Abschnitt mit der zweiten Dicke des Halbzeugs folgende chemische Zusammensetzung in Gew.-% aufweisen:
C = 0,05 bis 0,5, insbesondere mindestens 0,10, vorzugsweise mindestens
0,20, bevorzugt mindestens 0,250, besonders bevorzugt mindestens 0,280, Mn = 0,3 bis 3,0,
Si = 0,05 bis 1,7,
P bis 0,1,
S bis 0,1,
N bis 0,1, sowie optional eines oder mehrerer Legierungselemente aus der Gruppe (AI, Ti, V, Nb, B, Cr, Mo, Cu, Ni, Ca):
AI bis 1,0,
Ti bis 0,2,
V bis 0,5, Nb bis 0,5,
B bis 0,01,
Cr bis 1,0,
Mo bis 1,0,
Cu bis 1,0,
Ni bis 1,0,
Ca bis 0,1,
Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen.
Gemäß einer Ausgestaltung kann der aluminiumbasierte Überzug folgende chemische Zusammensetzung in Gew.-% aufweisen:
Si bis 15,0,
Fe bis 5,0,
Mg bis 5,0,
Zn bis 30,0,
Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen.
In dem aluminiumbasierten Überzug können neben Aluminium und unvermeidbaren Verunreinigungen zusätzliche Elemente wie Silizium mit einem Gehalt bis zu 15,0 Gew.-% und/oder Eisen mit einem Gehalt bis zu 5,0 Gew.-% und/oder Magnesium mit einem Gehalt bis zu 5,0 Gew.- % und/oder Zink mit einem Gehalt bis zu 30,0 Gew.-% in dem Überzug enthalten sein. Si kann insbesondere mit mindestens 0,1 Gew.-%, vorzugsweise mit mindestens 2,0 Gew.-%, bevorzugt mit mindestens 4,0 Gew.-% vorhanden sein, wobei der Gehalt insbesondere auf maximal 12,0 Gew.-%, vorzugsweise auf maximal 11,0 Gew.-% begrenzt sein kann. Si kann im Überzug zu einer verbesserten Verarbeitbarkeit beim Schmelztauchbeschichten beitragen. Alternativ oder zusätzlich kann Fe insbesondere mit mindestens 0,1 Gew.-%, vorzugsweise mit mindestens 0,5 Gew.-%, bevorzugt mit mindestens 1,0 Gew.-% vorhanden sein, wobei der Gehalt insbesondere auf maximal 4,0 Gew.-%, vorzugsweise auf maximal 3,5 Gew.-% begrenzt werden kann. Fe kann im Überzug die Schmelztemperatur des Überzugs erhöhen, was beim Austeniti- sieren (Glühprozess) von Vorteil sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann Mg insbesondere mit mindestens 0,1 Gew.-%, vorzugsweise mit mindestens 0,2 Gew.-% vorhanden sein, wobei der Gehalt insbesondere auf maximal 3,0 Gew.-%, vorzugsweise auf maximal 1,5 Gew.-%, bevorzugt auf maximal 0,8 Gew.-% begrenzt werden kann. Mg kann im Überzug zu einer Verringerung der Aufnahme von diffusiblem Wasserstoff in das Substrat beitragen. Alternativ oder zusätzlich kann Zn insbesondere mit mindestens 0,1 Gew.-%, vorzugsweise mit mindestens 0,2 Gew.-% vorhanden sein, wobei der Gehalt insbesondere auf maximal 20,0 Gew.-%, vorzugsweise auf maximal 10,0 Gew.-%, bevorzugt auf maximal 5,0 Gew.-% begrenzt werden kann. Zn kann im Überzug zu Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit beitragen.
Die Dicke des aluminiumbasierten Überzugs beträgt beispielsweise 3,0 bis 40,0 pm vor der Warmumformung, insbesondere 10,0 bis 40,0 pm, vorzugsweise 11,0 bis 35,0 pm, bevorzugt 12,0 bis 30,0 pm, weiter bevorzugt 13,0 bis 27,0 pm.
Ein mit einem FAL-Überzug (Si: 7%, Fe: 2%, Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen, Dicke 25 pm) beschichtetes kaltgewalztes Stahlblech der Güte 22MnB5 mit einer Dicke von 1,50 mm wurde mit unterschiedlichen texturierten Dressierwalzen beidseitig dressiert, wobei in ein erstes beschichtetes Stahlblech (VI) eine stochastische Oberflächenstruktur in die Oberfläche des FAL-Überzugs eingeprägt worden ist. Die Dressierwalzen wurden mittels EDT-Verfahren, vgl. EP 2 006 037 Bl, in bekannter Art und Weise texturiert. Ein weiteres beschichtetes Stahlblech (2) wurde mit einer deterministischen Oberflächenstruktur mit einer Doppel-I-Struktur, vgl. EP 2 892 663 Bl, dressiert.
Ein weiteres mit einem FAL-Überzug (Si: 7%, Fe: 2%, Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen, Dicke 25 pm) beschichtetes kaltgewalztes Stahlblech der Güte 22MnB5 mit einer Dicke von 1,40 mm wurde mit unterschiedlichen texturierten Dressierwalzen beidseitig dressiert, wobei in ein zweites bis viertes beschichtetes Stahlblech (V2) bis (V4) jeweils eine stochastische Oberflächenstruktur in die Oberfläche des FAL-Überzugs eingeprägt worden ist. Weitere beschichtete Stahlleche (4) bis (10) und (13) wurden jeweils mit einer deterministischen Oberflächenstruktur, wobei unterschiedlich große Doppel-I-Strukturen gewählt worden sind, dressiert.
Von den insgesamt dreizehn unterschiedlich dressierten und dicken Stahlblechen wurden jeweils 10 Proben entnommen und die Kenngrößen der Oberflächenstruktur, nach DIN EN ISO 4287, bestimmt und jeweils der Mittelwert gebildet, s. Tabelle 1.
Jeweils eine der Proben VI bis 13 wurde jeweils mit einem weiteren Stahlblech (22MnB5, 1,0 mm) und einem aluminiumbasierten Überzug (Si: 7%, Fe: 2%, Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen, Dicke 25 pm) mit einer stochastisch dressierten Oberflächenstruktur im Stumpfstoß verschweißt, so dass ein Halbzeug als tailor-welded blank für die Warmumformung bereit- gestellt werden konnte. Das weitere Stahlblech bildet somit den Abschnitt mit der ersten Dicke und die Probe somit den Abschnitt der zweiten Dicke des Halbzeugs.
Die Proben VI bis 13 respektive die Abschnitte der zweiten Dicke der Halbzeuge wurden mit einem Thermoelement bestückt und die Halbzeuge wurden anschließend bei einer Ofentemperatur von 920°C aufgeheizt. Die jeweils notwendige Zeit, um die Halbzeuge/Proben bis 910°C zu erhitzen, ist ebenfalls in Tabelle 1 aufgeführt.
Tabelle 1
Wie deutlich zu erkennen ist, weisen die erfindungsgemäßen deterministischen Oberflächenstrukturen im aluminiumbasierten Überzug ein deutlich verbessertes Aufheizverhalten verglichen mit den stochastischen Referenzen VI bis V4 auf. Der Zeitgewinn liegt je nach Variante bei ca. 6 - 53 s. Dies führt beim großtechnischen Einsatz zu ganz erheblichen Einsparungen beim Energiebedarf als auch zu der Option, den Glühprozess mit verringerten Ofenkapazitäten, d.h. beispielsweise einem kürzeren Rollenherdofen oder weniger Ofenkammern etc., durchzuführen.
Vergleichbare Effekte und reduzierte Taktzeiten wurden auch bei Halbzeugen als tailor-rolled blank und patch-work blank festgestellt, so dass an ein Halbzeug mit unterschiedlichen Dicken der zweite Abschnitt respektive der dickere Abschnitt mit einem aluminiumbasierten Überzug und einer deterministischen Oberflächenstruktur schneller erwärmt werden kann im Vergleich zu undressierten bzw. mit einer stochastischen Oberflächenstruktur dressierten Abschnitte.
Weitere Schritte zum Herstellen eines Bauteils aus den erwärmten Halbzeugen durch Härten respektive Presshärten sind Stand der Technik und wurden nicht näher untersucht.
Die Zeichnung zeigt in Figur 1 drei verschiedene Halbzeuge (1) für die Warmumformung schematisch im Schnitt dargestellt, ausgeführt als tailor-welded blank, s. Figur la), als tailor-rolled blank, s. Figur lb) und als patch-work blank, s. Figur lc).
Das Halbzeug (1) umfasst einen ersten oder mehrere erste Abschnitte mit einer ersten Dicke (dl) und mindestens einen zweiten oder mehrere zweite Abschnitte mit einer zweiten Dicke (d2), wobei die erste Dicke (dl) geringer ist als die zweite Dicke (d2), wobei das Halbzeug (1) zumindest im Abschnitt der zweiten Dicke (d2) ein mit einem aluminiumbasierten Überzug (2.1) beschichtetes Stahlblech (2) umfasst, wobei das Halbzeug (1) zumindest im Abschnitt der zweiten Dicke (d2) mit dem aluminiumbasierten Überzug (2.1) eine deterministisch ausgebildete Oberflächenstruktur aufweist.

Claims

Patentansprüche
1. Halbzeug (1) für die Warmumformung, welches ein tailor-welded blank, ein tailor- rolled blank oder ein patch-work blank ist, wobei das Halbzeug (1) einen ersten oder mehrere erste Abschnitte mit einer ersten Dicke (dl) und mindestens einen zweiten oder mehrere zweite Abschnitte mit einer zweiten Dicke (d2) umfasst, wobei die erste Dicke (dl) geringer ist als die zweite Dicke (d2), wobei das Halbzeug (1) zumindest im Abschnitt der zweiten Dicke (d2) ein mit einem aluminiumbasierten Überzug (2.1) beschichtetes Stahlblech (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Halbzeug (1) zumindest im Abschnitt der zweiten Dicke (d2) mit dem aluminiumbasierten Überzug (2.1) eine deterministisch ausgebildete Oberflächenstruktur aufweist.
2. Halbzeug nach Anspruch 1, wobei die deterministische Oberflächenstruktur eine mittlere Rauheit Ra zwischen 1,0 und 6,0 pm aufweist.
3. Halbzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die deterministische Oberflächenstruktur eine Spitzenzahl RPc zwischen 100 und 250 1/cm aufweist.
4. Halbzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die deterministische Oberflächenstruktur eine Strukturtiefe Rz zwischen 4,0 und 25,0 pm aufweist.
5. Halbzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Oberfläche des aluminiumbasierten Überzugs (2.1) einen Sdr-Wert > 4,0 % aufweist.
6. Halbzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Stahlblech (2) zumindest im Abschnitt mit der zweiten Dicke (d2) des Halbzeugs (1) folgende chemische Zusammensetzung in Gew.-% aufweist:
C = 0,05 bis 0,5,
Mn = 0,3 bis 3,0,
Si = 0,05 bis 1,7,
P bis 0,1,
S bis 0,1,
N bis 0,1, sowie optional eines oder mehrerer Legierungselemente aus der Gruppe (AI, Ti, V, Nb, B, Cr, Mo, Cu, Ni, Ca): AI bis 1,0,
Ti bis 0,2,
V bis 0,5,
Nb bis 0,5,
B bis 0,01,
Cr bis 1,0,
Mo bis 1,0,
Cu bis 1,0,
Ni bis 1,0,
Ca bis 0,1,
Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen. Halbzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der aluminiumbasierte Überzug (2.1) folgende chemische Zusammensetzung in Gew.-% aufweist:
Si bis 15,0,
Fe bis 5,0,
Mg bis 5,0,
Zn bis 30,0,
Rest Aluminium und unvermeidbare Verunreinigungen.
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