WO2009095427A1 - Verfahren zur herstellung eines bauteils aus einem mit einem al-si-überzug versehenen stahlprodukt und zwischenprodukt eines solchen verfahrens - Google Patents

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steel
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Friedhelm Macherey
Franz-Josef Lenze
Michael Peters
Manuela Ruthenberg
Sascha Sikora
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Thyssenkrupp Steel Ag
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Definitions

  • a method of manufacturing a component from a steel product provided with an Al-Si coating A method of manufacturing a component from a steel product provided with an Al-Si coating and
  • the invention relates to a method for producing a component from a steel product coated with an Al-Si protective coating. Moreover, the invention also relates to an intermediate product which arises in the course of such a process and can be used for the production of components of the type in question.
  • Steel products of the type in question are typically steel bands or sheets, which are provided in a manner known per se, for example by fire aluminizing, with an Al-Si coating. However, it can also be preformed semifinished products, which are preformed, for example, from sheet metal and then molded to the respective component.
  • the component formed from the respective steel product is protected against corrosion during its practical use.
  • the corrosion protection effect in particular the protection against scaling, however, already provides the Al-Si protective coating immediately after the coating of the steel substrate and keeps it in the course of the forming process at. This applies in particular when the shaping is carried out as so-called "press-hardening".
  • the starting material to be formed is brought to a temperature at which a at least partially austenitic microstructure is present, and deformed in the warm state before molding. Either already during the thermoforming process or immediately thereafter, the resulting component is then accelerated cooled to form Hartegefuge.
  • a starting material for the press-hardening flat products such as sheet metal blanks, or already pre-or final molded semi-finished products can be used.
  • the Al-Si coating prevents tinder from forming on the steel product, which would severely hamper the forming process. In this way, it is possible to form components from high-strength, treatable steel, which are exposed in practice particularly high loads.
  • a steel good typically used for this purpose is known in the art as "22MnB5". From steel goods of this type, for example, body parts of motor vehicles are manufactured, which must have a high strength with low flat product thickness and, consequently, comparatively low weight. Likewise, however, other steel good, such as deep-drawing steels known under the trade name “DX55D”, according to DIN EN 10327 composite type, and microalloyed steels alloyed according to DIN EN 10292, under the Designation "HX300 / 340 LAD”, commercially available type. It is also possible to use the starting products, which are composed in the manner of tailored blanks / patchwork blanks of several sheets.
  • Al-Si coating In order for the Al-Si coating to adhere to the steel substrate so strongly that it does not crack or flake off during forming, it is necessary to subject the Al-Si coated steel product to a heat treatment prior to forming, in which iron is precipitated the steel substrate is alloyed into the Al-Si coating.
  • the aim is to pass through the coating over its entire thickness to ensure that there are no breaks or chips in the upper layers of the coating, which are adjacent to the free outer surface of the coated flat product.
  • the type or degree of alloying of Al-Si coatings also has an influence on the weldability and paintability of the components produced by press-hardening.
  • a method of the type described above is described in EP 1 380 666 A1.
  • a coated with an Al-Si coating steel sheet is first heated to 900 0 C to 950 0 C over a period of 2 to 8 minutes.
  • the coated steel sheet to 700 - 800 0 C cooled draw forming temperature hot forged at this temperature.
  • the shaped steel member is cooled rapidly to a temperature below 300 0 C to produce a martensitic Gefuge in the obtained steel part.
  • the heat treatment of the coating provided steel substrate is carried out so that by diffusion of the iron from the steel substrate after the heat treatment, the iron content in the coating in a range between 80% and 95%. In this way, a thermoformed component is to be obtained in which a good weldability and good formability combined with a high corrosion protection.
  • a problem in carrying out the heat treatment required for the alloying out is that in addition to the setting of a sufficient heating temperature, a certain amount of oven resting time must be maintained. The duration over which the respective steel product must be kept in the oven results from the heating rate of the substrate and the required alloying of the substrate with the Al-Si layer.
  • the prior art is a bake time of five to 14 minutes.
  • the object of the invention was to provide a method which enables shortened processing times in the case of processors of Al-Si-coated steel products without the risk of corrosive attacks or disadvantages in a subsequent cutting of the coated flat products must be accepted.
  • the steel product processed according to the invention can be a flat steel product, such as a steel sheet or steel strip, or a semifinished product preformed, for example, from a steel sheet, which is completely deformed during the hot pressing hardening carried out according to the invention. Also, in accordance with the invention, it is possible to process a plurality of blanks composed in the manner of tailored blanks / patchwork blanks.
  • a two-stage heat treatment also takes place, it also being in accordance with the state of the art in the first heating stage for alloying iron from the steel substrate into the Al-Si coating.
  • this first alloying step is carried out by setting a suitable temperature and duration of treatment so that the Al-Si coating after the first heating step is only partially alloyed with iron of the steel product. Subsequently, the steel product provided with the imperfectly alloyed coating according to the invention can be cooled to room temperature and stored until it is supplied to the respective component for further processing. Since the Al-Si coating is only partially alloyed in the first heating step, the Al-Si coating has low susceptibility to corrosion even after the first heating step, so that its storage, transport and other work steps carried out in advance of the second heat treatment are problem-free can be carried out without the need for additional measures.
  • the flat product obtained after the first heating step and provided with a pre-alloyed coating according to the invention undergoes a second heating step.
  • This second heating step is usually carried out at the final processor, while the first heat treatment step to be completed will usually be at the producer of the steel products.
  • the second heating step is usually completed immediately before the hot forming.
  • the steel product provided in the manner according to the invention with only a prealloyed Al-Si coating is heated to the heating temperature required for the subsequent curing, which is above the Acl-teroperatur at which the steel product has an at least partially frosted structure.
  • the temperature and duration of the second heating step are erfmdungsgehold adjusted so that the Al-Si coating is completely alloyed in the course of the second heating step with Fe of the steel product.
  • the coating according to the invention which is only partially alloyed with the steel substrate has a degree of reflection which, compared to the heating of flat products provided with completely alloyed Al-Si-Fe coatings, has a considerably higher heating rate when heated in a radiant oven
  • An interim product obtained in the manner according to the invention is thus characterized in that it has only one with the iron of the steel substrate incompletely pre-alloyed Al-Si coating is provided.
  • the starting material which is now provided with a fully alloyed Si-Al-Fe coating, is then converted in a manner known per se into a suitable thermoforming tool to form the desired component.
  • the resulting component may be a finished-molded component or a semi-finished product which is subsequently subjected to further deformation steps.
  • thermoforming is finally cooled in a controlled manner in order to produce hard joints in the steel substrate.
  • the working steps “thermoforming” and “cooling” can be carried out in particular in the manner known from “compression molding”.
  • the procedure according to the invention thus makes it possible, in a cost-effective and at the same time particularly efficient manner, to provide an aluminized component produced by press molding within shorter processing times. It is not the cost of the usually carried out at the producer of the steel product heating step due to the fact that the process time and the
  • Treatment temperature for the partial Al alloy of the Al-Si layer with the iron of the steel substrate is shortened compared to the prior art, but also the usually at the processor of the inventive incomplete alloyed alloy Si coating carried out second heating step in a shorter process time can run at a correspondingly reduced energy consumption and minimal equipment.
  • the temperature of the first heating is at least 500 0 C, but at the same time at most equal to the A c i temperature of the steel product.
  • suitable temperatures for the first heating step in particular in the range of 550 - 723 0 C, in particular 550 - 700 0 C.
  • the time to be planned for the first heating step at these heating temperatures amounts to Al-Si coating thicknesses in the initial state of 10 to 30 ⁇ m (corresponding to 80 to 150 g / m 2 ) for 4 to 24 hours when heated in a hood furnace. It is also conceivable to heat in a continuous furnace or chamber furnace, the heating times in each case be less than one hour.
  • the temperature and duration of the first treatment step are in each case adjusted such that the Al-Si coating, measured starting from the steel substrate, is alloyed with Fe over at least 50%, in particular 70-99%, preferably 90-99%, of its thickness ,
  • the first heating step may be carried out in a hood annealing furnace, a chamber furnace or a continuous annealing furnace.
  • a master alloy in a continuous furnace, which is arranged directly inline at the outlet of a coating plant, similar to a plant for Galvannealmg the case and the heating in a temperature range between 600 and 723 0 C takes place.
  • the obtained according to the invention provided with a partially alloyed Al-Si coating steel product in the second heating step in a continuous furnace to the required heating temperature to be heated.
  • the second heating can be effected inductively, conductively or by means of thermal radiation.
  • the samples were subjected to a heat treatment corresponding to the first heating step of the process according to the invention in a test oven simulated for a period of eight hours in a test-tube furnace.
  • a first part of samples has been annealed at 500 0 C, a second part at 550 0 C and a third part at 600 0 C.
  • further samples in six minutes at 950 0 C have passed through the continuous furnace. This represents a typical heat treatment for press-hardening in which the Al-Si coating layer is alloyed.
  • the samples were cooled to room temperature.
  • the resulting samples each had a not completely alloyed Al-Si plating layer down to the Warm-treated at 950 0 C sample.
  • the previously annealed and cooled samples are in a second heating step was heated in a radiation oven to a heating temperature of 950 0 C in which the steel substrate Austenitgefuge possessed.
  • the heating rates were recorded, ie it was monitored how quickly the samples were heated to the target temperature of 950 0 C.
  • Diag. 1 the temperature T of the respective samples over the annealing time t is entered. Additional is in Diag. 1, the sample annealed for a sample not annealed in an upstream first heating step (curve "- 0 C / - s").
  • the times required for the alloying out in the austenitizing furnace before the hot working can be significantly shortened. It was thus shown that a time saving of at least 90 s is expected compared to the conventional procedure can be. With this time gain, the required for the heating before the hot forming oven can be designed smaller. During maintenance of the conventional size furnace, cooling takes place to room temperature in about 10 days, whereas cooling of the furnace size possible by the invention can be expected to save at least 2 to 3 days in time.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einem mit einem Al-Si-Schutzuberzug überzogenen Stahlprodukt und ein Zwischenprodukt, das im Zuge eines solchen Verfahrens entsteht und für die Herstellung von Bauteilen der in Rede stehenden Art genutzt werden kann. Im Zuge des Verfahrens wird das mit dem Al-Si-Uberzug überzogene Stahlprodukt einem ersten Erwärmungsschritt unterzogen, bei dem die Temperatur und die Dauer der Wärmebehandlung so eingestellt werden, dass der Al-Si-Uberzug nur teilweise mit Fe des Stahlprodukts vorlegiert wird, das Stahlprodukt wird in einem zweiten Erwärmungsschritt auf eine oberhalb der Ac1-Temperatur liegende Erwärmungstemperatur erwärmt, bei der das Stahlprodukt ein mindestens teilaustentisches Gefüge aufweist, wobei die Temperatur und Dauer des zweiten Erwärmungsschritts so eingestellt werden, dass der Al-Si-Uberzug im Zuge des zweiten Erw!ärmungsschritts vollständig mit Fe des Stahlprodukts durchlegiert wird, das auf die Erwärmungstemperatur erwärmte Stahlprodukt wird zu dem Bauteil umgeformt und das erhaltene Bauteil kontrolliert abgekühlt, um Härtegefüge zu erzeugen.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem mit einem Al-Si-Überzug versehenen Stahlprodukt und
Zwischenprodukt eines solchen Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einem mit einem Al-Si-Schutzuberzug überzogenen Stahlprodukt. Darüber hinaus betrifft die Erfindung auch ein Zwischenprodukt, das im Zuge eines solchen Verfahrens entsteht und für die Herstellung von Bauteilen der in Rede stehenden Art genutzt werden kann.
Bei Stahlprodukten der hier in Rede stehenden Art handelt es sich typischer Weise um Stahlbander oder -bleche, die in an sich bekannter Weise beispielsweise durch Feueraluminieren mit einem Al-Si-Uberzug versehen sind. Es kann sich dabei jedoch auch um vorgeformte Halbzeuge handeln, die beispielsweise aus Blechen vorgeformt und dann zu dem jeweiligen Bauteil fertig geformt werden.
Durch den Al-Si-Uberzug ist das aus dem jeweiligen Stahlprodukt geformte Bauteil wahrend seines praktischen Einsatzes gegen Korrosion geschützt. Die Korrosionsschutzwirkung, insbesondere den Schutz vor Verzunderung, bietet der Al-Si-Schutzuberzug jedoch auch schon bereits unmittelbar nach der Beschichtung des Stahlsubstrats und behalt sie im Zuge des Umformvorgangs bei. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Formgebung als so genanntes "Pressharten" durchgeführt wird.
Beim Pressharten wird das zu verformende Ausgangsprodukt vor der Formgebung auf eine Temperatur gebracht, bei der ein zumindest teilaustenitisches Gefuge vorliegt, und im warmen Zustand verformt. Entweder schon wahrend des Warmformvorgangs oder unmittelbar daran anschließend wird das erhaltene Bauteil dann beschleunigt abgekühlt, um Hartegefuge zu bilden. Als Ausgangsprodukt für das Pressharten können Flachprodukte, wie Blechzuschnitte, oder bereits vor- bzw. endgeformte Halbzeuge verwendet werden .
Wahrend des Presshartens verhindert der Al-Si-Uberzug, dass sich auf dem Stahlprodukt Zunder bildet, der den Formgebungsvorgang massiv behindern wurde. Auf diese Weise ist es möglich, auch aus hochfesten, vergutbaren Stahlen Bauteile zu formen, die in der Praxis besonders hohen Belastungen ausgesetzt sind.
Eine typischerweise für diesen Zweck verwendete Stahlgute ist m der Praxis unter der Bezeichnung "22MnB5" bekannt. Aus Stahlguten dieser Art werden beispielsweise Karosserieteile von Kraftfahrzeugen gefertigt, die bei geringer Flachproduktdicke und damit einhergehend vergleichbar geringem Gewicht eine hohe Festigkeit besitzen müssen. Ebenso können jedoch auch andere Stahlguten, wie beispielsweise Tiefziehstahle der unter der Handelsbezeichnung "DX55D" bekannten, gemäß DIN EN 10327 zusammengesetzten Art, sowie mikrolegierte Stahle der gemäß DIN EN 10292 legierten, unter der Bezeichnung "HX300/340 LAD" im Handel erhältlichen Art, pressformgehartet werden. Auch ist es möglich, die Ausgangsprodukte zu verwenden, die nach Art von Tailored Blanks/Patchwork Blanks aus mehreren Blechen zusammengesetzt sind.
Damit der Al-Si-Uberzug auf dem Stahlsubstrat so fest haftet, dass er bei der Umformung nicht bricht oder abplatzt, ist es erforderlich, das mit dem Al-Si-Uberzug versehene Stahlprodukt vor der Umformung einer Wärmebehandlung zu unterziehen, bei dem Eisen aus dem Stahlsubstrat in den Al-Si-Uberzug einlegiert wird. Ziel ist dabei, den Überzug über seine gesamte Dicke durchzulegieren, um sicherzustellen, dass es auch in den oberen, an die freie Außenseite des überzogenen Flachprodukts angrenzenden Schichten des Überzugs zu keinen Brüchen oder Abplatzungen kommt. Die Art bzw. der Grad der Durchlegierung von Al-Si-Uberzugen hat darüber hinaus auch Einfluss auf die Schweiß- und Lackierbarkeit der durch Pressharten hergestellten Bauteile.
Ein Verfahren der voranstehend beschriebenen Art ist in der EP 1 380 666 Al beschrieben. Bei diesem Verfahren wird ein mit einem Al-Si-Uberzug beschichtetes Stahlblech zunächst über eine Dauer von 2 bis 8 Minuten auf 900 0C bis 950 0C erwärmt. Daraufhin wird das beschichtete Stahlblech auf eine 700 - 800 0C betragende Temperatur abgekühlt und bei dieser Temperatur warmverformt . Anschließend wird das geformte Stahlteil schnell auf eine Temperatur unterhalb von 300 0C abgekühlt, um ein martensitisches Gefuge in dem erhaltenen Stahlteil zu erzeugen. Die Wärmebehandlung des mit dem Überzug versehenen Stahlsubstrats wird dabei so durchgeführt, dass durch Diffusion des Eisens aus dem Stahlsubstrat nach der Wärmebehandlung der Eisenanteil im Überzug in einem Bereich zwischen 80 % und 95 % liegt. Auf diese Weise soll ein warmgeformtes Bauteil erhalten werden, bei dem eine gute Schweißeignung und eine gute Formbarkeit mit einem hohen Korrosionsschutz kombiniert sind.
Ein Problem bei der Durchfuhrung der für das Durchlegieren erforderlichen Wärmebehandlung besteht darin, dass dabei neben der Einstellung einer ausreichenden Erwarmungstemperatur eine gewisse Ofenliegezeit eingehalten werden muss. Die Dauer, über die das jeweilige Stahlprodukt im Ofen gehalten werden muss, resultiert aus der Aufheizgeschwindigkeit des Substrates und der benotigten Durchlegierung des Substrates mit der Al-Si-Schicht . Stand der Technik ist eine Ofenliegezeit von fünf bis 14 Minuten.
In der Praxis werden zum vor der Warmumformung durchgeführten Erwarmen der mit Al-Si-Uberzugen versehenen Stahlprodukte Strahlungsofen eingesetzt. Grundlagenuntersuchung zum Aufheizverhalten von mit Al-Si-Uberzugen versehenen Stahlprodukten haben in diesem Zusammenhang ergeben, dass in solchen Ofen die Reflexion der Wärmestrahlung an der Oberflache des jeweiligen Überzugs zu einer reduzierten Aufheizgeschwindigkeit im Vergleich zu unbeschichteten bzw. organisch oder anorganisch beschichteten Werkstoffen führt. Damit einhergehend muss eine verhältnismäßig lange Zeitdauer für die Erwärmung in Kauf genommen werden. Diese lange Zeitdauer fuhrt beim Verarbeiter der mit einem Al-Si-Uberzug versehenen F] achprodukte zu langen Prozesszeiten, durch die nicht nur die Taktzeiten bei der Bauteilherstellung verlängert, sondern auch der apparative Aufwand für den für die Erwärmung benotigten Ofen erhöht wird.
Technisch wäre es auch möglich, den Stahl-Grundwerkstoff der Flachprodukte mit seiner Beschichtung durch induktive oder konduktive Erwärmung schneller aufzuheizen. Auch konnte die Aufheizung durch erzwungene Konvektion der Wärmestrahlung beschleunigt werden. Im Fall einer beschleunigten Erwärmung besteht allerdings die Gefahr, dass der Legierungsprozess in der Al-Si-Uberzugsschicht langsamer ablauft als die Aufheizgeschwindigkeit mit dem Ergebnis, dass die Al-Si-Schicht nicht vollständig oder fehlerhaft durchlegiert wird. Im Extremfall kann es sogar dazu kommen, dass die Al-Si-Schicht vom Stahlprodukt abfließt.
Aus der DE 10 2004 007 071 B4 ist ein Versuch bekannt, die Prozesszeit beim Verarbeiter der mit einem Al-Si-Uberzug versehenen Flachprodukte dadurch zu verkurzen, dass das Durchlegieren des Überzugs und die Erwärmung des Stahlflachprodukts auf Erwarmungstemperatur in zwei getrennten Arbeitsschritten durchgeführt wird. Dieses Vorgehen erlaubt es, den Prozess der Durchlegierung beim Hersteller des mit dem Al-Si-Uberzug versehenen Stahlflachprodukts durchzufuhren. Beim Verarbeiter kann die Erwärmung des mit dem dann bereits durchlegierten Überzug versehenen Stahlflachprodukts beispielsweise mittels Induktion oder Konduktion in optαmal kurzer Zeit erfolgen, ohne dass dabei auf die Ausbildung des Überzugs Rucksicht genommen werden muss. Dementsprechend ist es bei Anwendung des bekannten Verfahrens grundsätzlich möglich, Stahlflachprodukte, die beim Hersteller bereits mit einem vollständig durchlegierten Überzug versehen sind, in einem Zwischenlager zu speichern, aus dem sie dann im Bedarfsfall für die Weiterverarbeitung beim Verarbeiter kurzfristig abgerufen werden können.
Als problematisch erweist sich bei dem voranstehend erläuterten Vorschlag allerdings, dass der vollständig durchlegierte Überzug selbst sowohl wahrend der Lagerung der vorproduzierten Stahlflachprodukte im Zwischenlager als auch im Zuge der beim Verarbeiter durchlaufenen Arbeitsschritte einem korrosiven Angriff ausgesetzt ist. Dieses Problem ergibt sich aus dem Eisenanteil, der an der freien Oberflache des durchlegierten Überzugs vorhanden ist. Um eine solche Oberflachenkorrosion zu unterdrucken, sind aufwandige Schutzmaßnahmen erforderlich, die die mit der Entkopplung von Durchlegierung und Pressharten erreichten Vorteile zum großen Teil wieder aufzehren. Hinzukommt, dass ein unter Umstanden vor dem Warmumformen erforderlich werdender Zuschnitt der mit dem durchlegierten Überzug überzogenen Flachproduktplatinen schwierig ist, da durchlegierte Al- Si-Schichten hart und spröde sind. Vor dem Hintergrund des voranstehend erläuterten Standes der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zu schaffen, das verkürzte Verarbeitungszeiten beim Verarbeiter von mit einem Al-Si-Uberzug versehenen Stahlprodukten ermöglicht, ohne dass dazu die Gefahr von korrosiven Angriffen oder Nachteile bei einem nachträglichen Zuschnitt der beschichteten Flachprodukte in Kauf genommen müssen.
Erfindungsgemaß ist diese Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren gelost worden. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind in den auf Anspruch 1 ruckbezogenen Ansprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemaß verarbeiteten Stahlprodukt kann es sich um ein Stahlflachprodukt, wie ein Stahlblech oder Stahlband, oder ein beispielsweise aus einem Stahlblech vorgeformtes Halbzeug handeln, dass beim erfindungsgemaß durchgeführten Warmpressharten fertig verformt wird. Auch lassen sich in erfindungsgemaßer Weise aus mehreren nach Art von Tailored Blanks/Patchwork Blanks zusammengesetzte Biecne verarbeiten.
Auch beim erfindungsgemaßen Verfahren findet eine zweistufige Wärmebehandlung statt, wobei es ebenfalls m Übereinstimmung mit dem Stand der Technik im ersten Erwarmungsschπtt zum Einlegieren von Eisen aus dem Stahlsubstrat in den Al-Si-Uberzug kommt.
Im Unterschied zum Stand der Technik wird dieser erste Legierungsschritt jedoch durch Einstellung einer geeigneten Temperatur und Behandlungsdauer so ausgeführt, dass der Al-Si-Uberzug nach dem ersten Erwarmungsschritt nur unvollständig mit Eisen des Stahlprodukts durchlegiert ist. Anschließend kann das mit dem erfmdungsgemaß unvollständig durchlegierten Überzug versehene Stahlprodukt auf Raumtemperatur abgekühlt und gelagert werden, bis es der Weiterverarbeitung zum jeweiligen Bauteil zugeführt wird. Da der Al-Si-Uberzug im ersten Erwarmungsschritt nur unvollständig legiert wird, weist der Al-Si-Uberzug auch nach dem ersten Erwarmungsschritt eine geringe Korrosionsanfalligkeit auf, so dass seine Lagerung, sein Transport und die weiteren im Vorfeld der zweiten Wärmebehandlung durchgeführten Arbeitsschritte problemlos durchgeführt werden können, ohne dass dazu zusatzliche Maßnahmen erforderlich sind.
Gleichzeitig behalt der erfindungsgemaß im Zuge des ersten Erwarmungsschritts nur teilweise durch] egierte Überzug eine Zähigkeit, die es auch nach dem ersten Erwarmungsschritt noch erlaubt, die dabei erhaltenen Flachprodukte mit einfachen Schneidoperationen zu zerteilen oder zu beschneiden, ohne dass es dabei zu einer nachhaltigen Beschädigung der Uberzugsschicht kommt .
Vor seiner Umformung zu dem Bauteil durchlauft das nach dem ersten Erwarmungsschritt erhaltene, erfindungsgemaß mit einem nur vorlegierten Überzug versehene Flachprodukt einen zweiten Erwarmungsschritt. Dieser zweite Erwarmungsschritt wird in der Regel beim Endverarbeiter durchgeführt, wahrend der erste zu absolvierende Warmebehandlungsschritt in der Regel beim Erzeuger der Stahlprodukte ablaufen wird. Der zweite Erwarmungsschritt wird dabei üblicher Weise unmittelbar vor der Warmformgebung absolviert werden. Im Zuge des zweiten Erwarmungsschπtts wird das in erfmdungsgemaßer Weise nur mit einem vorlegierten Al-Si- Uberzug versehene Stahlprodukt auf die für die nachfolgende Härtung erforderliche Erwarmungstemperatur erwärmt, die oberhalb der Acl-Teroperatur liegt, bei der das Stahlprodukt ein zumindest teilaustentisches Gefuge aufweist. Erforderlichenfalls lasst sich auch eine mindestens der Ac3-Temperatur entsprechende oder darüber liegende Erwarmungstemperatur einstellen, um im zu verformenden Ausgangsprodukt ein weitestgehend vollständiges Austenitgefuge einzustellen.
Dabei sind die Temperatur und Dauer des zweiten Erwarmungsschritts erfmdungsgemaß so einzustellen, dass der Al-Si-Uberzug im Zuge des zweiten Erwarmungsschritts vollständig mit Fe des Stahlprodukts durchlegiert wird.
Überraschend hat sich in diesem Zusammenhang ergeben, dass der erfindungsgemaß mit dem Stahlsubstrat nur teilweise legierte Überzug einen Reflektionsgrad aufweist, der gegenüber der Erwärmung von mit vollständig durchlegierten Al-Si-Fe-Uberzugen versehenen Flachprodukten deutlich höhere Aufheizgeschwindigkeit bei der Erwärmung in Strahlungsofen auf die
Erwarmungstemperatur erlaubt, ohne dass ein Abfließen des Überzugs erfolgt.
Em in erfmdungsgemaßer Weise erhaltenes Zwischenprodukt ist somit dadurch gekennzeichnet, dass es mit einem nur mit dem Eisen des Stahlsubstrats unvollständig vorlegierten Al-Si-Uberzug versehen ist.
Nach dem zweiten Erwarmungsschritt wird das nun mit einem durchlegierten Si-Al-Fe-Uberzug versehene Ausgangsprodukt dann m an sich bekannter Weise m einem geeigneten Warmformwerkzeug zu dem gewünschten Bauteil umgeformt. Bei dem erhaltenen Bauteil kann es sich um ein fertig endgeformtes Bauteil handeln oder um ein Halbzeug, das anschließend weiteren Verformungsschritten unterzogen wird .
Bereits wahrend der Warmformgebung oder unmittelbar anschließend wird das warmgeformte Bauteil schließlich kontrolliert abgekühlt, um im Stahlsubstrat Hartegefuge zu erzeugen. Die Arbeitsschritte "Warmformen" und "Abkühlen" lassen sich dabei insbesondere in der vom "Pressformharten" bekannten Weise durchfuhren.
Die erfindungsgemaße Vorgehensweise erlaubt es somit, auf kostengünstige und gleichzeitig besonders effiziente Weise, ein aluminiertes, durch Pressformharten erzeugtes Bauteil innerhalb verkürzter Verarbeitungszeiten zur Verfugung zu stellen. Dabei ist nicht der Aufwand für den in der Regel beim Produzenten des Stahlprodukts durchgeführten Erwarmungsschritt aufgrund dessen verkürzt, dass die Prozesszeit und die
Behandlungstemperatur für die nur teilweise erfolgende Legierung der Al-Si-Schicht mit dem Eisen des Stahlsubstrats gegenüber dem Stand der Technik verkürzt ist, sondern auch der in der Regel beim Verarbeiter des mit dem erfindungsgemaß nur unvollständig legierten Al- Si-Uberzug durchgeführte zweite Erwarmungsschritt in verkürzter Prozessdauer bei entsprechend vermindertem Energiebedarf und minimiertem apparativen Aufwand ablaufen kann.
Die Tatsache, dass nach dem erfindungsgemaß durchgeführten ersten Erwarmungsschritt in der Al-Si- Schicht ein geringerer Fe-Anteil vorhanden ist als im nach dem Warmpressharten erhaltenen Bauteil, bei der nur ein minimales Korrosionsrisiko besteht, erlaubt es insbesondere, das Stahlprodukt zwischen dem ersten und dem zweiten Erwarmungsschritt auf Raumtemperatur abzukühlen und zu lagern, bevor es dann der Weiterverarbeitung zugeführt wird. Die Korrosionsschutzwirkung der nach dem ersten Erwarmungsschritt vorhandenen, nur teilweise legierten Al-Si-Schicht ist dabei so groß, dass sich das Stahlprodukt zwischen dem ersten und dem zweiten Erwarmungsschritt problemlos an Luft beispielsweise zwischen dem Werk des Erzeugers des Stahlprodukts und dem Werk des Endverarbeiters transportieren lasst.
Praktische Versuche haben ergeben, dass die Temperatur des ersten Erwarmungsschπtts mindestens 500 0C betragt, gleichzeitig jedoch höchstens gleich der Aci-Temperatur des Stahlprodukts ist. In der Praxis eignen sich daher für den ersten Erwarmungsschritt insbesondere Temperaturen, die im Bereich von 550 - 723 0C, insbesondere 550 - 700 0C, liegen. Durch eine Erwärmung in diesem Temperaturbereich werden die mechanisch technologischen Kennwerte des Stahlproduktes nicht verschlechtert und das Grunαgefαge bleibt in seinen Bestandteilen erhalten.
Die für den ersten Erwarmungsschritt bei diesen Erwarmungstemperaturen einzuplanende Zeitdauer betragt bei Al-Si-Uberzugsdicken im Ausgangszustand von 10 - 30 μm (entsprechend 80 - 150 g/m2) 4 - 24 h bei einer Erwärmung im Haubenofen. Es ist auch eine Erwärmung im Durchlaufofen oder Kammerofen denkbar, wobei die Erwärmungszeiten dabei jeweils weniger als eine Stunde betragen .
Bevorzugt werden Temperatur und Dauer des ersten Behandlungsschritts dabei jeweils so eingestellt, dass der Al-Si-Uberzug, gemessen ausgehend von dem Stahlsubstrat, über mindestens 50 %, insbesondere 70 - 99 %, bevorzugt 90 - 99 %, seiner Dicke mit Fe legiert ist.
Abhangig von der beim Hersteller des Stahlprodukts vorhandenen Ofentechnik kann der erste Erwarmungsschritt in einem Haubengluhofen, Kammerofen oder in einem Durchlaufgluhofen durchgeführt werden. Im Fall der Verarbeitung eines Stahlflachproduktes ist es dabei möglich, eine Vorlegierung in einem Durchlaufofen zu erhalten, der direkt inline am Austritt einer Beschichtungsanlage angeordnet ist, ahnlich wie dies bei einer Anlage für das Galvannealmg der Fall ist und die Erwärmung in einem Temperaturbereich zwischen 600 und 723 0C erfolgt. Genauso kann das erfindungsgemaß erhaltene, mit einem nur teilweise legierten Al-Si-Uberzug versehene Stahlprodukt im zweiten Erwarmungsschritt in einem Durchlaufofen auf die erforderliche Erwarmungstemperatur erwärmt werden. Dabei kann die zweite Erwärmung induktiv, konduktiv oder mittels Wärmestrahlung erfolgen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausfuhrungsbeispiels naher erläutert.
Es wurden Proben eines 1,5 mm dicken Stahlblechs untersucht, das neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) C: 0,226 %, Si: 0,25 %, Mn: 1,2 %, Cr: 0,137 %, Mo: 0,002 %, Ti: 0,034 %, B: 0,003 % enthielt und durch konventionelles Feueraluminieren mit einem 20 μm (entsprechend 120g /m2 ) dicken Al-Si-Uberzug versehen worden war.
Die Proben sind in einem einem Haubengluhofen nachgebildeten Versuchsofen für jeweils acht Stunden einer dem ersten Erwarmungsschritt des erfindungsgemaßen Verfahrens entsprechenden Wärmebehandlung unterzogen worden. Ein erster Teil von Proben ist dabei bei 500 0C, ein zweiter Teil bei 550 0C und ein dritter Teil bei 600 0C geglüht worden. Zusatzlich haben weitere Proben in sechs Minuten bei 950 0C den Durchlaufofen durchlaufen. Dies stellt eine typische Wärmebehandlung zum Pressharten dar, bei der die Al-Si-Uberzugsschicht durchlegiert wird. Nach den jeweiligen Gluhungen sind die Proben auf Raumtemperatur abgekühlt worden. Die erhaltenen Proben wiesen bis auf die bei 950 0C warmebehandelte Probe jeweils eine nicht vollständig durchlegierte Al-Si- Uberzugsschicht auf.
Anschließend sind die zuvor geglüht und abgekühlten Proben in einer dem zweiten Erwarmungsschritt entsprechenden G] uhbehandlung in einem Strahlungsofen auf eine Erwarmungstemperatur von 950 0C erwärmt worden, bei der das Stahlsubstrat Austenitgefuge besaß. Dabei wurden die Aufheizraten erfasst, d. h. es wurde überwacht, wie schnell die Proben auf die Zieltemperatur von 950 0C aufgeheizt worden sind.
In Diag. 1 ist die Temperatur T der jeweiligen Proben über die Gluhzeit t eingetragen. Zusatzlich ist in Diag. 1 die für eine nicht in einem vorgeschalteten ersten Erwarmungsschritt geglühte Probe eingetragen (Kurve "- 0C / - s") .
Es zeigt sich, dass sich bei den untersuchten Proben optimale Aufheizraten ergeben, wenn die Proben im ersten Erwarmungsschritt im Haubenofen für 8 h bei 550 0C oder 600 0C geglüht worden sind. Ein genauso gutes Aufheizverhalten wurde für die im Durchlaufofen bei 950 0C für sechs Minuten geglühten Proben festgestellt.
Das schlechtere Aufheizverhalten der zuvor bei 500 °C für 8 h geglühten Proben ist darin begründet, dass sich bei diesen Proben in der oberen, nicht legierten Schicht des Al-Si-Uberzugs die Reflektion der Strahlung genauso verhalt, wie bei herkömmlichen Al-Si-Uberzugen im Anlieferungszustand ohne vorherige Wärmebehandlung.
Mit dem erfindungsgemaßen Prozess lassen sich die Zeiten, die für die Durchlegierung im Austenitisierungsofen vor der Warmumformung benotigt werden, deutlich verkurzen. So konnte gezeigt werden, dass gegenüber der konventionellen Vorgehensweise ein Zeitgewinn von mindestens 90 s erwartet werden kann. Mit diesem Zeitgewinn können die für die Erwärmung vor der Warmformgebung benotigten Ofen kleiner konzipiert werden. Bei der Wartung der Ofen mit konventioneller Große erfolgt ein Abkühlen auf Raumtemperatur in etwa 10 Tagen, wohingegen bei der durch die Erfindung möglichen Reduzierung der Ofengroße mit einem Zeitgewinn von mindestens 2 bis 3 Tagen für die Abkühlung gerechnet werden kann.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus einem mit einem Al-Si-Schutzuberzug überzogenen Stahlprodukt, wobei im Zuge des Verfahrens
- das mit dem Al-Si-Uberzug überzogene Stahlprodukt einem ersten Erwarmungsschritt unterzogen wird, bei dem die Temperatur und die Dauer der Wärmebehandlung so eingestellt werden, dass der Al-Si-Uberzug nur teilweise mit Fe des Stahlprodukts vorlegiert wird,
- das Stahlprodukt in einem zweiten Erwarmungsschritt auf eine oberhalb der Acl-Temperatur liegende Erwarmungstemperatur erwärmt wird, bei der das Stahlprodukt ein mindestens teilaustentisches Gefuge aufweist, wobei die Temperatur und Dauer des zweiten Erwarmungsschπtts so eingestellt werden, dass der Al-Si-Uberzug im Zuge des zweiten Erwarmungsschritts vollständig mit Fe des Stahlprodukts durchlegiert wird,
- das auf die Erwarmungstemperatur erwärmte Stahlprodukt zu dem Bauteil umgeformt wird und
- das erhaltene Bauteil kontrolliert abgekühlt wird, um Hartegefuge zu erzeugen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Stahlprodukt zwischen dem ersten und dem zweiten Erwarmungsschπtt auf Raumtemperatur abgekühlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Stahlprodukt zwischen dem ersten und dem zweiten Erwarmungsschritt an Luft transportiert wird.
4. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Temperatur des ersten Erwarmungsschritts mindestens 500 0C betragt und gleichzeitig höchstens gleich der ACi-Temperatur des Stahlprodukts ist.
5. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Temperatur des ersten Erwarmungsschritts
550 - 723 0C, insbesondere 550 - 700 0C, betragt.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der erste Erwarmungsschritt in einem Haubengluhofen durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der erste Erwarmungsschritt in einem Durchlaufofen durchgeführt wird.
8. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Erwarmungstemperatur , auf die das Stahlprodukt im zweiten Erwarmungsschritt erwärmt wird, mindestens der Ac3-Temperatur entspricht.
9. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der zweite Erwarmungsschritt in einem Durchlaufofen durchgeführt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der zweite Erwarmungsschritt in einem Kammerofen durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Stahlprodukt aus einem Vergütungsstahl besteht.
12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Stahlprodukt ein Stahlflachprodukt, wie ein Stahlblech oder ein Stahlband ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Stahlprodukt ein vorgeformtes Halbzeug ist.
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