WO2010122097A1 - Verfahren zum schmelztauchbeschichten eines 2-35 gew.-% mn enthaltenden stahlflachprodukts und stahlflachprodukt - Google Patents

Verfahren zum schmelztauchbeschichten eines 2-35 gew.-% mn enthaltenden stahlflachprodukts und stahlflachprodukt Download PDF

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Martin Norden
Wilhelm Warnecke
Marc Blumenau
Matthias Dahlem
Jennifer Schulz
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Definitions

  • the invention relates to a process for the hot dip coating of a zinc flat or a zinc alloy containing 2 to 35% by weight of Mn, and to a flat steel product provided with a zinc or zinc alloy coating.
  • Typical alloying elements are manganese, chromium, silicon, aluminum, and the like, which form stable non-reducible surface oxides upon conventional recrystallizing annealing. These oxides can prevent the reactive wetting with a molten zinc.
  • steels with high manganese contents of high strengths of up to 1,400 MPa on the one hand and extremely high strains (uniform strains of up to 70% and breaking elongations of up to 90%) are in principle particularly suitable for use in the field of vehicle construction , especially in the automotive industry.
  • specially suitable steels with high Mn Contents of 6 wt .-% to 30 wt .-% are known for example from DE 102 59 230 Al, DE 197 27 759 C2 or DE 199 00 199 Al.
  • Flat products produced from the known steels have an isotropic deformation behavior at high strengths and, moreover, are still ductile even at low temperatures.
  • WO 2006/042931 A1 Another method for coating a high manganese-containing, from 0.35 to 1.05 wt .-% C, 16 to 25 wt .-% Mn, balance iron and unavoidable impurities containing steel strip is known from WO 2006/042931 A1.
  • the steel strip thus composed is first cold-rolled and then annealed recrystallizing in an atmosphere which is reducing with respect to iron.
  • the annealing parameters are selected such that on both sides of the steel strip an intermediate layer is formed, which consists essentially completely of amorphous (FeMn) oxide, and additionally adjusts an outer layer consisting of crystalline Mn oxide, wherein the thickness of two layers is at least 0.5 microns.
  • a hot-dip coating then no longer takes place. Rather, the Mn oxide layer in combination with the (FeMn) oxide layer should provide adequate corrosion protection.
  • DE 10 2006 039 307 B3 discloses a process for hot-dip coating a high Mn-containing steel substrate, in which the ratio% H 2 ⁇ /% H 2 of the steel strip is substantially free of oxidic interlayers Water content% H 2 O to the hydrogen content% H 2 Gluhatmosphare m depending on the respective annealing temperature T G is set so that the ratio% H 2 ⁇ /% H 2 is less than or equal to 8-10 ⁇ 15 -x ⁇ G 3 ' 529 , where T is the annealing temperature.
  • This specification is based on the finding that, by means of a suitable setting of the glow atmosphere, namely its hydrogen content in relation to its dew point, a surface quality of the steel strip to be coated sets during the annealing, which ensures optimum adhesion of the subsequently hot-dip coating ensured applied metallic Schutzüberzuges.
  • the so set Gluhatmosphare reduces both against the iron and against the manganese of the steel strip.
  • the aim is to avoid the formation of an oxide layer impairing the adhesion of the melt coating to the high manganese steel substrate.
  • the object of the invention was to provide a method which makes it possible to provide high contents of Mn-containing flat steel products with a corrosion-protecting Zmkuberzug bej which a further improved adhesion of the coating on the steel substrate is ensured.
  • a flat steel product should be created in which as well under high degrees of deformation of each formed of zinc or a zinc alloy Zn coating securely adheres to the steel substrate.
  • this object is achieved in that the hot dip coating of a high Mn contents containing flat steel product, the steps specified in claim 1 are completed.
  • a flat steel product in the form of a steel strip or sheet steel is first provided for hot dip coating a 2 to 35 wt% Mn-containing flat steel product in a continuous process.
  • the coating procedure according to the invention is particularly suitable for steel strips which are highly alloyed in order to ensure high strength and good elongation properties.
  • Steel strips which can be provided with a metallic protective coating by hot-dip coating according to the invention typically contain (in% by weight) C: ⁇ 1.6%, Mn: 2-35%, Al: ⁇ 10%, Ni: ⁇ 10 %, Cr: ⁇ 10%, Si: ⁇ 10%, Cu: ⁇ 3%, Nb: ⁇ 0.6%, Ti: ⁇ 0.3%, V: ⁇ 0.3%, P: ⁇ 0.1 % B: ⁇ 0.01%, Mo: ⁇ 0.3%, N: ⁇ 1.0%, balance iron and unavoidable impurities.
  • a steel which (in wt .-%) C: ⁇ 1.00%, Mn: 7.00 - 30.00%, Al: 1.00 - 10.00%, Si :> 2.50 - 8.00% (provided that the sum of Al content and Si content is> 3.50 - 12.00%), B: ⁇ 0.01%, Ni: ⁇ 8, 00%, Cu: ⁇ 3.00%, N: ⁇ 0.60%, Nb: ⁇ 0.30%, Ti: ⁇ 0.30%, V: ⁇ 0.30%, P: ⁇ 0.01% , Rest contains iron and unavoidable impurities.
  • both hot-rolled and cold-rolled steel strips can be coated in the manner according to the invention as flat steel products, with the method according to the invention being particularly effective in the processing of cold-rolled steel strip.
  • the thus provided flat products are annealed in a working step b).
  • the annealing temperature Tg is 600 - 1100 0 C, while the annealing time, over which the flat steel product is kept at the annealing temperature, 10 - 240 s.
  • the above-mentioned annealing temperature Tg and annealing time under a FeO iron oxide present on the steel flat product be reducing and oxidizing with respect to the manganese contained in the steel substrate.
  • the annealing atmosphere contains 0.01-85 vol .-% H 2 , H 2 O and the balance N 2 and technically unavoidable impurities and has a lying between -70 0 C and +60 ° C dew point, wherein for the H 2 O / H 2 ratio applies:
  • the ratio H 2 OZH 2 is set so that it is on the one hand greater than 8xl0 ⁇ 15 * Tg 3 ' 529 and on the other hand at most equal to 0.957, wherein Tg the respective annealing temperature is designated.
  • the dew point of the atmosphere is preferably in the range from - 50 0 C to +60 0 C.
  • the annealing atmosphere in this case typically 0.1 to 85 vol 'H 2.
  • a particularly economical mode of operation of the Annealing erfmdungsgehold used continuous furnace can be achieved, that the dew point of the atmosphere at -20 0 C to +20 0 C is maintained.
  • the steel flat product at least partially covering Mn Mischoxidschichr is produced by a carried out before the Melmtauchbe Anlagenen Glow on the flat steel product, and it is particularly favorable in view of the adhesion of the Zn coating on the steel substrate, if the Mn mixed oxide layer substantially completely covers the surface of the flat steel product after annealing.
  • the Mn mixed oxide layer is defined as MnO Fe meta n in the context of the invention. That is, metallic iron is present in this Mn mixed oxide layer and not, as in the prior art, oxidized iron.
  • a Mn mixed oxide layer is deliberately set via at least one annealing stage by carrying out the annealing (working step b)) under a FeO-reducing and an Mn-oxidizing atmosphere.
  • the layer of Mn mixed oxides produced on the steel substrate according to the invention forms a primer on which the subsequently applied zinc layer surprisingly adheres particularly securely.
  • the Mn mixed oxide layer remains during the Hot dip coating process as far as possible, so that it ensures the permanent cohesion of Zn ⁇ coating and steel substrate in the finished product.
  • the annealed flat steel product is placed on a
  • Bath inlet temperature cooled, with which it enters the Zn melt bath cooled, with which it enters the Zn melt bath.
  • bath-entering of the flat steel product is in the range 310-710 0 C.
  • the melt bath optionally Si ⁇ 2%, Pb ⁇ 0.1%, Ti ⁇ 0.2%, Ni
  • the thus obtained, with a corrosion-protective Zn protective coating hot-dip coated steel flat product is finally cooled, and before cooling in a conventional manner, the thickness of the coating can be adjusted.
  • the Zn coating according to the invention necessarily contains Al contents of 0.05-8% by weight and may additionally have contents of up to 8% by weight Mg, the upper limit of the contents of both elements in practice typically having a maximum of 5% by weight .-% is limited.
  • a flat steel product according to the invention having a Mn content of 2 to 35% by weight and a Zn protective coating which protects against corrosion is accordingly characterized in that the Zn protective coating comprises an Mn mixed oxide layer substantially covering and adhering to the flat steel product and a flat steel product and the Mn mixed oxide layer adhered to it has the Zn layer which shields from the environment.
  • a particularly good adhesion of the zinc layer on the steel substrate is then obtained when the Zn-protective coating disposed between the Mn mixed oxide layer and the Zn-Fe layer (Mn) comprises 5 2 A1 layer.
  • the Fe (Mn) 2Al5 layer forms a barrier layer, by means of which the reduction of the Mn mixed oxide layer during hot dip is reliably prevented.
  • the barrier layer can convert into FeZn phases, wherein the Mn oxide layer is still preserved.
  • the MnO layer and the Fe (Mn) 2 A1 5 layer of a coating produced and obtained according to the invention thus ensure, even after hot dip coating, that that the outer Zn layer adheres firmly to the steel substrate under high degrees of deformation.
  • the presence of the invention a Mn composite oxide layer on the surface of the steel substrate acts not only positive when the additional Fe (Mn) forms 2 A1 5 layer, but also if alternative in the molten bath of magnesium or in addition to aluminum is present in effective levels. Even when a ZnMg coating layer is produced on the steel substrate, the MnO layer produced according to the invention ensures particularly good and uniform wetting of the flat steel product with at the same time optimal adhesion and minimized risk of cracking or spalling even at high degrees of deformation.
  • a particularly practical embodiment of the invention results in this context when Al and Mg are present in the specified limits simultaneously in the melt bath and for the ratio of the Al content% A1 and the Mg content% Mg applies:% Al /% Mg ⁇ 1.
  • the Al content of the melt bath is always smaller than its Mg content.
  • Magnesium is characterized by a higher reduction potential on MnO than aluminum. Therefore, in the presence of higher Mg contents in the melt layer, forced dissolution of the MnO skeleton of the mixed oxide layer occurs.
  • the mixed oxide dissolved more is effectively more metallic iron "Fe meta ii" from the "depth" of the mixed oxide layer on the reaction front mixed oxide layer / zinc bath available, so that the opaque Fe (Mn) 2 A1 5 - limit layer can form a particularly effective adhesion promoter. Accordingly, the MnO reduction by dissolved magensium contributes m-situ with particularly high efficiency to erfmdungsgetool desired, the particularly good adhesion of the Zn coating ensures boundary layer formation.
  • the processing step (step b)) carried out in preparation for the hot-dip coating in the context of the method according to the invention can be carried out in one or more stages.
  • the Gluhung is carried out in one stage, depending on the dew point different hydrogen contents m the Gluhatmosphare possible. If the dew point in the range from -70 0 C to +20 0 C, the Gluhatmosphare at least 0.01 vol .-% H 2, but less than 3 vol .-% H 2.
  • the hydrogen content should be in the range of 3% to 85%, so that the atmosphere has a reducing effect on iron.
  • the reducing effect with respect to the FeO which may be present and the oxidizing effect with respect to the Mn present in the steel substrate are thus reliably achieved.
  • the annealing step carried out according to the invention may be used (Step b) of claim 1) preceded by an additional Gluh Colour in which the flat steel product is held at a calcination temperature of 200 - 1100 0 C for a Gluhdauer of 0.1 - 60 s under an oxidative atmosphere for both Fe and Mn containing 0.0001 - 5 vol.% H 2 and optionally 200 - 5500 vo. -ppm O 2 and has a lying in the range of -60 0 C to + 60 0 C dew point.
  • inventive Gluh Kunststoff is then carried out at a dew point in the range of -70 0 C to +20 0 C in a 0.01 - 85% hydrogen atmosphere taking into account the other during the execution of the inventive Gluhenfins parameters to be considered before the flat steel product is passed into the melt bath.
  • Optimal adhesion properties of the Zn coating are achieved in a coating produced according to the invention if the thickness of the Mn mixed oxide layer obtained after annealing (step b)) is 40-400 nm, in particular up to 200 nm.
  • Figure 1 is a provided with an Al-containing Zn coating steel flat product in a schematic sectional view.
  • FIG. 2 shows a bevel cut of a sample of a Zn-coated flat steel product
  • Fig. 3 is provided with a ZnMg coating
  • FIG. 4 shows a bevel cut of a sample of a flat steel product provided with a ZnMg coating.
  • a first sample of the cold-rolled steel strip was then annealed in a one-step annealing process.
  • the steel strip sample is heated at a heating rate of 10 K / s to an annealing temperature Tg of 800 ° C. where the sample was then held for 30 seconds.
  • the glow was carried out under a Gluhatmosphare, which consisted of 5 vol .-% H 2 and 95 vol .-% of N 2 and whose dew point was +25 0 C.
  • the annealed steel strip has been cooled at a cooling rate of 20 K / s to a bath inlet temperature of 480 0 C, in which it has been first subjected to an overaging treatment for 20 seconds.
  • the overaging treatment took place under the unchanged Gluhatmosphare.
  • the steel strip was then passed m 460 0 C hot, saturated with Fe zinc melt bath, which in addition to Zn, unavoidable impurities and Fe additionally contained 0.23 wt .-% Al. After a dipping time of 2 seconds, the hot-dip-coated steel strip has been led out of the molten bath and cooled to room temperature.
  • the steel strip was first heated at a heating rate of 10 K / s to 600 0 C and held at this annealing temperature for 10 seconds.
  • the Gluhatmosphare contained 2000 ppm O 2 and the remainder N 2 . Their dew point was -30 ° C.
  • the steel strip is in a second Gluhön to 800 0 C Amount end Gluhtemperatur Tg has been heated at which it has been kept for 30 seconds under a 5 vol .-% O2, residual N 2 -containing Gluhatmosphare whose dew point was -30 0 C. Then the steel strip is still cooled under the glow atmosphere with a cooling temperature of about 20 K / s to 480 0 C and for 20 seconds one
  • the finished hot-dip coated flat steel product is then led out of the melt bath and cooled to room temperature.
  • Fig. 1 the structure of the thus obtained on the steel substrate S coating Z is shown schematically.
  • M MnO-Fe
  • F MnO-Fe (Mn) 2 AIs
  • Al contents of not more than 0.15 wt .-% in the melt bath has formed a FeMnZn layer, which in turn is shielded from the environment by a Zn layer Zn ( ⁇ phase).
  • Mn mixed oxide layer M amounts to 20-400 nm, while the thickness of the Fe (Mn) 2 A1 5 intermediate layer F is 10-200 nm. Dxe total thickness of the coating layers M and F is accordingly 20-600 nm. In contrast, the zinc layer Zn is significantly thicker at 3-20 ⁇ m.
  • FIG. 2 shows an oblique cut of a sample produced in the manner described above. Clearly the steel substrate S and the lying thereon Mn y are 0 x manganese mixed oxide layer M with embedded metallic iron which can be seen on the mixed oxide layer M lying Fe (Mn) 2The interlayer F and lying on the intermediate layer F Zn layer.
  • the annealed steel strip is at a cooling rate of 20 K / s as in the above-described series of experiments
  • Bath inlet temperature of 480 0 C has been cooled, in which it has been subjected first for 20 seconds overaging treatment.
  • the overaging treatment took place under the unchanged Gluhatmosphare.
  • the steel strip was then passed m 460 0 C hot, saturated to Fe Zmk melt bath, in addition to Zn, unavoidable impurities and Fe additionally in combination 0.4 wt .-% Al and 1.0 Wt% Mg or all 0.14 wt%, 0.17 wt% or 0.23 wt% Al.
  • the hot-dip-coated steel strip has been led out of the molten bath and cooled to room temperature.
  • M' MnO-Fe
  • the thickness of the Mn mixed oxide layer M r is 20-400 nm, while the thickness of the Fe (Mn) 2 Al 5 intermediate layer F 'is 10-200 nm.
  • the total thickness of the coating layers M 'and F' is accordingly 20-600 nm.
  • the zinc layer ZnMg is significantly thicker at 3-20 ⁇ m.
  • FIG. 4 shows an oblique cut of a sample produced in the manner described above.
  • each of V1-V3 and V4-V6 were obtained from a cold-rolled steel strip consisting of an Al-TRIP steel VS1 and a steel strip consisting of a likewise cold-rolled Si-TRIP steel VS2.
  • the composition of steels VS1 and VS2 are given in Table 5.
  • the comparative samples V1-V6 were heat-treated in the manner described above for the samples according to the invention before being hot-dip coated in the melt bath.
  • the melt bath contained in each case 0.4% by weight of Al and 1% by weight of Mg.
  • the degree of wetting and the zinc adhesion were likewise investigated on the samples Vl-V6 thus coated.
  • the experimental parameters and results of these experiments are listed in Table 6. It turns out that due to the lower manganese contents of the steels VS1 and VS2 do not form MnO structure in the mixed oxidation layer on the surface of the steel substrate. As a result, no opaque Fe (Mn) 2 layer is formed as a primer. As a result, there is no sufficient MnO reduction by dissolved magnesium in the melt bath, so that in the comparative samples also no sufficient wetting and, accordingly, no sufficient adhesion of the coating can be achieved.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem sich 2 - 35 Gew.-% Mn enthaltende Stahlflachprodukte mit einem gut haftenden Zn-Überzug versehen lassen. Dazu sieht das Verfahren erfindungsgemäß vor, dass das jeweilige Stahlflachprodukt bei einer 600 - 1100° C betragenden Glühtemperatur Tg über eine Glühdauer von 10 - 240 s unter einer in Bezug auf auf dem Stahlflachprodukt vorhandenes FeO reduzierend und in Bezug auf das im Stahlsubstrat enthaltene Mn oxidierend wirkenden Glühatmosphare geglüht wird, die 0,01 - 85 Vol.-% H2, H2O und als Rest N2 sowie technisch bedingt unvermeidbare Verunreinigungen enthält und einen zwischen -70 °C und +60 °C liegenden Taupunkt aufweist, wobei für das H2O/H2-Verhältnis der Atmosphäre gilt: 8x10-15*Tg3,529 < H2O/H2 ≤ 0,957. Auf diese Weise entsteht auf dem Stahlflachprodukt eine mindestens abschnittsweise bedeckende MN-Mischoxidschicht. Anschließend wird das geglühte Stahlflachprodukt auf eine Badeintrittstemperatur abgekühlt, mit der es dann innerhalb einer Tauchzeit von 0,1 - 10 s durch ein an Eisen gesättigtes, 420 - 520 °C heißes Zn-Schmelzenbad geleitet wird, das neben dem Hauptbestandteil Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen 0,05 - 8 Gew.-% Al und/oder bis zu 8 Gew.-% Mg sowie optional Si < 2 %, Pb < 0,1 %, Ti < 0,2 %, Ni < 1 %, Cu < 1 %, Co < 0,3 %, Mn < 0,5 %, Cr < 0,2 %, Sr < 0,5 %, Fe < 3 %, B < 0,1 %, Bi < 0,1 %, Cd < 0,1 % enthält.

Description

Verfahren zum Sehmelztaυchbesehiehten eines 2 - 35 Gew.-% Mn enthaltenden Stahlflachprodukts und Stahlflachprodukt
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schmelztauchbeschichten eines 2 - 35 Gew.-% Mn enthaltenden Stahlflachprodukts mit Zink oder einer Zinklegierung sowie ein mit einem Zink- oder Zinklegierungsüberzug versehenes Stahlflachprodukt.
Im modernen Automobilbau wird verstärkt auf hoch und höchstfeste Stähle zurückgegriffen. Typische Legierungselemente sind Mangan, Chrom, Silicium, Aluminium u.a., die bei konventioneller rekristallisierender Glühbehandlung stabile nicht reduzierbare Oxide an der Oberfläche bilden. Diese Oxide können die reaktive Benetzung mit einer Zinkschmelze hindern .
Stahle mit hohen Mangan-Gehalten eignen sich aufgrund ihrer günstigen Eigenschaftskombination aus hohen Festigkeiten von bis zu 1.400 MPa einerseits und extrem hohen Dehnungen (Gleichmaßdehnungen bis zu 70 % und Bruchdehnungen bis zu 90 %) andererseits grundsätzlich im besonderen Maße für die Verwendung im Bereich des Fahrzeugbaus, insbesondere im Automobilbau. Für diesen Einsatzzweck speziell geeignete Stähle mit hohen Mn- Gehalten von 6 Gew.-% bis 30 Gew.-% sind beispielsweise aus der DE 102 59 230 Al, der DE 197 27 759 C2 oder der DE 199 00 199 Al bekannt. Aus den bekannten Stählen erzeugte Flachprodukte weisen bei hohen Festigkeiten ein isotropes Verformungsverhalten auf und sind darüber hinaus auch bei tiefen Temperaturen noch duktil.
Diesen Vorteilen steht jedoch gegenüber, dass hochmanganhaltige Stähle zu Lochfraß neigen und nur schwer zu passivieren sind. Diese im Vergleich zu niedriger legierten Stählen bei Einwirken erhöhter Chloridionen-Konzentrationen große Neigung zu lokal zwar begrenzter, jedoch intensiver Korrosion macht die Verwendung von zur Werkstoffgruppe der hochlegierten Stahlbleche gehörenden Stählen gerade im Karosseriebau schwierig. Zudem neigen hochmanganhaltige Stähle zu Flächenkorrosion, wodurch das Spektrum ihrer Verwendung ebenfalls einschränkt wird.
Daher ist vorgeschlagen worden, auch Stahlflachprodukte, die aus hochmanganhaltigen Stählen erzeugt sind, in an sich bekannter Weise mit einem metallischen Überzug zu versehen, der den Stahl vor korrosivem Angriff schützt. Praktische Versuche, Stahlbänder mit hohen Mangangehalten durch ein kostengünstig durchführbares Schmelztauchbeschichten mit einer metallischen Schutzschicht zu versehen, brachten neben grundsätzlichen Problemen bei der Benetzung mit der Zn-Schmelze insbesondere im Hinblick auf die bei einer Kaltverformung von dem Überzug geforderten Haftung auf dem Stahlsubstrat unbefriedigende Ergebnisse. Als Grund für diese schlechten Haftungseigenschaften wurde die starke Oxidschicht ermittelt, die sich bei der für das Schmelztauchbeschichten unverzichtbaren Glühung einstellt. Die derart oxidierten Blechoberflächen lassen sich nicht mehr mit der erforderlichen Gleichmäßigkeit und Vollständigkeit mit dem Überzugsmetall benetzen, so dass das Ziel eines flächendeckenden Korrosionsschutzes nicht erreicht wird.
Die aus dem Bereich von hochlegierten, jedoch niedrigere Mn-Gehalte aufweisenden Stählen bekannten Möglichkeiten der Verbesserung der Benetzbarkeit durch Aufbringen einer Zwischenschicht aus Fe oder Ni führten bei Stahlblechen mit mindestens 6 Gew.-% Mangan nicht zu dem gewünschten Erfolg.
In der DE 10 2005 008 410 B3 ist vorgeschlagen worden, auf ein 6 - 30 Gew.~% Mn enthaltendes Stahlband vor der dem Schmelztauchbeschichten vorangehenden letzten Glühung eine Aluminiumschicht aufzutragen. Das auf dem Stahlband haftende Aluminium verhindert bei der der Schmelzbeschichtung vorgeschalteten Glühung des Stahlbands, dass dessen Oberfläche oxidiert. Anschließend bewirkt die Aluminium-Schicht nach Art eines Haftvermittlers, dass der durch die Schmelzbeschichtung erzeugte Überzug auch dann fest und vollflächig auf dem Stahlband haftet, wenn das Stahlband selbst aufgrund seiner Legierung dazu ungünstige Voraussetzungen bietet. Dazu wird bei dem bekannten Verfahren der Effekt genutzt, dass es bei der der Schmelzbeschichtung notwendig vorgeschalteten Glühbehandlung zu einer Diffusion des Eisens des Stahlbands in die Aluminiumschicht kommt. Im Zuge der Glühung entsteht auf dem Stahlband somit eine metallische, im Wesentlichen aus Al und Fe bestehende Auflage, die stoffschlüssig mit dem durch das Stahlband gebildeten Untergrund verbunden ist.
Ein anderes Verfahren zum Beschichten eines hochmanganhaltigen, 0,35 - 1,05 Gew.-% C, 16 - 25 Gew.-% Mn, Rest Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen enthaltendes Stahlband ist aus der WO 2006/042931 A1 bekannt. Gemäß diesem bekannten Verfahren wird das derart zusammengesetzte Stahlband zunächst kaltgewalzt und anschließend rekristallisierend in einer Atmosphäre geglüht, die sich in Bezug auf Eisen reduzierend verhält. Dabei sind die Glühparameter so gewählt, dass sich auf dem Stahlband beidseitig eine Zwischenschicht einstellt, die im Wesentlichen vollständig aus amorphem (FeMn) -Oxid besteht, und sich zusätzlich eine äußere Schicht einstellt, die aus kristallinem Mn-Oxid besteht, wobei die Dicke der beiden Schichten mindestens 0,5 μm beträgt. Eine Schmelztauchbeschichtung findet anschließend nicht mehr statt. Vielmehr soll die Mn-Oxidschicht in Kombination mit der (FeMn) -Oxidschicht einen ausreichenden Korrosionsschutz bieten.
Auf einem ähnlichen Prinzip basiert das in der WO 2006/042930 (EP 1 805 341 Bl) beschriebene Verfahren, gemäß dem durch zwei aufeinander folgende Glühschritte zunächst auf dem hoch Mn-haltigen Stahlsubstrat eine Schicht aus Eisen-Mangan-Mischoxiden und dann auf dieser Schicht eine äußere aus Mn-Mischoxiden bestehende Schicht erzeugt wird. Anschließend wird das so beschichtete Stahlband in ein Schmelzenbad geleitet. Dieses Schmelzenband enthalt neben Zink zusätzlich Aluminium in einer Menge, die ausreicht, um die MnO-Schicht vollständig und die (FeMn) O-Schicht zumindest teilweise zu reduzieren. Im Ergebnis soll so ein Schichtaufbau erreicht werden, in dem drei FeMnZn-Schichten und eine außen liegende Zn-Schicht identifiziert werden können.
Praktische Untersuchungen haben gezeigt, dass auch derart aufwandig vorbeschichtete Stahlbander in der Praxis nicht die für eine Kaltverformung geforderte Haftung auf dem Stahlsubstrat aufweisen. Darüber hinaus erweist sich das aus der WO 2006/042930 bekannte Verfahren aufgrund der im Schmelzenbad ablaufenden, in der Praxis kaum steuerbaren Reaktionen als nicht ausreichend betriebssicher.
Schließlich ist aus der DE 10 2006 039 307 B3 ein Verfahren zum Schmelztauchbeschichten eines hohe Mn- Gehalte aufweisenden Stahlsubstrats bekannt, bei dem zur Herstellung einer im Wesentlichen von oxidischen Zwischenschichten freien metallischen Schutzschicht auf dem Stahlband das Verhältnis %H2θ/%H2 des Wasser-Gehaltes %H2O zum Wasserstoff-Gehalt %H2 der Gluhatmosphare m Abhängigkeit von der jeweiligen Gluhtemperatur TG so eingestellt wird, dass das Verhältnis %H2θ/%H2 kleiner oder gleich 8-10~15-x τG 3'529 ist, wobei mit T die Gluhtemperatur bezeichnet ist. Dieser Vorgabe liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass durch eine geeignete Einstellung der Gluhatmosphare, nämlich ihres Wasserstoff-Gehaltes im Verhältnis zu ihrem Taupunkt, sich beim Glühen eine Oberflachenbeschaffenheit des zu beschichtenden Stahlbands einstellt, die eine optimale Haftung des anschließend durch Schmelztauchbeschichten aufgetragenen metallischen Schutzuberzuges gewährleistet. Die so eingestellte Gluhatmosphare wirkt sowohl gegenüber dem Eisen als auch gegenüber dem Mangan des Stahlbands reduzierend. Ziel ist dabei, die Entstehung einer die Haftung des Schmelzuberzugs auf dem hochmanganhaltigen Stahlsubstrat beeinträchtigenden Oxidschicht zu vermeiden .
Praktische Untersuchungen haben gezeigt, dass gemäß dem voranstehend erläuterten bekannten Verfahren vorbereitete Stahlflachprodukte zwar ein gutes Benetzungsverhalten und eine für viele Anwendungen ausreichende Haftung des Zn- Uberzuges aufweisen. Jedoch ergab sich bei der Verformung von entsprechend beschichteten Stahlflachprodukten zu Bauteilen, dass es bei hohen Verformungsgraden nach wie vor zu Ablösungen und Rissbildungen des Überzugs kommt.
Ferner können die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, insbesondere bei Anwendung von hohen Prozesstemperaturen, die mechanischen Eigenschaften im Stahlflachprodukt negativ beeinflussen. Des Weiteren ist mit den bestehenden Prozessen kein ökonomischem, den ökologischen Anforderungen gerecht werdender Betrieb möglich.
Vor diesem Hintergrund bestand die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren anzugeben, das es erlaubt, hohe Gehalte an Mn aufweisende Stahlflachprodukte mit einem vor Korrosion schutzenden Zmkuberzug zu versehen, bej dem eine weiter verbesserte Haftung des Überzugs auf dem Stahlsubstrat gewahrleistet ist. Darüber hinaus sollte ein Stahlflachprodukt geschaffen werden, bei dem auch unter hohen Verformungsgraden der jeweils aus Zink oder eine Zinklegierung gebildete Zn-Überzug sicher auf dem Stahlsubstrat haftet.
In Bezug auf das Verfahren ist diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass beim Schmelztauchbeschichten eines hohe Mn-Gehalte aufweisenden Stahlflachproduktes die in Anspruch 1 angegebenen Arbeitsschritte absolviert werden.
In Bezug auf das Produkt ist die voranstehend angegebene Aufgabe zudem durch ein Stahlflachprodukt gelöst worden, das erfindungsgemäß die in Anspruch 10 angegebenen Merkmale besitzt.
Gemäß der Erfindung wird zum Schmelztauchbeschichten eines 2 - 35 Gew.-% Mn enthaltenden Stahlflachprodukts in einem kontinuierlichen Verfahrensablauf zunächst ein Stahlflachprodukt in Form eines Stahlbands oder Stahlblechs zur Verfügung gestellt.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise bei der Beschichtung ist insbesondere für solche Stahlbänder geeignet, die hoch legiert sind, um hohe Festigkeiten und gute Dehnungseigenschaften zu gewährleisten.
Stahlbänder, die sich in erfindungsgemäßer Weise durch Schmelztauchbeschichten mit einem metallischen Schutzüberzug versehen lassen, enthalten typischerweise (in Gew.-%) C: < 1,6 %, Mn: 2 - 35 %, Al: < 10 %, Ni: < 10 %, Cr: < 10 %, Si: < 10 %, Cu: < 3 %, Nb: ≤ 0,6 %, Ti: < 0,3 %, V: < 0,3 %, P: < 0,1 %, B: < 0,01 %, Mo: < 0,3 %, N: < 1,0 %, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen.
Besonders vorteilhaft wirken sich die durch die Erfindung erzielten Effekte bei der Beschichtung von hochlegierten Stahlbändern aus, die Mangan-Gehalte von mindestens 6 Gew.-% enthalten. So zeigt sich, dass ein Stahlgrundmaterial, welches (in Gew.-%) C: < 1,00 %, Mn: 20,0 - 30,0 %, Al: < 0,5 %, Si: < 0,5 %, B: < 0,01 %, Ni: < 3,0 %, Cr: <10,0 %, Cu: < 3,0 %, N: < 0,6 %, Nb: < 0,3 %, Ti: < 0,3 %, V: < 0,3 %, P: < 0,1 %, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthält, sich besonders gut mit einem vor Korrosion schützenden Überzug beschichten lässt.
Gleiches gilt, wenn ein Stahl als Grundmaterial eingesetzt wird, der (in Gew.-%) C: < 1,00 %, Mn: 7,00 - 30,00 %, Al: 1,00 - 10,00 %, Si: > 2,50 - 8,00 % (wobei gilt, dass die Summe aus Äl-Gehalt und Si-Gehalt > 3,50 - 12,00 % ist), B: < 0,01 %, Ni: < 8,00 %, Cu: < 3,00 %, N: < 0,60 %, Nb: < 0,30 %, Ti: < 0,30 %, V: < 0,30 %, P: < 0,01 %, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen enthält .
Wie bei der üblichen Schmelztauchbeschichtung können als Stahlflachprodukte sowohl warmgewalzte als auch kaltgewalzte Stahlbänder in erfindungsgemäßer Weise beschichtet werden, wobei sich das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere bei der Verarbeitung von kaltgewalztem Stahlband bewährt. Die so zur Verfügung gestellten Flachprodukte werden in einem Arbeitschritt b) geglüht. Die Glühtemperatur Tg beträgt dabei 600 - 1100 0C, während die Glühdauer, über die das Stahlflachprodukt auf der Glühtemperatur gehalten wird, 10 - 240 s beträgt.
Für die Erfindung entscheidend ist, dass der bei der voranstehend genannten Glühtemperatur Tg und Glühdauer unter einer in Bezug auf Eisenoxid FeO, das auf dem Stahlflachprodukt vorhanden ist, reduzierend und in Bezug auf das im Stahlsubstrat enthaltene Mangan oxidierend wirkt. Dazu enthält die Glühatmosphäre 0,01 - 85 Vol.-% H2, H2O und als Rest N2 sowie technisch bedingt unvermeidbare Verunreinigungen und weist einen zwischen -70 0C und +60 °C liegenden Taupunkt auf, wobei für das H2O/H2-Verhältnis gilt:
8xl0~15*Tg3'529 < H2CVH2 < 0f957
Erfindungsgemäß ist also das Verhältnis H2OZH2 so einzustellen, dass es einerseits größer als 8xl0~15*Tg3'529 und andererseits höchstens gleich 0,957 ist, wobei mit Tg die jeweilige Glühtemperatur bezeichnet ist.
Bei praxistypischen Anwendungen, die insbesondere darauf abzielen, auf dem jeweiligen Stahlsubstrat in erfindungsgemäßer Weise ein Mg-haltigen
Zinklegierungsüberzug in einem einstufigen Glühverfahren zu erzeugen, liegt der Taupunkt der Atmosphäre bevorzugt im Bereich von - 50 0C bis + 60 0C. Gleichzeitig enthält die Glühatmosphäre in diesem Fall typischerweise 0,1 - 85 Vol.-' H2. Eine besonders wirtschaftliche Betriebsweise des zum Glühen erfmdungsgemaß genutzten Durchlaufofens kann dadurch erreicht werden, dass der Taupunkt der Atmosphäre bei -20 0C bis +20 0C gehalten wird.
Im Ergebnis wird so durch eine vor dem Scnmelztauchbeschichten durchgeführte Gluhung auf dem Stahlflachprodukt eine 20 - 400 nm dicke, das Stahlflachprodukt mindestens abschnittsweise bedeckende Mn-Mischoxidschichr erzeugt, wobei es im Hinblick auf die Haftung des Zn-Uberzuges auf dem Stahlsubstrat besonders gunstig ist, wenn die Mn-Mischoxidschicht die Oberflache des Stahlflachproduktes nach dem Glühen im Wesentlichen vollständig bedeckt. Die Mn-Mischoxidschicht ist dabei im Sinne der Erfindung als MnO Femetan definiert. D.h., in dieser Mn-Mischoxidschicht liegt metallisches Eisen vor und nicht, wie beim Stand der Technik, oxidiertes Eisen.
Erfmdungsgemaß wird also über mindestens eine Gluhstufe gezielt eine Mn-Mischoxidschicht eingestellt, indem die Gluhung (Arbeitsschritt b) ) unter einer für FeO reduzierenden und einer für Mn oxydierenden Atmosphäre durchgeführt wird.
Überraschend hat sich gezeigt, dass auf diese Weise ein Stahlflachprodukt erhalten wird, das eine gute Benetzung bei der anschließend durchgeführten Schmelztauchbeschichtung sicherstellt. Ebenso bildet die auf dem Stahlsubstrat erfmdungsgemaß erzeugte Schicht aus Mn-Mischoxiden einen Haftgrund, auf dem die anschließend aufgebrachte Zinkschicht überraschender Weise besonders sicher haftet. Im Gegensatz zum in der WO 2006/042930 beschriebenen Stand der Technik bleibt dabei die Mn-Mischoxidschicht wahrend des Schmelztauchbeschichtungsvorgangs weitestgehend erhalten, so dass sie auch im fertigen Produkt den dauerhaften Zusammenhalt von Zn~Überzug und Stahlsubstrat gewährleistet.
Nach dem voranstehend erläuterten Glühschritt wird das geglühte Stahlflachprodukt auf eine
Badeintrittstemperatur abgekühlt, mit der es in das Zn- Schmelzenbad eintritt. Typischerweise liegt die Badeintrittstemperatur des Stahlflachprodukts im Bereich von 310 - 710 0C.
Anschließend wird das auf die Badeintrittstemperatur abgekühlte Stahlflachprodukt innerhalb einer Tauchzeit von 0,1 - 10 Sekunden, insbesondere 0,1 - 5 s, durch ein an Eisen gesättigtes, 420 - 520 0C heißes Zn-Schmelzenbad geleitet, das neben dem Hauptbestandteil Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen 0,05 - 8 Gew.-% Al und/oder bis zu 8 Gew.-% Mg, insbesondere 0,05 - 5 Gew.-% Al und/oder bis zu 5 % Gew.-% Mg, enthält. Zusätzlich in dem Schmelzenbad optional Si < 2 %, Pb < 0,1 %, Ti < 0,2 %, Ni
< 1 %, Cu < 1 %, Co < 0,3 %, Mn < 0,5 %, Cr < 0,2 %, Sr
< 0,5 %, Fe < 3 %, B < 0,1 %, Bi < 0,1 %, Cd < 0,1 % vorhanden sein, um in an sich bekannter Weise bestimmte Eigenschaften des Überzugs einzustellen.
Das so erhaltene, mit einem vor Korrosion schützenden Zn- Schutzüberzug schmelztauchbeschichtete Stahlflachprodukt wird schließlich abgekühlt, wobei vor dem Abkühlen noch in an sich bekannter Weise die Dicke des Überzugs eingestellt werden kann. Der erfindungsgemäße Zn-Überzug enthält notwendig AI- Gehalte von 0,05 - 8 Gew.-% und kann zusätzlich Gehalte an bis zu 8 Gew.-% Mg aufweisen, wobei die Obergrenze der Gehalte beider Elemente in der Praxis typischerweise auf maximal 5 Gew.-% beschränkt ist.
Ein erfindungsgemäßes Stahlflachprodukt mit einem Mn-Gehalt von 2 - 35 Gew.-% und einem vor Korrosion schützenden Zn-Schutzüberzug ist dementsprechend dadurch gekennzeichnet, dass der Zn-Schutzüberzug eine auf dem Stahlflachprodukt im Wesentlichen deckende und haftende Mn- Mischoxidschicht und eine das Stahlflachprodukt und die auf ihm haftende Mn-Mischoxidschicht gegenüber der Umgebung abschirmende Zn~Schicht aufweist.
Eine besonders gute Haftung der Zinkschicht auf dem Stahlsubstrat ergibt sich dann, wenn der Zn-Schutzüberzug eine zwischen der Mn-Mischoxidschicht und der Zn-Schicht angeordnete Fe (Mn) 2A15-Schicht umfasst. Diese entsteht dann, wenn in dem Schmelzenbad eine ausreichende Menge an Aluminium von 0,05 - 5 Gew.-% Al vorhanden ist. Die Fe (Mn) 2Al5-Schicht bildet dabei eine Sperrschicht, durch die die Reduktion der Mn-Mischoxidschicht beim Schmelztauchen sicher verhindert wird. In Abhängigkeit vom insbesondere zwischen 0,05 - 0,15 Gew.-% liegenden AI- Gehalt kann sich die Sperrschicht in FeZn-Phasen umwandeln, wobei die Mn-Oxidschicht dennoch erhalten bleibt.
Die MnO-Schicht und die Fe (Mn) 2A15-Schicht eines erfindungsgemäß erzeugten und beschaffenen Überzugs stellen somit auch nach dem Schmelztauchbeschichten noch sicher, dass die außen liegende Zn-Schicht unter hohen Verformungsgraden fest auf dem Stahlsubstrat haftet.
Jedoch wirkt sich die erfindungsgemäße Anwesenheit einer Mn-Mischoxidschicht auf der Oberfläche des Stahlsubstrats nicht nur dann positiv aus, wenn sich zusätzlich die Fe (Mn) 2A15-Schicht bildet, sondern auch dann, wenn in dem Schmelzenbad Magnesium alternativ oder ergänzend zu Aluminium in wirksamen Gehalten vorhanden ist. Auch bei Erzeugung einer ZnMg-Überzugsschicht auf dem Stahlsubstrat stellt die erfindungsgemäß erzeugte MnO-Schicht eine besonders gute und gleichmäßige Benetzung des Stahlflachproduktes bei gleichzeitig optimaler Haftung und minimiertem Risiko einer Rissbildung oder Abplatzung auch bei hohen Umformgraden sicher.
Eine besonders praxisgerechte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich in diesem Zusammenhang dann, wenn Al und Mg in den angegebenen Grenzen gleichzeitig im Schmelzenbad vorhanden sind und für das Verhältnis des Al-Gehalts %A1 und des Mg-Gehalts %Mg gilt: %Al/%Mg < 1. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist also der Al-Gehalt des Schmelzenbades stets kleiner als dessen Mg-Gehalt. Dies hat den Vorteil, dass die erfindungsgemäß angestrebte Grenzschichtbildung auch ohne eine besondere Glühschrittfolge im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zu einer Erhöhung des metallischen Eisens in der Mischoxidschicht führt. Magnesium zeichnet sich dabei durch ein höheres Reduktionspotential auf MnO als Aluminium aus. Deshalb erfolgt bei Anwesenheit von höheren Mg-Gehalten in der Schmelzschicht eine forcierte Auflösung des MnO-Gerüsts der Mischoxidschicht. Da das Mischoxid starker aufgelöst wird, steht effektiv mehr metallisches Eisen "Femetaii" aus der "Tiefe" der Mischoxidschicht an der Reaktionsfront Mischoxidschicht/Zinkbad zur Verfugung, so dass sich die deckende Fe (Mn) 2A15--Grenzschicht als Haftvermittler besonders effektiv ausbilden kann. Dementsprechend tragt die MnO-Reduktion durch gelöstes Magensium m-situ mit besonders hoher Wirksamkeit zur erfmdungsgemaß angestrebten, die besonders gute Haftung des Zn-Uberzuges gewährleistenden Grenzschichtbildung bei.
Der zur Vorbereitung des Schmelztauchbeschichtens im Rahmen des erfmdungsgemaßen Verfahrens durchgeführte Gluhschπtt (Arbeitsschritt b) ) kann ein- oder mehrstufig durchgeführt werden. Im Fall, dass die Gluhung einstufig durchgeführt wird, sind in Abhängigkeit vom Taupunkt verschiedene Wasserstoffgehalte m der Gluhatmosphare möglich. Liegt der Taupunkt im Bereich von -70 0C bis +20 0C kann die Gluhatmosphare mindestens 0,01 Vol.-% H2, jedoch weniger als 3 Vol.-% H2 enthalten. Wird dagegen ein Taupunkt von mindestens +20 0C bis einschließlich + 60 0C eingestellt, sollte der Wasserstoffgehalt im Bereich von 3 % bis 85 % liegen, damit die Atmosphäre reduzierend für Eisen wirkt. Unter Berücksichtigung der anderen wahrend der Durchfuhrung des erfmdungsgemaßen Gluhschritts zu berücksichtigenden Parameter wird so die reduzierende Wirkung in Bezug auf das gegebenenfalls vorhandene FeO und die oxidierende Wirkung in Bezug auf das im Stahlsubstrat vorhandene Mn sicher erreicht .
Soll dagegen das Stahlflachprodukt vor dem Eintritt in das Schmelzenbad m zwei Stufen geglüht werden, so kann dazu dem erfmdungsgemaß durchgeführten Gluhschritt (Arbeitsschritt b) von Anspruch 1) ein zusatzlicher Gluhschritt vorgeschaltet werden, bei dem das Stahlflachprodukt bei einer Gluhtemperatur von 200 - 1100 0C für eine Gluhdauer von 0,1 - 60 s unter einer für sowohl Fe als auch für Mn oxidativen Atmosphäre gehalten wird, die 0,0001 - 5 Vol.-% H2 sowie optional 200 - 5500 VoI . -ppm O2 enthalt und einen im Bereich von -60 0C bis +60 0C liegenden Taupunkt besitzt. Anschließend wird dann der erfmdungsgemaße Gluhschritt bei einem Taupunkt im Bereich von -70 0C bis +20 0C in einer 0,01 - 85 % Wasserstoff enthaltenden Atmosphäre unter Berücksichtigung der anderen wahrend der Durchfuhrung des erfindungsgemaßen Gluhschritts zu berücksichtigenden Parameter durchgeführt, bevor das Stahlflachprodukt in das Schmelzenbad geleitet wird.
Optimale Haftungseigenschaften des Zn-Überzuges werden bei einem erfindungsgemaß erzeugten Überzug erreicht, wenn die Dicke der nach dem Glühen (Arbeitsschritt b) ) erhaltenen Mn-Mischoxidschicht 40 - 400 nm, insbesondere bis zu 200 nm, betragt.
Ebenso tragt es zur Optimierung des Verformungsverhaltens eines erfindungsgemaß erzeugten Stahlflachproduktes bei, wenn das mit der Mn-Mischoxidschicht versehene Stahlflachprodukt vor dem Eintritt in das Schmelzenbad einer Uberalterungsbehandlung unterzogen wird.
Nachfolgend wird die Erfindung von Ausführungsbeispielen naher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein mit einem Al-haltigen Zn-Überzug versehenes Stahlflachprodukt in einer schematischen Schnittdarstellung;
Fig. 2 einen Schrägschliff einer Probe eines mit einem Zn-Überzugs versehenen Stahlflachprodukts;
Fig. 3 ein mit einem ZnMg-Überzug versehenes
Stahlflachprodukt in einer schematischen Schnittdarsteilung;
Fig. 4 einen Schrägschliff einer Probe eines mit einem ZnMg-Überzugs versehenen Stahlflachprodukts.
Aus einem hoch manganhaltigen Stahl mit der in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzung ist in bekannter Weise ein kaltgewalztes Stahlband erzeugt worden.
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Eine erste Probe des kaltgewalzten Stahlbands ist daraufhin in einem einstufig durchgeführten Glühprozess geglüht worden.
Dazu ist die Stahlband-Probe mit einer Erwärmungsrate von 10 K/s auf eine Glühtemperatur Tg von 800 °C aufgeheizt worden, bei der die Probe dann für 30 Sekunden gehalten worden ist. Die Gluhung erfolgte dabei unter einer Gluhatmosphare, die zu 5 Vol.-% H2 und zu 95 Vol.-% aus N2 bestand und deren Taupunkt bei +25 0C lag. Anschließend ist das geglühte Stahlband mit einer Abkuhlrate von 20 K/s auf eine Badeintrittstemperatur von 480 0C abgekühlt worden, bei der es zunächst für 20 Sekunden einer Uberalterungsbehandlung unterzogen worden ist. Die Überalterungsbehandlung fand dabei unter der unveränderten Gluhatmosphare statt . Ohne die Gluhatmosphare zu verlassen, ist das Stahlband daraufhin m ein 460 0C heißes, an Fe gesättigtes Zink-Schmelzenbad geleitet worden, das neben Zn, unvermeidbaren Verunreinigungen und Fe zusatzlich 0,23 Gew.-% Al enthielt. Nach einer Tauchzeit von 2 Sekunden ist das nun schmelztauchbeschichtete Stahlband aus dem Schmelzbad herausgeleitet und auf Raumtemperatur abgekühlt worden.
In einem zweiten Versuch ist eine zweite Probe des gemäß Tabelle 1 zusammengesetzten kaltgewalzten Stahlbands in einem ebenfalls kontinuierlich durchlaufenen Verfahrensablauf in einem zweistufigen Prozess geglüht und anschließend schmelztauchbeschichtet worden.
Dazu ist das Stahlband zunächst mit einer Heizrate von 10 K/s auf 600 0C erwärmt und bei dieser Gluhtemperatur für 10 Sekunden gehalten worden. Die Gluhatmosphare enthielt dabei 2000 ppm O2 und als Rest N2. Ihr Taupunkt lag bei -30 °C.
In unmittelbarem Anschluss daran ist das Stahlband in einem zweiten Gluhschritt auf eine 800 0C betragende Gluhtemperatur Tg erwärmt worden, bei der es für 30 Sekunden unter einer 5 Vol.-% Ü2, Rest N2 enthaltenden Gluhatmosphare gehalten worden ist, deren Taupunkt bei -30 0C lag. Darauf ist das Stahlband nach wie vor unter der Gluhatmosphare mit einer ca. 20 K/s betragenden Abkuhltemperatur auf 480 0C abgekühlt und für 20 Sekunden einer
Uberalterungsbehandlung unterzogen worden. Im Anschluss daran ist das Stahlband mit einer Badeintrittstemperatur von 480 0C in ein 460 0C heißes, an Fe gesättigtes Schmelzenbad geleitet worden, das wiederum 0,23 Gew.-% Al sowie andere Elemente in unwirksamen
Verunreinigungsspuren und als Rest Zink enthielt. Nach einer Tauchzeit von 2 Sekunden ist das fertig schmelztauchbeschichtete Stahlflachprodukt dann aus dem Schmelzenbad herausgeleitet und auf Raumtemperatur abgekühlt worden.
In Fig. 1 ist schematisch der Aufbau des auf diese Weise auf dem Stahlsubstrat S erhaltenen Überzugs Z dargestellt. Demnach liegt auf dem Stahlsubstrat S eine MnyOx Mangan-Mischoxidschicht M (M = MnO-Fe) auf, auf der sich eine Fe (Mn) 2Al5-Zwischenschicht F (F = MnO-Fe (Mn)2AIs) oder bei Al-Gehalten von maximal 0,15 Gew.-% im Schmelzenbad eine FeMnZn-Schicht gebildet hat, die wiederum gegenüber der Umgebung durch eine Zn-Schicht Zn (η-Phase) abgeschirmt ist. Die Dicke der
Mn-Mischoxidschicht M betragt dabei 20 - 400 nm, wahrend die Dicke der Fe (Mn) 2A15-Zwischenschicht F 10 - 200 nm betragt. Dxe Gesamtdicke der Uberzugsschichten M und F betragt dementsprechend 20 - 600 nm. Die Zink-Schicht Zn ist dagegen mit 3 - 20 μm deutlich dicker. In Fig. 2 ist ein Schragschliff einer in der voranstehend beschriebenen Weise erzeugten Probe wiedergegeben. Deutlich sind das Stahlsubstrat S sowie die darauf liegende Mny0x Mangan-Mischoxidschicht M mit eingelagertem metallischen Eisen, die auf der Mischoxidschicht M liegende Fe (Mn) 2Als-Zwischenschicht F und die auf der Zwischenschicht F liegende Zn-Schicht zu erkennen.
Zur Überprüfung des Erfolgs der erfindungsgemäßen Verfahrensweise sind zwanzig zusätzliche Versuche 1 - 20 durchgeführt worden, bei denen das Schrnelzenbad neben Zn und unvermeidbaren Verunreinigungen jeweils 0,23 Gew.-% Al enthielt. An den so erhaltenen Proben sind jeweils der Benetzungsgrad und die Zinkhaftung visuell untersucht worden. Als Prufprinzip ist der Kerbschlagtest gemäß SEP 1931 angewendet worden. Die Versuchsparameter und Ergebnisse dieser Versuche sind in Tabelle 2 angegeben.
Darüber hinaus sind weitere sechzehn Versuche 21 - 36 durchgeführt worden, bei denen das Schmelzenbad neben Zn und unvermeidbaren Verunreinigungen 0,11 Gew.-% Al enthielt. Gegenüber der im oben erläuterten Versuch aufgezeigten, als Fe (Mn) 2Al5-Schicht ausgebildeten Sperrschicht stellte sich bei diesem niedrigeren AI- Gehalt des Schmelzenbads eine FeMnZn-Sperrschicht ein. An den so erhaltenen Proben sind ebenfalls jeweils der Benetzungsgrad und die Zinkhaftung untersucht worden. Die Versuchsparameter und Ergebnisse dieser Versuche sind in Tabelle 3 angegeben.
Auf Grundlage weiterer Proben des aus dem gemäß Tabelle 1 zusammengesetzten Stahl kaltgewalzten hochrnanganghaltigen Stahlbands ist der Einfluss des Taupunkts der jeweiligen Gluhatmosphare auf das Beschichtungsergebnis untersucht worden. Die Proben sind dazu jeweils einem Gluhprozess unterzogen worden, bei dem sie ebenfalls mit einer Erwarmungsrate von 10 K/s auf eine Gluhtemperatur Tg von 800 0C aufgeheizt worden sind. Auf dieser Gluhtemperatur SD nd die Probe dann für 60 Sekunden gehalten worden ist. Die Gluhung erfolgte jeweils unter einer Gluhatmosphare, die jeweils zu 5 Vol.-% H2 und zu 95 Vol.-% aus N2 bestand, wobei der jeweilige Taupunkt der Gluhatmosphare zwischen -55 0C und +45 0C variiert worden ist.
Nach der Wärmebehandlung ist das geglühte Stahlband wie bei der voranstehend beschriebenen Versuchsserie mit einer Abkuhlrate von 20 K/s auf eine
Badeintrittstemperatur von 480 0C abgekühlt worden, bei der es zunächst für 20 Sekunden einer Uberalterungsbehandlung unterzogen worden ist. Die Uberalterungsbehandlung fand dabei unter der unveränderten Gluhatmosphare statt. Ohne die Gluhatmosphare zu verlassen, ist das Stahlband daraufhin m ein 460 0C heißes, an Fe gesättigtes Zmk-Schmelzenbad geleitet worden, das neben Zn, unvermeidbaren Verunreinigungen und Fe zusätzlich jeweils in Kombination 0,4 Gew.-% Al und 1,0 Gew.-% Mg oder alleme 0,14 Gew.-%, 0,17 Gew.-% oder 0,23 Gew.-% Al enthielt. Nach einer Tauchzeit von 2 Sekunden ist das nun schmelztauchbeschichtete Stahlband aus dem Schmelzbad herausgeleitet und auf Raumtemperatur abgekühlt worden.
In Fig. 3 ist schematisch der Aufbau des auf diese Weise auf dem Stahlsubstrat S' erhaltenen ZnMg-Uberzugs Z' dargestellt. Demnach liegt auf dem Stahlsubstrat S' eine MnyOx Mangan-Mischoxidschicht M' (M = MnO-Fe) auf, auf der sich eine Fe (Mn) ^^-Zwischenschicht F (F = MnO-Fe (Mn)2Al5) oder bei AI-Gehalten von maximal 0,15 Gew.-% im Schmelzenbad eine FeMnZn-Schicht gebildet hat, die wiederum gegenüber der Umgebung durch eine ZnMg-Schicht abgeschirmt ist. Die Dicke der Mn-Mischoxidschicht Mr beträgt 20 - 400 nm, während die Dicke der Fe(Mn)2Al5- Zwischenschicht F' 10 - 200 nm beträgt. Die Gesamtdicke der Überzugsschichten M' und F' beträgt dementsprechend 20 - 600 nm. Die Zink-Schicht ZnMg ist dagegen mit 3 - 20 μm deutlich dicker.
In Fig. 4 ist ein Schrägschliff einer in der voranstehend beschriebenen Weise erzeugten Probe wiedergegeben. Deutlich sind das Stahlsubstrat S' sowie die darauf liegende Mny0x Mangan-Mischoxidschicht M' mit eingelagertem metallischen Eisen, die auf der Mischoxidschicht M liegende Fe (Mn) 2A15-Zwischenschicht F' und die auf der Zwischenschicht F' liegende ZnMg-Schicht zu erkennen.
Neben der bereits erwähnten Variation der Taupunkte der Glühatmosphäre sind bei zur Überprüfung des Erfolgs der erfindungsgemäßen Verfahrensweise durchgeführten einundzwanzig Versuchen 37 - 57 die Al- und Mg-Gehalte des Schmelzenbades variiert worden. An den so erhaltenen Proben sind jeweils der Benetzungsgrad und die Zinkhaftung visuell untersucht worden. Als Prüfprinzip ist auch hier der Kerbschlagtest gemäß SEP 1931 angewendet worden. Die Versuchsparameter und Ergebnisse dieser Versuche sind in Tabelle 4 angegeben. Es zeigt sich, dass bei kombinierter Anwesenheit von Al und Mg und einer Einstellung des Taupunkts auf den Bereich von -50 0C bis +60 0C auch im einstufig erfolgenden Glühprozess zuverlässig auf hochmanganhaltigen Stahlsubstraten zinkbasierte Überzüge erzeugen lassen.
Zum Vergleich sind aus einem kaltgewalzten Stahlband, das aus einem Al-TRIP-Stahl VSl bestand, und einem Stahlband, das aus einem ebenfalls kaltgewalzten Si-TRIP-Stahl VS2 bestand, weitere jeweils drei Proben V1-V3 und V4 - V6 gewonnen worden. Die Zusammensetzung der Stähle VSl und VS2 sind in Tabelle 5 angegeben.
Figure imgf000024_0001
Auch die Vergleichsproben V1-V6 sind in der für die erfindungsgemäßen Proben voranstehend beschriebenen Weise wärmebehandelt worden, bevor sie im Schmelzenbad schmelztauchbeschichtet worden sind. Das Schmelzenbad enthielt dabei neben Zn und unvermeidbaren Verunreinigungen jeweils 0,4 Gew.-% Al und 1 Gew.-% Mg. An den so beschichteten Proben Vl - V6 sind ebenfalls jeweils der Benetzungsgrad und die Zinkhaftung untersucht worden. Die Versuchsparameter und Ergebnisse dieser Versuche sind in Tabelle 6 aufgelistet. Es zeigt sich, dass aufgrund der niedrigeren Mangan-Gehalte der Stähle VS1 und VS2 sich keine MnO-Struktur in der Mischoxidationsschicht an der Oberfläche des Stahlsubstrats bildet. Infolgedessen bildet sich auch keine deckende Fe (Mn) 2-Schicht als Haftvermittler. Als Resultat kommt es im Schmelzenbad zu keiner ausreichenden MnO-Reduktion durch gelöstes Magnesium, so dass bei den Vergleichsproben auch keine ausreichende Benetzung und dementsprechend auch keine ausreichende Haftung der Beschichtung erzielt werden kann.
Figure imgf000026_0001
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Figure imgf000028_0001
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Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Verfahren zum Schmelztauchbeschichten eines
2 - 35 Gew.-% Mn enthaltenden Stahlflachprodukts mit Zink oder einer Zinklegierung, umfassend folgende Arbeitsschritte:
a) Bereitstellen des Stahlflachproduktes;
b) Glühen des Stahlflachproduktes
- bei einer 600 - 1100 0C betragenden Gluhtemperatur Tg,
- für eine Gluhdauer von 10 - 240 s unter einer in Bezug auf auf dem Stahlflachprodukt vorhandenes FeO reduzierend und in Bezug auf das im Stahlsubstrat enthaltene Mn oxidierend wirkenden Gluhatmosphare, die 0,01 - 85 Vol.-% H2, H2O und als Rest N2 sowie technisch bedingt unvermeidbare Verunreinigungen enthalt und einen zwischen -70 0C und +60 0C liegenden Taupunkt aufweist, wobei für das H2O/H2-Verhaltnis gilt:
8xl0~15*Tg3'529 < H2O/H2 < 0,957,
- so dass auf dem Stahlflachprodukt eine 20 - 400 nm dicke, das Stahlflachprodukt mindestens abschnittsweise bedeckende Mn-Mischoxidschicht entsteht;
c) Abkühlen des geglühten Stahlflachproduktes auf eine Badeintrittstemperatur;
d) Durchleiten des auf die Badeintrittstemperatur abgekühlten Stahlflachprodukts innerhalb einer Tauchzeit von 0,1 - 10 s durch ein an Eisen gesättigtes, 420 - 520 0C heißes Zn-Schnαelzenbad, so dass das Stahlflachprodukt mit einem vor Korrosion schützenden Zn-Schutzüberzug schmelztauchbeschichtet wird, wobei das Zn- Schmelzenbad neben dem Hauptbestandteil Zink und unvermeidbaren Verunreinigungen 0,05 - 8 Gew.-% Al und/oder bis zu 8 Gew.-% Mg sowie optional Si < 2 %, Pb < 0,1 %, Ti < 0,2 %, Ni < 1 %, Cu < 1 %, Co < 0,3 %, Mn < 0,5 %, Cr < 0,2 %, Sr < 0,5 %, Fe < 3 %, B < 0,1 %, Bi < 0,l %, Cd < 0,l % enthält;
e) Abkühlen des aus dem Schmelzenbad auslaufenden, mit der Zn-Beschichtung versehenen Stahlflachprodukts .
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 Stahlflachprodukt als kaltgewalztes Stahlband zur Verfügung gestellt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 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 dem Glühen (Arbeitsschritt b) ) ein Glühschritt vorgeschaltet wird, bei dem das Stahlflachprodukt bei einer Glühtemperatur von 200 - 1100 0C für eine Glühdauer von 0,1 - 60 s unter einer für Fe und Mn oxidativen Atmosphäre gehalten wird, die 0,0001 - 5 Vol.-% H2 sowie optional 200 - 5500 Vol.-ppm O2 enthält und einen im Bereich von -60 0C bis +60 0C liegenden Taupunkt besitzt.
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 Dicke der nach dem Glühen (Arbeitsschritt b) ) erhaltenen Mn-Mischoxidschicht 40 - 400 nm beträgt.
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 Mn~Mischoxidschicht die Oberfläche des Stahlflachproduktes nach dem Glühen im Wesentlichen vollständig bedeckt.
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 die Tauchzeit im Zn-Schmelzenbad 0,1 - 5 s beträgt.
7. 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 Zn-Schmelzenbad jeweils sowohl Al als auch Mg enthält .
8. Verfahren nach Anspruch 7, 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 der Al-Gehalt jeweils kleiner als der Mg-Gehalt des Schmelzenbades ist.
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 die Temperatur des Stahlflachproduktes beim Eintritt in das Schmelzenbad 360 - 710 0C beträgt.
10. Stahlflachprodukt mit einem Mn-Gehalt von
2 - 35 Gew.-% und einem vor Korrosion schützenden, aus Zink oder einer Zinklegierung gebildeten Zn-Schutzüberzug 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 Zn- Schutzüberzug eine das Stahlflachprodukt im Wesentlichen deckende und auf dem Stahlflachprodukt haftende Mn-Mischoxidschicht und eine das Stahlflachprodukt und die auf ihr haftende Mn-Mischoxidschicht gegenüber der Umgebung abschirmende Zn-Schicht aufweist.
11. Stahlflachprodukt nach Anspruch 10, 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 Zn- Schutzuberzug eine zwischen der Mn-Mischoxidschicht und der Zn-Schicht angeordnete Fe (Mn) 2A15-Schicht umfasst .
12. Stahlflachprodukt nach einem der Ansprüche 10 oder
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 der Zn-Schutzuberzug eine FeMnZn-Schicht umfasst, die zwischen der Mn-Mischoxidschicht und der Zn-Schicht liegt.
13. Stahlflachprodukt nach einem der Ansprüche 10 bis
12, 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 Zn-Schutzuberzug als ZnMg- Legierungsuberzug ausgebildet ist.
14. Stahlflachprodukt nach einem der Ansprüche 10 bis
13, 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 es nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt ist.
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