WO2024110306A1 - Method of hot press forming, with improved process window - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for producing a sheet metal part by hot forming a steel sheet blank.
- Step sheet blanks or “sheet metal blanks” are understood here to mean blanks from flat steel products, such as blanks.
- rolled products such as steel strips or sheets from which “sheet metal blanks” (also called blanks) are cut for the manufacture of, for example, bodywork components.
- Sheet metal parts or “sheet metal components” are made from such sheet metal blanks, whereby the terms “formed sheet metal part” and “sheet metal component” are used synonymously here.
- the bending angle is determined according to VDA standard 238-100 for the maximum force.
- the bending angle is understood to be the bending angle along the rolling direction.
- EP 3 611 288 A1 discloses various methods for producing a sheet metal part by hot forming a sheet metal blank.
- the sheet metal blank has a coating made of aluminium or an aluminium alloy on at least one side and has a thickness of 6 to 26 pm.
- the bending angle can vary both across the sheet metal part and from sheet metal part to sheet metal part. Deviations in the range of +/- 3° are not uncommon.
- the bending angle is a particularly critical value in automotive engineering, as it is a good indicator for describing the ductility behavior of the material.
- a minimum bending angle is often specified for safety-relevant components. Excessively large ranges in the bending angle are therefore particularly disadvantageous. In order to be able to reliably guarantee the minimum bending angle over a large range, the components must be oversized accordingly, which is disadvantageous.
- the object of the present invention is to further develop such processes in such a way that a stable process window is created in which sheet metal parts with optimal properties can be produced.
- the bending angle should vary as little as possible.
- a method for producing a sheet metal part comprising the following work steps: a. Providing a sheet metal blank from a flat steel product with a thickness d of at least 0.7 mm and a maximum of 4.0 mm, comprising a steel substrate consisting of a steel which has 0.1-3 wt.% Mn and optionally up to 0.01 wt.% B, and wherein the sheet metal blank has an aluminum-based anti-corrosion coating on at least one side with a one-sided coating weight of 10-40 wherein the anti-corrosive coating has an Al base layer consisting of 1.0-15 wt.% Si, optionally 2-4 wt.% Fe, optionally 0.1-5.0 wt.% alkali or alkaline earth metals, and optionally further components, the total contents of which are limited to a maximum of 2.0 wt.%, and the remainder being aluminum; b.
- Hot press forming the sheet metal blank to form the sheet metal part wherein the blank is cooled to the target temperature Tziei over a duration twz of more than 1s at a cooling rate rwz which is at least partially more than 30 K/s and is optionally held there; e. Removing the sheet metal part cooled to the target temperature T Ziei from the tool; characterized in that the sheet metal part has a corrosion protection coating with a thickness dA, which comprises an alloy layer with a thickness d
- the standardized annealing time is typically given in s (seconds), it is more useful to specify the annealing parameter » in min -1 (1/minutes). To do this, the standardized annealing time in minutes is inserted into the upper equation.
- the thickness of the anti-corrosive coating dA and the thickness di. of the alloy layer are determined in the metallographic micrograph of the component.
- the starting material used in the process according to the invention is a sheet metal blank made from a flat steel product with a thickness d of at least 0.7 mm and a maximum of 4.0 mm, comprising a steel substrate made of a steel containing 0.1-3 wt.% Mn and optionally up to 0.01 wt.% B.
- the sheet metal blank has an aluminum-based corrosion protection coating on at least one side with a one-sided coating weight of wherein the anti-corrosive coating has an Al base layer consisting of 1.0-15 wt.% Si, optionally 2-4 wt.% Fe, optionally 0.1-5.0 wt.% alkali or alkaline earth metals, and optional further components, the total contents of which are limited to a maximum of 2.0 wt.%, and the remainder being aluminum.
- the thickness d is preferably a maximum of 3.5 mm, in particular a maximum of 3.3 mm, preferably a maximum of 2.5 mm, in particular a maximum of 2.0 mm, preferably a maximum of 1.8 mm.
- the thickness d is at least 0.9 mm, in particular at least 1.1 mm, preferably at least 1.3 mm. In a special embodiment, the thickness d is 1.5 mm.
- the sheet metal blank has an aluminum-based corrosion protection coating on both sides with a one-sided coating weight of 10-40 on the
- the weight of the print on both sides in this case is 20-80
- the one-sided coating weight (both in the one-sided coated variant and in the two-sided coated variant) is at least 15- ⁇ and/or a maximum of 30— , in particular a maximum of 25 -7
- the two large surfaces of the sheet metal blank that are opposite one another are referred to as the two sides of the sheet metal blank.
- the narrow surfaces are referred to as the edges.
- Such a corrosion protection coating is preferably produced by hot-dip coating the flat steel product.
- the flat steel product is passed through a liquid melt consisting of 1.0-15 wt.% Si, optionally 2-4 wt.% Fe, optionally 0.1-5.0 wt.% alkali or alkaline earth metals, preferably up to 1.0 wt.% alkali or alkaline earth metals, and optionally further components, the total contents of which are limited to a maximum of 2.0 wt.%, and the remainder being aluminum.
- the Si content of the melt is 7-12 wt.%, in particular 8-10 wt.%.
- the optional content of alkali or alkaline earth metals in the melt comprises 0.1-1.0 wt.% Mg, in particular 0.1-0.7 wt.% Mg, preferably 0.1-0.5 wt.% Mg, in particular 0.2-0.4 wt.% Mg.
- the optional content of alkali or alkaline earth metals in the melt can comprise in particular at least 0.0015 wt.% Ca, in particular at least 0.01 wt.% Ca.
- the alloy layer lies on the steel substrate and is directly adjacent to it.
- the alloy layer is essentially made of aluminum and iron.
- the other elements from the steel substrate or the melt composition do not accumulate significantly in the alloy layer.
- the alloy layer preferably consists of 35-60 wt.% Fe, preferably a-iron, optional further components, the total contents of which are limited to a maximum of 5.0 wt.%, preferably 2.0%, and the remainder aluminum, with the Al content preferably increasing towards the surface.
- the optional further components include in particular the other components of the melt (i.e. silicon and optionally alkali or alkaline earth metals, in particular Mg or Ca) and the remaining portions of the steel substrate in addition to iron.
- the Al base layer lies on the alloy layer and is directly adjacent to it.
- the alloy layer is therefore located between the Al base layer and the steel substrate.
- the Al base layer is not continuous, so that there are areas in which the alloy layer is not covered by the Al base layer.
- the composition of the Al base layer preferably corresponds to the composition of the melt of the melt bath.
- Preferred compositions of the Al base layer correspond to the preferred melt compositions.
- the optional content of alkali or alkaline earth metals comprises 0.1-1.0 wt.% Mg, in particular 0.1-0.7 wt.% Mg, preferably 0.1-0.5 wt.% Mg, in particular 0.2-0.4 wt.% Mg.
- the optional content of alkali or alkaline earth metals in the Al base layer can comprise in particular at least 0.0015 wt.% Ca, in particular at least 0.1 wt.% Ca.
- the Si content in the alloy layer is lower than the Si content in the Al base layer.
- the sheet metal blank comprises an oxide layer arranged on the anti-corrosive coating.
- the oxide layer lies in particular on the Al base layer and preferably forms the outer finish of the anti-corrosive coating.
- the oxide layer consists in particular of more than 80% by weight of oxides, the majority of the oxides (i.e. more than 50% by weight of the oxides) being aluminum oxide.
- hydroxides and/or magnesium oxide are present in the oxide layer alone or as a mixture.
- the remainder of the oxide layer not taken up by the oxides and optionally present hydroxides consists of silicon, aluminum, iron and/or magnesium in metallic form.
- the oxide layer of the flat steel product has a thickness greater than 50 nm.
- the thickness of the oxide layer is a maximum of 500 nm.
- such a sheet metal blank is provided (work step a)), which is then heated in an oven with an oven temperature Tof en for an annealing time tc such that the AC3 temperature of the blank is at least partially exceeded and the temperature T Einig of the blank when placed in a forming tool intended for hot press forming (work step c)) is at least partially above Ms+100°C, in particular above Ms+300°C.
- the temperature T Einig of the blank when placed at least partially exceeds 600°C.
- the temperature T Einig of the blank when placed is at least partially, in particular completely, in the range 600°C to 850°C, in order to ensure good formability and sufficient hardenability.
- partially exceeding a temperature means that at least 30%, in particular at least 60% of the volume of the blank, preferably the entire blank, exceeds a corresponding temperature.
- a temperature in the range 600°C to 850°C in the preferred variant explained above.
- up to 70% of the volume of the blank when placed in the forming tool can consist of other structural components, such as tempered bainite, tempered martensite and/or non- or partially recrystallized ferrite.
- certain areas of the blank can be kept at a lower temperature level than others during heating.
- the heat supply can be directed only at certain sections of the blank, or the parts that are to be heated less can be shielded from the heat supply.
- no or only significantly less martensite is formed during forming in the tool, so that the structure there is significantly softer than in the other parts that have a martensitic structure.
- a softer area can be specifically set in the respective formed sheet metal part, for example by ensuring optimal toughness for the respective intended use, while the other areas of the sheet metal part have maximized strength.
- Maximum strength properties of the resulting sheet metal part can be achieved by ensuring that the temperature reached at least partially in the sheet metal blank is between Ac3 and 1000°C, preferably between 850°C and 950°C.
- An optimally uniform distribution of properties can be achieved by completely heating the blank in step b).
- the oven has a constant oven temperature.
- the oven temperature T O f e n is determined as follows: where N is the number of furnace zones, T t is the temperature of the i-th furnace zone and t t is the time that the sheet metal blank spends in the i-th furnace zone, i.e. the time that the sheet metal blank is exposed to the i-th temperature.
- the furnace temperature is calculated as a time-weighted average.
- the annealing time tc is the sum of the times that the sheet metal blank is exposed to the i-th temperature. This means:
- the average heating rate r of the sheet metal blank during heating in step b) is at least 3 K/s, preferably at least 5 K/s, in particular at least 6 K/s, preferably at least 8 K/s, in particular at least 10 K/s, preferably at least 15 K/s.
- the average heating rate r of is to be understood as the average heating rate from 30°C to 700°C.
- the standardized average heating 0_norm is at least 5 Kmm/s, in particular at least 8 Kmm/s, preferably at least 10 Kmm/s.
- the maximum standardized average heating is 15 Kmm/s, in particular a maximum of 14 Kmm/s, preferably a maximum of 13 Kmm/s.
- the average heating rate 0 is the product of the average heating rate in Kelvin per second from 30°C to 700°C and the sheet thickness in millimeters.
- the oven temperatures must be entered in Kelvin.
- the heating takes place in a furnace with a furnace temperature T O fen of at least Ac3+10°C, preferably at least 850°C, preferably at least 880°C, particularly preferably at least 900°C and a maximum of 1000°C, preferably a maximum of 960°C, particularly preferably a maximum of 940°C, in particular a maximum of 930°C.
- the dew point of the furnace atmosphere in the furnace is at least -20°C, preferably at least -15°C, in particular at least -5°C, particularly preferably at least 0°C and a maximum of +25°C, preferably a maximum of +20°C, in particular a maximum of +15°C.
- the heating in step b) takes place step by step in areas with different temperatures.
- the heating takes place in a roller hearth furnace with different heating zones.
- the heating takes place in a first heating zone with a temperature (so-called furnace inlet temperature) of at least 650°C, preferably at least 680°C, in particular at least 720°C.
- the maximum temperature in the first heating zone is preferably 900°C, in particular a maximum of 850°C.
- the maximum temperature of all heating zones in the furnace is preferably a maximum of 1200°C, in particular a maximum of 1000°C, preferably a maximum of 950°C, particularly preferably a maximum of 930°C.
- the total time in the furnace tc which is added up from the individual times as explained above, is standardized with respect to the thickness of the sheet metal blank and with respect to the furnace temperature T O fen. Since the diffusion behavior in the corrosion protection coating in the temperature range for the furnace temperature T O f e n from 880°C to 960°C depends essentially linearly on the furnace temperature Tof en , a correction term can be used that depends linearly on the furnace temperature Tof en . Likewise, the diffusion behavior in the sheet thickness range from 0.7 mm to 3 mm depends essentially linearly on the sheet thickness d. Therefore, a correction term that depends linearly on the sheet thickness can also be used here. Empirical studies have shown that the following approximation is well suited to describing the diffusion processes:
- the standardized annealing time is at least 140 seconds, in particular 2.5 minutes. Furthermore, the standardized annealing time is preferably a maximum of 8 minutes, preferably a maximum of 6 minutes, in particular a maximum of 5 minutes. Longer total times in the furnace have the advantage that uniform austenitization of the sheet metal blank is ensured. On the other hand, holding for too long above Ac3 leads to grain coarsening, which has a negative effect on the mechanical properties. It has also been shown that the maximum bending angle decreases again if the annealing times are too long (see e.g. EP 3 611 288 Al)
- the blank heated in this way is removed from the respective heating device and transported into the forming tool so quickly that its temperature when it arrives in the tool is at least partially above Ms+100°C, in particular above Ms+300°C, preferably above 600°C, in particular above 650°C, particularly preferably above 700°C.
- Ms refers to the martensite start temperature.
- the temperature is at least partially above the ACl temperature.
- the temperature is in particular a maximum of 900°C.
- step c) the transfer of the austenitized blank from the heating device used to the forming tool is completed within preferably a maximum of 20 seconds, in particular a maximum of 15 seconds. Such rapid transport is necessary to avoid excessive cooling before forming.
- the tool When the blank is inserted, the tool typically has a temperature between room temperature (RT) and 200°C, preferably between 20°C and 180°C, in particular between 50°C and 150°C.
- the tool can also have a temperature slightly below room temperature if, for example, the cooling water used is slightly colder (e.g. 15°C). In some embodiments, the tool therefore has a temperature between 10°C and 200°C when the blank is inserted.
- the tool can be heated at least in some areas to a temperature T wz of at least 200°C, in particular at least 300°C, in order to only partially harden the component.
- the tool temperature Twz is preferably a maximum of 600°C, in particular a maximum of 550°C. It only has to be ensured that the tool temperature Twz is below the desired target temperature T ⁇ i.
- the residence time in the tool twz is preferably at least 2s, in particular at least 3s, particularly preferably at least 5s.
- the maximum residence time in the tool is preferably 25s, in particular a maximum of 20s, preferably a maximum of 10s.
- the target temperature Taei of the sheet metal part is at least partially below 400°C, preferably below 300°C, in particular below 250°C, preferably below 200°C, particularly preferably below 180°C, in particular below 150°C.
- the target temperature Taei of the sheet metal part is particularly preferably below Ms-50°C, where Ms denotes the martensite start temperature. Furthermore, the target temperature of the sheet metal part is preferably at least 20°C, particularly preferably at least 50°C.
- the martensite start temperature of a steel within the scope of the inventive specifications is according to the formula:
- Ms [°C] (490.85 wt.% — 302.6 %C — 30.6 %Mn - 16.6 %Ni — 8.9 %Cr + 2.4 %Mo — 11.3 %Cu + 8.58 %Co + 7.4 %W — 14.5 %Si) [°C/wt.%], where %C is the C content, %Mn is the Mn content, %Mo is the Mo content, %Cr is the Cr content, %Ni is the Ni content, %Cu is the Cu content, %Co is the Co content, %W is the W content and %Si is the Si content of the respective steel in wt.%.
- AC1[°C] (739 wt.% — 22*%C - 7*%Mn + 2*%Si + 14*%Cr + 13*%Mo - 13*%Ni + 20*%V)[ o C/wt.%]
- AC3[°C] (902 wt.% - 225*%C + 19*%Si - 11*%Mn - 5*%Cr + 13*%Mo - 20*%Ni +55*%V)[ o C/wt.%], where %C denotes the C content, %Si the Si content, %Mn the Mn content, %Cr the Cr content, %Mo the Mo content, %Ni the Ni content and +%V the vanadium content of the respective steel (Brandis H 1975 TEW-Techn. Ber. 1 8 10).
- the blank is not only formed into the sheet metal part, but is also quenched to the target temperature at the same time.
- the cooling rate in the tool r wz to the target temperature is in particular at least 20 K/s, preferably at least 30 K/s, in particular at least 50 K/s, in a special design at least 100 K/s.
- the cooling rate is iwz is the cooling rate for martensite formation.
- the cooling rate r wz is therefore determined between the insertion temperature and the martensite start temperature. Further cooling from the martensite start temperature to the target temperature can also be carried out at a lower cooling rate.
- the sheet metal part After removal of the sheet metal part in step e), the sheet metal part is cooled to a cooling temperature T A B of less than 100°C within a cooling time t A ß of 0.5 to 600s. This is usually done by air cooling.
- the sheet metal part produced in this way has a corrosion protection coating with a thickness d A.
- This corrosion protection coating also comprises an alloy layer with a thickness du
- the thickness of the corrosion protection coating d A is preferably at least 6 pm, particularly preferably at least 8 pm, in particular at least 10 pm. Furthermore preferably, the thickness of the corrosion protection coating d A is maximum 28 pm, preferably maximum 25 pm, in particular maximum 22 pm, in particular maximum 20 pm, preferably maximum 18 pm, in particular maximum 16 pm.
- _ is preferably a maximum of 15 pm, in particular a maximum of 10 pm, particularly preferably a maximum of 8 pm, in particular a maximum of 6 pm. Furthermore preferably, the thickness of the alloy layer d L is at least 2 pm, preferably at least 4 pm.
- the anti-corrosive coating of the sheet metal part preferably comprises an alloy layer and an optional Al base layer.
- the alloy layer is also often referred to as an interdiffusion layer.
- the thickness of the optional Al base layer results from the difference between the thicknesses of the anti-corrosive coating and the alloy layer.
- the original Al base layer may also have been completely converted into an alloy layer.
- the anti-corrosive coating of the sheet metal part comprises an alloy layer but no Al base layer. Alternatively, part of the original Al base layer remains. Only the composition of the Al base layer changes to the composition described below. Extensive tests in the production of sheet metal parts have shown that a particularly advantageous process window exists when an annealing parameter with applies: * > 0.10 min -1
- _ of the alloy layer of the sheet metal part to the thickness dA of the corrosion protection coating of the sheet metal part is at least 30%. In a further preferred variant, the ratio is a maximum of 70%.
- the sheet metal part produced is designed in such a way that the alloy layer rests on the steel substrate and is directly adjacent to it.
- the corrosion protection coating of the sheet metal part preferably comprises an Al base layer, wherein the alloy layer of the corrosion protection coating of the sheet metal part is arranged between the Al base layer and the steel substrate.
- the alloy layer of the sheet metal part preferably consists of 35-90 wt.% Fe, 0.1-12 wt.% Si, optionally up to 0.5 wt.% Mg and optional additional components, the total contents of which are limited to a maximum of 3.5 wt.%, and the remainder aluminum.
- the optional additional components are preferably the elements present in the steel of the steel substrate in addition to iron. Due to the further diffusion of iron into the alloy layer, the proportions of Si and Mg are correspondingly lower than their respective proportions in the melt of the molten bath.
- the alloy layer preferably has a ferritic structure.
- the optionally present Al base layer of the sheet metal part preferably lies on the alloy layer of the steel component and is directly adjacent to it.
- the Al base layer of the steel component preferably consists of 35-55 wt.% Fe, 0.4-10 wt.% Si, optionally up to 0.5 wt.% Mg and optionally further components, the total contents of which are limited to a maximum of 2.0 wt.%, and the remainder being aluminum.
- the optionally present Al base layer can have a homogeneous element distribution in which the local element contents do not vary by more than 10%.
- Preferred variants of the Al base layer have silicon-poor phases and silicon-rich phases. Silicon-poor phases are areas whose average Si content is at least 20% less than the average Si content of the Al base layer. Silicon-rich phases are areas whose average Si content is at least 20% more than the average Si content of the Al base layer.
- the silicon-rich phases are arranged within the silicon-poor phase.
- the silicon-rich phases form a layer that is at least 40% continuous and is bordered by silicon-poor regions.
- a continuous layer of silicon-rich phases means that in the vertical micrograph a line can be laid parallel to the surface of the steel substrate such that it runs completely through the silicon-rich phases.
- a layer that is at least X% continuous means that in the vertical micrograph a line can be laid parallel to the surface of the steel substrate such that it runs at least X% within the silicon-rich phases.
- the silicon-rich phases are therefore arranged in such a connected manner that in the vertical micrograph a line can be laid parallel to the surface of the steel substrate such that it runs at least 40% within the silicon-rich phases.
- the silicon-rich phases are arranged in islands in the silicon-poor phase.
- island-shaped means an arrangement in which discrete, unconnected areas are enclosed by another material - i.e., “islands” of a particular material are located within another material.
- the steel component comprises an oxide layer arranged on the anti-corrosive coating.
- the oxide layer lies in particular on the optionally present Al base layer and preferably forms the outer finish of the anti-corrosive coating. If no Al base layer is present, the oxide layer preferably lies on the alloy layer and preferably forms the outer finish of the corrosion protection coating.
- the oxide layer of the steel component consists in particular of more than 80% by weight of oxides, with the majority of the oxides (i.e. more than 50% by weight of the oxides) being aluminum oxide.
- the majority of the oxides i.e. more than 50% by weight of the oxides
- hydroxides and/or magnesium oxide are present in the oxide layer alone or as a mixture.
- the remainder of the oxide layer not taken up by the oxides and optionally present hydroxides consists of silicon, aluminum, iron and/or magnesium in metallic form.
- the oxide layer preferably has a thickness of at least 50 nm, in particular of at least 100 nm. Furthermore, the thickness is a maximum of 4 pm, in particular a maximum of 2 pm.
- the steel substrate of the sheet metal part has a structure with at least partially more than 80% martensite or lower bainite, preferably at least partially more than 90% martensite or lower bainite, in particular at least partially more than 95%, particularly preferably at least partially more than 98%.
- “partially have” is to be understood as meaning that there are areas of the sheet metal part that have the mentioned structure.
- the sheet metal part therefore has the mentioned structure in sections or in regions.
- the sheet metal part according to the invention is preferably a component for a land vehicle, sea vehicle or aircraft. It is particularly preferably an automobile part, in particular a body part.
- the component is preferably a B-pillar, longitudinal member, A-pillar, sill or cross member or a component of the vehicle side structure.
- the steel substrate of the flat steel product and thus also of the sheet metal part produced is made of a steel that contains 0.1-3 wt.% Mn and optionally up to 0.01 wt.% B.
- the structure of the steel can be converted into a martensitic or partially martensitic structure by hot forming.
- the structure of the steel substrate of the steel component is therefore preferably a martensitic or at least partially martensitic structure, since this has a particularly high hardness.
- the steel substrate is a steel which, in addition to iron and unavoidable impurities (in wt. %), consists of
- V ⁇ 0.2 wt.%.
- the elements P, S, N, Sn, As, Ca are impurities that cannot be completely avoided in steel production. Ca is also sometimes deliberately added to Sulfur is added to the alloy to bind it. In such a case, the Ca content is at least 0.001% by weight. The maximum Ca content in this case is also 0.005% by weight.
- unavoidable impurities In addition to these elements, other elements may also be present as impurities in the steel. These other elements are summarized under the "unavoidable impurities".
- the total content of unavoidable impurities is preferably a maximum of 0.2% by weight, preferably a maximum of 0.1% by weight.
- the optional alloying elements Cr, B, Nb, Ti, for which a lower limit is specified, can also be present in the steel substrate as unavoidable impurities in contents below the respective lower limit. In this case, they are also counted as unavoidable impurities, the total content of which is limited to a maximum of 0.2% by weight, preferably a maximum of 0.1% by weight.
- the individual upper limits for the respective contamination of these elements are preferably as follows:
- the C content of the steel is a maximum of 0.37 wt.% and/or at least 0.06 wt.%. In particularly preferred embodiments, the C content is in the range of 0.06-0.09 wt.% or in the range of 0.11-0.25 wt.% or in the range of 0.32-0.37 wt.%.
- the Si content of the steel is a maximum of 1.00 wt.% and/or at least 0.06 wt.%.
- the Mn content of the steel is a maximum of 2.4 wt.% and/or at least 0.75 wt.%. In particularly preferred embodiments, the Mn content is in the range of 0.75-0.85 wt.% or in the range of 1.0-1.6 wt.%.
- the Al content of the steel is a maximum of 0.75% by weight, in particular a maximum of 0.5% by weight, preferably a maximum of 0.25% by weight. Alternatively or additionally, the Al content is preferably at least 0.02%.
- the sum of the contents of silicon and aluminum is limited.
- the sum of the contents of Si and Al (usually referred to as Si+Al) is therefore a maximum of 1.5 wt.%, preferably a maximum of 1.2 wt.%.
- the sum of the contents of Si and Al is at least 0.06 wt.%, preferably at least 0.08 wt.%.
- the elements P, S and N are typical impurities that cannot be completely avoided during steel production.
- the P content is a maximum of 0.03% by weight.
- the S content is preferably a maximum of 0.012%.
- the N content is preferably a maximum of 0.009% by weight.
- the steel also contains chromium with a content of 0.08-1.0 wt.%.
- the Cr content is preferably a maximum of 0.75 wt.%, in particular a maximum of 0.5 wt.%.
- the sum of the contents of chromium and manganese is preferably limited.
- the sum is a maximum of 3.3% by weight, in particular a maximum of 3.15% by weight.
- the sum is at least 0.5% by weight, preferably at least 0.75% by weight.
- the steel optionally also contains boron in a content of 0.001-0.005 wt.%.
- the B content is a maximum of 0.004 wt.%.
- the steel may contain molybdenum in a content of not more than 0.5% by weight, in particular not more than 0.1% by weight.
- the steel can optionally contain nickel with a content of maximum 0.5 wt.%, preferably maximum 0.15 wt.%.
- the steel may also contain copper with a maximum content of 0.2 wt.%, preferably a maximum of 0.15 wt.%.
- the steel can optionally contain one or more of the microalloying elements Nb, Ti and V.
- the optional Nb content is at least 0.01 wt.%, in particular at least 0.02 wt.% and a maximum of 0.08 wt.%, preferably a maximum of 0.04 wt.%.
- the optional Ti content is at least 0.01 wt.% and a maximum of 0.08 wt.%, preferably a maximum of 0.04 wt.%.
- the optional V content is a maximum of 0.2 wt.%, in particular a maximum of 0.1 wt.%, preferably a maximum of 0.05 wt.%.
- the sum of the contents of Nb, Ti and V is preferably limited.
- the sum is a maximum of 0.1 wt.%, in particular a maximum of 0.068 wt.%. Furthermore, the sum is preferably at least 0.015 wt.%.
- the slabs were first pre-rolled to an intermediate product with a thickness of 40 mm, with the intermediate products, which can also be referred to as pre-strips in hot strip rolling, each having an intermediate product temperature T2 of 1100°C at the end of the pre-rolling phase.
- the pre-strips were fed to the finish rolling immediately after the pre-rolling so that the intermediate product temperature T2 corresponds to the rolling start temperature for the finish rolling phase.
- the pre-strips were rolled out to hot strips with a final thickness of 4 mm and a final rolling temperature T3 of 890°C, cooled to the respective coiling temperature and wound into coils at a coiling temperature T4 of 580°C and then cooled in still air.
- the hot strips were descaled in a conventional manner by pickling before they were subjected to cold rolling until they reached the thickness specified in Table 3.
- the cold-rolled flat steel products were heated in a continuous annealing furnace to an annealing temperature T5 of 870°C and kept at annealing temperature for 100s each before they were cooled at a cooling rate of 1 K/s to the immersion temperature T6 of 690°C.
- the cold strips were immersed at their respective immersion temperature T6 through a molten coating bath with a temperature T7 of 676°C.
- the strip speed was 76 m/min in all cases.
- the compositions of the coating bath are given in Table 2. After coating, the coated strips were blown off to adjust the coating weights. An air stream was used for this.
- the temperature of the air stream was 70°C in all cases.
- all of the strips were coated on both sides, with the one-sided coating weight being given in Table 3.
- the coating weight is identical on both sides in this process.
- the strips were first cooled to 600°C at an average cooling rate of 10-15 K/s.
- the strips were cooled over cooling times T mT of 18s and T nT of 15s.
- T mT cooling times
- T nT 15s.
- the strips were cooled at a cooling rate of 5-15 K/s each.
- Blanks were cut from the steel strips produced in this way and used for further tests. In these tests, sheet metal part samples in the form of 200 x 300 mm 2 plates were hot-pressed from the respective blanks.
- the parameters explained below are given in Tables 3 and 4 for each of the 26 tests.
- the blanks were heated in a heating device, for example in a conventional heating furnace, from room temperature with an average heating rate rof en (between 30°C and 700°C) in an oven with an oven temperature Tofen.
- the annealing time in the oven which includes heating and holding, is designated te.
- the dew point of the oven atmosphere was 5°C in all cases.
- the blanks were then removed from the heating device and placed in a forming tool which has the temperature Twz.
- the transfer time t Tr ans which consists of the removal from the heating device, the transport to the tool and the insertion into the tool, was 5s.
- the temperature T Einig of the blanks when inserted into the forming tool was in all cases above the respective martensite start temperature +100°C.
- the blanks were formed into the respective sheet metal part in the forming tool, with the sheet metal parts being cooled in the tool at a cooling rate rwz to a target temperature T ⁇ i.
- the residence time in the tool is designated as twz.
- the samples were cooled in air to room temperature.
- FIG. 1 shows a schematic representation of such a micrograph of a sheet metal part 9.
- a steel substrate 1 is shown.
- a corrosion protection coating 3 is arranged on the steel substrate 1.
- the corrosion protection coating 3 has a thickness dA.
- the corrosion protection coating 3 comprises an alloy layer 5 and an optional Al base layer 7.
- the alloy layer 5 has a thickness d
- the alloy layer 5 lies on the steel substrate 1 and is directly adjacent to it.
- the Al base layer 7 lies on the alloy layer 5 and is directly adjacent to it.
- the martensite content, the mean value of the bending angle and the standard deviation of the bending angle are given in Table 5.
- the martensite content was determined on a cross-section.
- the bending angle was determined on 6 samples along the rolling direction in accordance with VDA standard 238-100 for the maximum force.
- the mean value and the standard deviation of the bending angle were determined from these 6 bending tests of the same sheet metal part. It can be clearly seen that the standard deviation of the bending angle is lower with the annealing parameters according to the invention. By complying with the condition for it is ensured that there is not too great a variation in the bending angle across the sheet metal part produced or between sheet metal parts produced one after the other.
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Abstract
The invention relates to a method for producing a sheet metal part (9) from a sheet metal blank having an aluminum-based anti-corrosion coating. According to the invention, the sheet metal blank is heated in a furnace and formed and cooled in a forming tool. By setting an annealing parameter Ψ advantageous bending properties are achieved.
Description
Verfahren zum Warmpressformen mit verbessertem Prozessfenster Hot press forming process with improved process window
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Blechformteils mittels Warmumformen eines Stahlblechzuschnittes. The invention relates to a method for producing a sheet metal part by hot forming a steel sheet blank.
Als „Stahlblechzuschnitte“ oder „Blechzuschnitte“ werden hier Zuschnitte von Stahlflachprodukten, wie beispielsweise Platinen, verstanden. Wenn von einem „Stahlflachprodukt“ oder auch von einem „Blechprodukt“ die Rede ist, so sind damit Walzprodukte, wie Stahlbänder oder -bleche, gemeint aus den für die Herstellung von beispielsweise Karosseriebauteilen „Blechzuschnitte“ (auch Platinen genannt) abgeteilt werden. „Blechformteile“ oder „Blechbauteile“ sind aus derartigen Blechzuschnitten hergestellt, wobei hier die Begriffe „Blechformteil“ und „Blechbauteil“ synonym verwendet werden. “Steel sheet blanks” or “sheet metal blanks” are understood here to mean blanks from flat steel products, such as blanks. When we talk about a “steel flat product” or a “sheet metal product”, we mean rolled products such as steel strips or sheets from which “sheet metal blanks” (also called blanks) are cut for the manufacture of, for example, bodywork components. “Formed sheet metal parts” or “sheet metal components” are made from such sheet metal blanks, whereby the terms “formed sheet metal part” and “sheet metal component” are used synonymously here.
Alle Angaben zu Gehalten der in der vorliegenden Anmeldung angegebenen Stahlzusammensetzungen sind auf das Gewicht bezogen, sofern nicht ausdrücklich anders erwähnt. Alle nicht näher bestimmten, im Zusammenhang mit einer Stahllegierung stehenden "%-Angaben" sind daher als Angaben in "Gew.-%" zu verstehen. Mit Ausnahme der auf das Volumen (Angabe in "Vol.-%") bezogenen Angaben zum Restaustenit-Gehalt des Gefüges eines erfindungsgemäßen Blechformteils beziehen sich Angaben zu den Gehalten der verschiedenen Gefügebestandteile (z.B. Martensit) jeweils auf die Fläche eines Schliffs einer Probe des jeweiligen Erzeugnisses (Angabe in Flächenprozent "Flächen-%“), soweit nicht ausdrücklich anders angegeben. In diesem Text gemachte Angaben zu den Gehalten der Bestandteile einer Atmosphäre beziehen sich auf das Volumen (Angabe in „Vol.-%“). All information on the contents of the steel compositions specified in the present application is based on weight, unless expressly stated otherwise. All unspecified "% data" in connection with a steel alloy are therefore to be understood as data in "wt. %". With the exception of the data on the residual austenite content of the structure of a sheet metal molding according to the invention, which is based on the volume (data in "vol. %), data on the contents of the various structural components (e.g. martensite) relate to the area of a cross-section of a sample of the respective product (data in area percent "area %"), unless expressly stated otherwise. Data on the contents of the components of an atmosphere given in this text relate to the volume (data in "vol. %).
Werden im vorliegenden Text Formeln oder Bedingungen genannt, in denen anhand von Gehalten bestimmter Legierungselemente Werte berechnet oder gebildet werden, so werden die betreffenden Gehalte an Legierungselementen jeweils in Gew.-% in diese Formeln oder Bedingungen eingesetzt, sofern nichts anderes angegeben ist. Where formulae or conditions are given in this text in which values are calculated or formed on the basis of contents of certain alloying elements, the relevant contents of alloying elements are inserted in these formulae or conditions in % by weight, unless otherwise stated.
Der Biegewinkel wird gemäß der VDA-Norm 238-100 für das Kraftmaximum ermittelt. Unter dem Biegewinkel ist im Sinne dieser Anmeldung der Biegewinkel längs zu Walzrichtung zu verstehen. The bending angle is determined according to VDA standard 238-100 for the maximum force. For the purposes of this application, the bending angle is understood to be the bending angle along the rolling direction.
Aus der EP 3 611 288 Al sind verschiedene Verfahren zur Herstellung eines Blechformteils durch Warmumformen eines Blechzuschnittes bekannt. Der Blechzuschnitt weist dabei einen Überzug
aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung auf mindestens einer Seite auf und hat eine Dicke von 6 bis 26 pm. EP 3 611 288 A1 discloses various methods for producing a sheet metal part by hot forming a sheet metal blank. The sheet metal blank has a coating made of aluminium or an aluminium alloy on at least one side and has a thickness of 6 to 26 pm.
Untersuchungen an derartigen Verfahren haben gezeigt, dass trotz gleicher Prozessbedingungen Variationen bei den Eigenschaften der erzeugten Blechformteile auftreten können. Insbesondere zeigte sich, dass der Biegewinkel sowohl über das Blechformteil variieren kann als auch von Blechformteil zu Blechformteil. Abweichungen im Bereich von +/- 3° sind dabei nicht unüblich. Beim Biegewinkel handelt es sich jedoch um eine besonders kritische Größe im Automobilbau, da dieser ein guter Indikator zur Beschreibung das Duktilitätsverhalten des Werkstoffs ist. Für sicherheitsrelevante Bauteile ist häufig ein Mindestbiegewinkel vorgeschrieben. Zu große Bandbreiten beim Biegewinkel sind besonders daher nachteilig. Um den Mindestbiegewinkel bei einer großen Bandbreite sicher garantieren zu können, müssen die Bauteile entsprechend überdimensioniert werden, was nachteilig ist. Investigations into such processes have shown that, despite the same process conditions, variations in the properties of the sheet metal parts produced can occur. In particular, it was shown that the bending angle can vary both across the sheet metal part and from sheet metal part to sheet metal part. Deviations in the range of +/- 3° are not uncommon. However, the bending angle is a particularly critical value in automotive engineering, as it is a good indicator for describing the ductility behavior of the material. A minimum bending angle is often specified for safety-relevant components. Excessively large ranges in the bending angle are therefore particularly disadvantageous. In order to be able to reliably guarantee the minimum bending angle over a large range, the components must be oversized accordingly, which is disadvantageous.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist derartige Verfahren so weiterzuentwickeln, dass sich ein stabiles Prozessfenster ergibt, in dem Blechformteile mit optimalen Eigenschaften produziert werden können. Insbesondere soll der Biegewinkel möglichst wenig variieren. The object of the present invention is to further develop such processes in such a way that a stable process window is created in which sheet metal parts with optimal properties can be produced. In particular, the bending angle should vary as little as possible.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Blechformteils, umfassend folgende Arbeitsschritte: a. Bereitstellen eines Blechzuschnitts aus einem Stahlflachprodukt mit einer Dicke d von mindestens 0,7 mm und maximal 4,0 mm, umfassend ein Stahlsubstrat, das aus einem Stahl, der 0,1-3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist, besteht, und wobei der Blechzuschnitt auf mindestens einer Seite einen Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis mit einem einseitigen Auflagengewicht von 10- 40
aufweist, wobei der Korrosionsschutzüberzug eine Al-Basisschicht aufweist, die aus 1,0-15 Gew.-% Si, optional 2-4 Gew.-% Fe, optional 0,1-5, 0 Gew.-% Alkalioder Erdalkalimetalle, und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium besteht; b. Erwärmen des Blechzuschnitts in einem Ofen mit einer Ofentemperatur Tofen in einer Glühzeit tG derart, dass zumindest teilweise die AC3 Temperatur des Zuschnitts überschritten ist und die Temperatur TEjnig des Zuschnitts beim Einlegen in ein für
ein Warmpressformen vorgesehenes Umformwerkzeug (Arbeitsschritt c)) zumindest teilweise eine Temperatur oberhalb von Ms+100°C aufweist, wobei Ms die der Martensitstarttemperatur bezeichnet; c. Einlegen des erwärmten Blechzuschnitts in ein Umformwerkzeug, wobei die für das Entnehmen aus der Erwärmungseinrichtung und das Einlegen des Zuschnitts benötigte Transferdauer tTrans höchstens 20s, bevorzugt höchstens 15s, beträgt; d. Warmpressformen des Blechzuschnitts zu dem Blechformteil, wobei der Zuschnitt im Zuge des Warmpressformens über eine Dauer twz von mehr als ls mit einer zumindest teilweise mehr als 30 K/s betragenden Abkühlgeschwindigkeit rwz auf die Zieltemperatur Tziei abgekühlt und optional dort gehalten wird; e. Entnehmen des auf die Zi eitern peratur TZiei abgekühlten Blechformteils aus dem Werkzeug; dadurch gekennzeichnet, dass das Blechformteil einen Korrosionsschutzüberzug mit einer Dicke dA aufweist, der eine Legierungsschicht mit einer Dicke d|_ umfasst, wobei für einen Glühparameter ip mit
berechnet aus der normierten Glühzeit tnorm nach
gilt: * > 0,10 min-1. This object is achieved by a method for producing a sheet metal part, comprising the following work steps: a. Providing a sheet metal blank from a flat steel product with a thickness d of at least 0.7 mm and a maximum of 4.0 mm, comprising a steel substrate consisting of a steel which has 0.1-3 wt.% Mn and optionally up to 0.01 wt.% B, and wherein the sheet metal blank has an aluminum-based anti-corrosion coating on at least one side with a one-sided coating weight of 10-40 wherein the anti-corrosive coating has an Al base layer consisting of 1.0-15 wt.% Si, optionally 2-4 wt.% Fe, optionally 0.1-5.0 wt.% alkali or alkaline earth metals, and optionally further components, the total contents of which are limited to a maximum of 2.0 wt.%, and the remainder being aluminum; b. Heating the sheet metal blank in a furnace with a furnace temperature Tof en in an annealing time tG such that the AC3 temperature of the blank is at least partially exceeded and the temperature T E jnig of the blank when placed in a a forming tool provided for hot press forming (work step c)) at least partially has a temperature above Ms+100°C, where Ms denotes the martensite start temperature; c. Inserting the heated sheet metal blank into a forming tool, wherein the transfer time t Tran s required for removing the blank from the heating device and inserting the blank is at most 20 s, preferably at most 15 s; d. Hot press forming the sheet metal blank to form the sheet metal part, wherein the blank is cooled to the target temperature Tziei over a duration twz of more than 1s at a cooling rate rwz which is at least partially more than 30 K/s and is optionally held there; e. Removing the sheet metal part cooled to the target temperature T Ziei from the tool; characterized in that the sheet metal part has a corrosion protection coating with a thickness dA, which comprises an alloy layer with a thickness d|_, wherein for an annealing parameter ip with calculated from the standardized glow time t norm according to applies: * > 0.10 min -1 .
Während die normierte Glühzeit typischerweise in s (Sekunden) angegeben wird, ist es zweckdienlicher, den Glühparameten » in min-1 (1/Minuten) anzugeben. Hierzu setzt man in die oberste Gleichung die normierte Glühzeit in Minuten ein. Dicke des Korrosionsschutzüberzug dA und Dicke di. der Legierungsschicht werden im metallographischen Schliffbild am Bauteil bestimmt. While the standardized annealing time is typically given in s (seconds), it is more useful to specify the annealing parameter » in min -1 (1/minutes). To do this, the standardized annealing time in minutes is inserted into the upper equation. The thickness of the anti-corrosive coating dA and the thickness di. of the alloy layer are determined in the metallographic micrograph of the component.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass der Glühparameter ip mit der Standardabweichung des Biegewinkels korreliert. Beim Einhalten dieser Bedingung ist also sichergestellt, dass es keine allzu große Variation des Biegewinkels über das erzeugte Blechformteil oder zwischen nacheinander hergestellten Blechformteilen gibt.
Als Ausgangsmaterial kommt beim erfindungsgemäßen Verfahren ein Blechzuschnitt aus einem Stahlflachprodukt mit einer Dicke d von mindestens 0,7 mm und maximal 4,0 mm, umfassend ein Stahlsubstrat, das aus einem Stahl, der 0,1-3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist, besteht. Dabei weist der Blechzuschnitt auf mindestens einer Seite einen Korrosions- Schutzüberzug auf Aluminium-Basis mit einem einseitigen Auflagengewicht von
auf, wobei der Korrosionsschutzüberzug eine Al-Basisschicht aufweist, die aus 1,0-15 Gew.-% Si, optional 2-4 Gew.-% Fe, optional 0, 1-5,0 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium besteht. Bevorzugt beträgt die Dicke d maximal 3,5 mm, insbesondere maximal 3,3 mm, bevorzugt maximal 2,5mm, insbesondere maximal 2,0 mm, bevorzugt maximal 1,8 mm. Weiterhin bevorzugt beträgt die Dicke d mindestens 0,9 mm, insbesondere mindestens 1,1 mm, bevorzugt mindestens 1,3mm. Bei einer speziellen Ausgestaltung beträgt die Dicke d 1,5mm. Surprisingly, it has been shown that the annealing parameter ip correlates with the standard deviation of the bending angle. Compliance with this condition ensures that there is not too great a variation in the bending angle across the sheet metal part produced or between successively produced sheet metal parts. The starting material used in the process according to the invention is a sheet metal blank made from a flat steel product with a thickness d of at least 0.7 mm and a maximum of 4.0 mm, comprising a steel substrate made of a steel containing 0.1-3 wt.% Mn and optionally up to 0.01 wt.% B. The sheet metal blank has an aluminum-based corrosion protection coating on at least one side with a one-sided coating weight of wherein the anti-corrosive coating has an Al base layer consisting of 1.0-15 wt.% Si, optionally 2-4 wt.% Fe, optionally 0.1-5.0 wt.% alkali or alkaline earth metals, and optional further components, the total contents of which are limited to a maximum of 2.0 wt.%, and the remainder being aluminum. The thickness d is preferably a maximum of 3.5 mm, in particular a maximum of 3.3 mm, preferably a maximum of 2.5 mm, in particular a maximum of 2.0 mm, preferably a maximum of 1.8 mm. Furthermore preferably, the thickness d is at least 0.9 mm, in particular at least 1.1 mm, preferably at least 1.3 mm. In a special embodiment, the thickness d is 1.5 mm.
Einer bevorzugten Ausführungsform weist der Blechzuschnitt auf beiden Seiten ein Korrosions- Schutzüberzug auf Aluminium-Basis mit einem einseitigen Auflagengewicht von 10-40
auf. DasIn a preferred embodiment, the sheet metal blank has an aluminum-based corrosion protection coating on both sides with a one-sided coating weight of 10-40 on the
9 beidseitige Auflagengewicht liegt in diesem Fall also bei 20-80
Bevorzugt beträgt das einseitige Auflagengewicht (sowohl in der einseitig beschichteten Variante als auch bei der beidseitig beschichteten Variante) mindestens 15-^ und/oder maximal 30— , insbesondere maximal 25 -7 Als die beiden Seiten des Blechzuschnitts werden die beiden sich gegenüberliegenden großen Flächen des Blechzuschnitts bezeichnet. Die schmalen Flächen werden als Kanten bezeichnet. 9 The weight of the print on both sides in this case is 20-80 Preferably, the one-sided coating weight (both in the one-sided coated variant and in the two-sided coated variant) is at least 15-^ and/or a maximum of 30— , in particular a maximum of 25 -7 The two large surfaces of the sheet metal blank that are opposite one another are referred to as the two sides of the sheet metal blank. The narrow surfaces are referred to as the edges.
Ein solcher Korrosionsschutzüberzug wird bevorzugt durch Schmelztauchbeschichten des Stahlflachproduktes erzeugt. Dabei wird das Stahlflachprodukt durch eine flüssige Schmelze geführt, die aus 1,0-15 Gew.-% Si, optional 2-4 Gew.-% Fe, optional 0, 1-5,0 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, bevorzugt bis zu 1,0 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium besteht. Such a corrosion protection coating is preferably produced by hot-dip coating the flat steel product. The flat steel product is passed through a liquid melt consisting of 1.0-15 wt.% Si, optionally 2-4 wt.% Fe, optionally 0.1-5.0 wt.% alkali or alkaline earth metals, preferably up to 1.0 wt.% alkali or alkaline earth metals, and optionally further components, the total contents of which are limited to a maximum of 2.0 wt.%, and the remainder being aluminum.
Bei einer bevorzugten Variante beträgt der Si-Gehalt der Schmelze 7-12 Gew.-%, insbesondere 8- 10 Gew.-%. In a preferred variant, the Si content of the melt is 7-12 wt.%, in particular 8-10 wt.%.
Bei einer bevorzugten Variante umfasst der optionale Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen in der Schmelze 0, 1-1,0 Gew.-% Mg, insbesondere 0, 1-0,7 Gew.-% Mg, bevorzugt 0, 1-0,5 Gew.-%
Mg, insbesondere 0,2-0, 4 Gew.-% Mg. Weiterhin kann der optionale Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen in der Schmelze insbesondere mindestens 0,0015 Gew.-% Ca, insbesondere mindestens 0,01 Gew.-% Ca, umfassen. In a preferred variant, the optional content of alkali or alkaline earth metals in the melt comprises 0.1-1.0 wt.% Mg, in particular 0.1-0.7 wt.% Mg, preferably 0.1-0.5 wt.% Mg, in particular 0.2-0.4 wt.% Mg. Furthermore, the optional content of alkali or alkaline earth metals in the melt can comprise in particular at least 0.0015 wt.% Ca, in particular at least 0.01 wt.% Ca.
Beim Schmelztauchbeschichten diffundiert Eisen aus dem Stahlsubstrat in den flüssigen Überzug, so dass der Korrosionsschutzüberzug des Stahlflachproduktes beim Erstarren insbesondere eine Legierungsschicht und eine Al-Basisschicht aufweist. During hot-dip coating, iron diffuses from the steel substrate into the liquid coating, so that the corrosion protection coating of the flat steel product has, in particular, an alloy layer and an Al base layer when it solidifies.
Die Legierungsschicht liegt auf dem Stahlsubstrat auf und grenzt unmittelbar an dieses an. Die Legierungsschicht wird im Wesentlichen aus Aluminium und Eisen gebildet. Die übrigen Elemente aus dem Stahlsubstrat oder der Schmelzenzusammensetzung reichern sich nicht signifikant in der Legierungsschicht an. Bevorzugt besteht die Legierungsschicht aus 35-60 Gew.-% Fe, bevorzugt a-Eisen, optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 5,0 Gew.-%, bevorzugt 2,0 % beschränkt sind, und als Rest Aluminium, wobei der Al-Gehalt bevorzugt in Richtung Oberfläche ansteigt. Die optionalen weiteren Bestandteile beinhalten insbesondere die übrigen Bestandteile der Schmelze (das heißt Silizium und gegebenenfalls Alkali- oder Erdalkalimetalle, insbesondere Mg bzw. Ca) und die übrigen Anteile des Stahlsubstrates zusätzlich zu Eisen. The alloy layer lies on the steel substrate and is directly adjacent to it. The alloy layer is essentially made of aluminum and iron. The other elements from the steel substrate or the melt composition do not accumulate significantly in the alloy layer. The alloy layer preferably consists of 35-60 wt.% Fe, preferably a-iron, optional further components, the total contents of which are limited to a maximum of 5.0 wt.%, preferably 2.0%, and the remainder aluminum, with the Al content preferably increasing towards the surface. The optional further components include in particular the other components of the melt (i.e. silicon and optionally alkali or alkaline earth metals, in particular Mg or Ca) and the remaining portions of the steel substrate in addition to iron.
Die Al-Basisschicht liegt auf der Legierungsschicht und grenzt unmittelbar an diese an. Damit liegt die Legierungsschicht zwischen der Al-Basisschicht und dem Stahlsubstrat. In Einzelfällen bei besonders dünnen Korrosionsschutzüberzügen ist die Al-Basisschicht nicht durchgängig, so dass es Gebiete gibt, in denen die Legierungsschicht nicht von der Al-Basisschicht bedeckt ist. Bevorzugt entspricht die Zusammensetzung der Al-Basisschicht der Zusammensetzung der Schmelze des Schmelzbades. Das heißt, sie besteht aus 1,0-15 Gew.-% Si, optional 2-4 Gew.-% Fe, optional zu 5 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, bevorzugt bis zu 1,0% Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.- % beschränkt sind, und als Rest Aluminium. Bevorzugte Zusammensetzungen der Al-Basisschicht entsprechen den bevorzugten Schmelzenzusammensetzungen. The Al base layer lies on the alloy layer and is directly adjacent to it. The alloy layer is therefore located between the Al base layer and the steel substrate. In individual cases with particularly thin anti-corrosive coatings, the Al base layer is not continuous, so that there are areas in which the alloy layer is not covered by the Al base layer. The composition of the Al base layer preferably corresponds to the composition of the melt of the melt bath. This means that it consists of 1.0-15 wt.% Si, optionally 2-4 wt.% Fe, optionally 5 wt.% alkali or alkaline earth metals, preferably up to 1.0% wt.% alkali or alkaline earth metals, and optionally further components, the total contents of which are limited to a maximum of 2.0 wt.%, and the remainder being aluminum. Preferred compositions of the Al base layer correspond to the preferred melt compositions.
Bei einer bevorzugten Variante der Al-Basisschicht umfasst der optionale Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen 0, 1-1,0 Gew.-% Mg, insbesondere 0, 1-0,7 Gew.-% Mg, bevorzugt 0, 1-0,5 Gew.- % Mg, insbesondere 0,2-0, 4 Gew.-% Mg. Weiterhin kann der optionale Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen in der Al-Basisschicht insbesondere mindestens 0,0015 Gew.-% Ca, insbesondere mindestens 0,1 Gew.-% Ca, umfassen.
Bei einer weiteren bevorzugten Variante des Korrosionsschutzüberzuges ist der Si-Gehalt in der Legierungsschicht geringer als der Si-Gehalt in der Al-Basisschicht. In a preferred variant of the Al base layer, the optional content of alkali or alkaline earth metals comprises 0.1-1.0 wt.% Mg, in particular 0.1-0.7 wt.% Mg, preferably 0.1-0.5 wt.% Mg, in particular 0.2-0.4 wt.% Mg. Furthermore, the optional content of alkali or alkaline earth metals in the Al base layer can comprise in particular at least 0.0015 wt.% Ca, in particular at least 0.1 wt.% Ca. In another preferred variant of the corrosion protection coating, the Si content in the alloy layer is lower than the Si content in the Al base layer.
Bei einer bevorzugten Variante umfasst der Blechzuschnitt eine auf dem Korrosionsschutzüberzug angeordnete Oxidschicht. Die Oxidschicht liegt dabei insbesondere auf der Al-Basisschicht und bildet bevorzugt den äußeren Abschluss des Korrosionsschutzüberzuges. In a preferred variant, the sheet metal blank comprises an oxide layer arranged on the anti-corrosive coating. The oxide layer lies in particular on the Al base layer and preferably forms the outer finish of the anti-corrosive coating.
Die Oxidschicht besteht insbesondere zu mehr als 80 Gew.-% aus Oxiden, wobei der Hauptanteil der Oxide (d.h. mehr als 50 Gew.-% der Oxide) Aluminiumoxid ist. Optional sind in der Oxidschicht zusätzlich zu Aluminiumoxid Hydroxide und / oder Magnesiumoxid alleine oder als Mischung vorhanden. Bevorzugt besteht der der nicht von den Oxiden und optional vorhandenen Hydroxiden eingenommene Rest der Oxidschicht aus Silizium, Aluminium, Eisen und/oder Magnesium in metallischer Form. The oxide layer consists in particular of more than 80% by weight of oxides, the majority of the oxides (i.e. more than 50% by weight of the oxides) being aluminum oxide. Optionally, in addition to aluminum oxide, hydroxides and/or magnesium oxide are present in the oxide layer alone or as a mixture. Preferably, the remainder of the oxide layer not taken up by the oxides and optionally present hydroxides consists of silicon, aluminum, iron and/or magnesium in metallic form.
Bevorzugt hat die Oxidschicht des Stahlflachproduktes eine Dicke, die größer ist als 50 nm. Insbesondere beträgt die Dicke der Oxidschicht maximal 500 nm. Preferably, the oxide layer of the flat steel product has a thickness greater than 50 nm. In particular, the thickness of the oxide layer is a maximum of 500 nm.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird solch ein Blechzuschnitt, bereitgestellt (Arbeitsschritt a)), der dann in einem Ofen mit einer Ofentemperatur Tofen in einer Glühzeit tc derart erwärmt wird, dass zumindest teilweise die AC3 Temperatur des Zuschnitts überschritten ist und die Temperatur TEinig des Zuschnitts beim Einlegen in ein für ein Warmpressformen vorgesehenes Umformwerkzeug (Arbeitsschritt c)) zumindest teilweise eine Temperatur oberhalb von Ms+100°C, insbesondere oberhalb von Ms+300°C, beträgt. Insbesondere überschreitet die Temperatur TEinig des Zuschnitts beim Einlegen zumindest teilweise 600°C. Bei einer besonders bevorzugten Variante liegt die Temperatur TEinig des Zuschnitts beim Einlegen zumindest teilweise, insbesondere vollständig im Bereich 600°C bis 850°C, um eine gute Umformbarkeit und die ausreichende Härtbarkeit zu gewährleisten. Unter teilweisem Überschreiten einer Temperatur (hier AC3 bzw. Ms+100°C) wird im Sinne dieser Anmeldung verstanden, dass mindestens 30 %, insbesondere mindestens 60 % des Volumens des Zuschnitts, bevorzugt der gesamte Zuschnitt, eine entsprechende Temperatur überschreiten. Entsprechendes gilt für das zumindest teilweise Vorhandensein einer Temperatur im Intervall 600°C bis 850°C bei der zuvor erläuterten bevorzugten Variante. Beim Einlegen in das Umformwerkzeug weist also mindestens 30 % des Zuschnitts ein austenitisches Gefüge auf, d.h. die Umwandlung vom ferritischen ins austenitische Gefüge muss beim Einlegen in das Umformwerkzeug noch nicht abgeschlossen sein. Vielmehr
können bis zu 70 % des Volumens des Zuschnits beim Einlegen in das Umformwerkzeug aus anderen Gefügebestandteilen, wie angelassenem Bainit, angelassenem Martensit und/oder nicht bzw. teilweise rekristallisiertem Ferrit bestehen. Zu diesem Zweck können bestimmte Bereiche des Zuschnitts während der Erwärmung gezielt auf einem niedrigeren Temperaturniveau gehalten werden als andere. Hierzu kann die Wärmezufuhr gezielt nur auf bestimmte Abschnite des Zuschnitts gerichtet werden oder die Teile, die weniger erwärmt werden sollen, gegen die Wärmezufuhr abgeschirmt werden. In dem Teil des Zuschnittmaterials, dessen Temperatur niedriger bleibt, entsteht im Zuge der Umformung im Werkzeug kein oder nur deutlich weniger Martensit, so dass das Gefüge dort deutlich weicher ist als in den jeweils anderen Teilen, in denen ein martensitisches Gefüge vorliegt. Auf diese Weise kann im jeweils geformten Blechformteil gezielt ein weicherer Bereich eingestellt werden, indem beispielsweise eine für den jeweiligen Verwendungszweck optimale Zähigkeit vorliegt, während die anderen Bereiche des Blechformteils eine maximierte Festigkeit besitzen. In the method according to the invention, such a sheet metal blank is provided (work step a)), which is then heated in an oven with an oven temperature Tof en for an annealing time tc such that the AC3 temperature of the blank is at least partially exceeded and the temperature T Einig of the blank when placed in a forming tool intended for hot press forming (work step c)) is at least partially above Ms+100°C, in particular above Ms+300°C. In particular, the temperature T Einig of the blank when placed at least partially exceeds 600°C. In a particularly preferred variant, the temperature T Einig of the blank when placed is at least partially, in particular completely, in the range 600°C to 850°C, in order to ensure good formability and sufficient hardenability. For the purposes of this application, partially exceeding a temperature (here AC3 or Ms+100°C) means that at least 30%, in particular at least 60% of the volume of the blank, preferably the entire blank, exceeds a corresponding temperature. The same applies to the at least partial presence of a temperature in the range 600°C to 850°C in the preferred variant explained above. When placed in the forming tool, at least 30% of the blank therefore has an austenitic structure, i.e. the transformation from the ferritic to the austenitic structure does not have to be completed when placed in the forming tool. Rather, up to 70% of the volume of the blank when placed in the forming tool can consist of other structural components, such as tempered bainite, tempered martensite and/or non- or partially recrystallized ferrite. For this purpose, certain areas of the blank can be kept at a lower temperature level than others during heating. To do this, the heat supply can be directed only at certain sections of the blank, or the parts that are to be heated less can be shielded from the heat supply. In the part of the blank material whose temperature remains lower, no or only significantly less martensite is formed during forming in the tool, so that the structure there is significantly softer than in the other parts that have a martensitic structure. In this way, a softer area can be specifically set in the respective formed sheet metal part, for example by ensuring optimal toughness for the respective intended use, while the other areas of the sheet metal part have maximized strength.
Maximale Festigkeitseigenschaften des erhaltenen Blechformteils können dadurch ermöglicht werden, dass die zumindest teilweise im Blechzuschnit erreichte Temperatur zwischen Ac3 und 1000°C, bevorzugt zwischen 850°C und 950°C liegt. Maximum strength properties of the resulting sheet metal part can be achieved by ensuring that the temperature reached at least partially in the sheet metal blank is between Ac3 and 1000°C, preferably between 850°C and 950°C.
Dabei ist die zu überschreitende Mindestemperatur Ac3 gemäß der von HOUGARDY, HP. in Werkstoffkunde Stahl Band 1: Grundlagen, Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf, 1984, p. 229., angegebenen Formel The minimum temperature Ac3 to be exceeded is determined according to the formula given by HOUGARDY, HP. in Werkstoffkunde Stahl Volume 1: Grundlagen, Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf, 1984, p. 229.
AC3[°C] = (902 Gew.-% - 225*%C + 19*%Si - ll*%Mn - 5*%Cr + 13*%Mo - 20*%Ni +55*%V)[oC/Gew.-%] mit %C = jeweiliger C-Gehalt, %Si = jeweiliger Si-Gehalt, %Mn = jeweiliger Mn-Gehalt, %Cr = jeweiliger Cr — Gehalt, %Mo = jeweiliger Mo-Gehalt, %Ni jeweiliger Ni-Gehalt und %V = jeweiliger V-Gehalt des Stahls, aus dem der Zuschnitt besteht, bestimmt. AC3[°C] = (902 wt.% - 225*%C + 19*%Si - 11*%Mn - 5*%Cr + 13*%Mo - 20*%Ni +55*%V)[ o C/wt.%] with %C = respective C content, %Si = respective Si content, %Mn = respective Mn content, %Cr = respective Cr content, %Mo = respective Mo content, %Ni respective Ni content and %V = respective V content of the steel from which the blank is made.
Eine optimal gleichmäßige Eigenschaftsverteilung lässt sich dadurch erreichen, dass der Zuschnitt im Arbeitsschritt b) vollständig durcherwärmt wird. An optimally uniform distribution of properties can be achieved by completely heating the blank in step b).
Bei einer bevorzugten Variante hat der Ofen eine konstante Ofentemperatur Tofen- Es kann jedoch auch vorteilhaft sein einen Ofen mit verschiedenen Zonen mit unterschiedlichen Temperaturen
(bzw. verschiedene Öfen mit unterschiedlichen Temperaturen) zu verwenden. In einem solchen Fall wird die Ofentemperatur TOfen wie folgt ermittelt:
wobei N die Anzahl der Ofenzonen angibt, Tt die Temperatur der i-ten Ofenzone und tt die Zeit ist, die der Blechzuschnitt in der i-ten Ofenzone verbringt, d.h. die Zeit, die der Blechzuschnitt mit der i-ten Temperatur beaufschlagt wird. Die Ofentemperatur wird in einem solchen Fall also als ein zeitlich gewichtetes Mittel berechnet. Die Glühzeit tc ergibt sich in einem solchen Fall als die Summe der Zeiten, die der Blechzuschnitt mit der i-ten Temperatur beaufschlagt wird. Das heißt:
In a preferred variant, the oven has a constant oven temperature. However, it can also be advantageous to have an oven with different zones with different temperatures. (or different ovens with different temperatures). In such a case, the oven temperature T O f e n is determined as follows: where N is the number of furnace zones, T t is the temperature of the i-th furnace zone and t t is the time that the sheet metal blank spends in the i-th furnace zone, i.e. the time that the sheet metal blank is exposed to the i-th temperature. In such a case, the furnace temperature is calculated as a time-weighted average. In such a case, the annealing time tc is the sum of the times that the sheet metal blank is exposed to the i-th temperature. This means:
Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante beträgt die mittlere Aufheizgeschwindigkeit rOfen des Blechzuschnittes beim Erwärmen in Schritt b) mindestens 3 K/s, bevorzugt mindestens 5 K/s, insbesondere mindestens 6 K/s, bevorzugt mindestens 8 K/s, insbesondere mindestens 10 K/s, bevorzugt mindestens 15 K/s. Die mittlere Aufheizgeschwindigkeit rofen ist dabei als mittlere Aufheizgeschwindigkeit von 30°C auf 700°C zu verstehen. In a preferred embodiment, the average heating rate r of the sheet metal blank during heating in step b) is at least 3 K/s, preferably at least 5 K/s, in particular at least 6 K/s, preferably at least 8 K/s, in particular at least 10 K/s, preferably at least 15 K/s. The average heating rate r of is to be understood as the average heating rate from 30°C to 700°C.
Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante beträgt die normierte mittlere Aufheizung 0_norm mindestens 5 Kmm/s, insbesondere mindestens 8 Kmm/s, bevorzugt mindestens 10 Kmm/s. Maximal beträgt die normierte mittlere Aufheizung 15 Kmm/s, insbesondere maximal 14 Kmm/s, bevorzugt maximal 13 Kmm/s. In a preferred embodiment, the standardized average heating 0_norm is at least 5 Kmm/s, in particular at least 8 Kmm/s, preferably at least 10 Kmm/s. The maximum standardized average heating is 15 Kmm/s, in particular a maximum of 14 Kmm/s, preferably a maximum of 13 Kmm/s.
Unter der mittleren Aufheizung 0 ist dabei das Produkt aus mittlerer Aufheizgeschwindigkeit in Kelvin pro Sekunde von 30°C auf 700°C und Blechdicke in Millimetern zu verstehen. The average heating rate 0 is the product of the average heating rate in Kelvin per second from 30°C to 700°C and the sheet thickness in millimeters.
Bei der normierten mittleren Aufheizung wird dieses Produkt 0 um die vorliegende Ofentemperatur TOfen im Verhältnis zu einer Referenz-Ofentemperatur TOfen, Referenz von 900°C=1173,15 K in der folgenden Weise normiert:
dabei sind die Ofentemperaturen jeweils in Kelvin einzusetzen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante erfolgt die Erwärmung in einem Ofen mit einer Ofentemperatur TOfen von mindestens Ac3+10°C, bevorzugt mindestens 850°C, bevorzugt mindestens 880°C, besonders bevorzugt mindestens 900°C und maximal 1000°C, bevorzugt maximal 960°C, besonders bevorzugt maximal 940°C, insbesondere maximal 930°C. In the normalized average heating, this product 0 is normalized by the present furnace temperature T O fen in relation to a reference furnace temperature T O f e n, reference of 900°C = 1173.15 K in the following way: The oven temperatures must be entered in Kelvin. In a preferred embodiment, the heating takes place in a furnace with a furnace temperature T O fen of at least Ac3+10°C, preferably at least 850°C, preferably at least 880°C, particularly preferably at least 900°C and a maximum of 1000°C, preferably a maximum of 960°C, particularly preferably a maximum of 940°C, in particular a maximum of 930°C.
Bevorzugt beträgt der Taupunkt der Ofenatmosphäre im Ofen hierbei mindestens -20°C, bevorzugt mindestens -15°C, insbesondere mindestens -5°C, besonders bevorzugt mindestens 0°C und maximal +25°C, bevorzugt maximal + 20°C insbesondere maximal +15°C. Preferably, the dew point of the furnace atmosphere in the furnace is at least -20°C, preferably at least -15°C, in particular at least -5°C, particularly preferably at least 0°C and a maximum of +25°C, preferably a maximum of +20°C, in particular a maximum of +15°C.
Bei einer speziellen Ausführungsvariante erfolgt die Erwärmung in Schritt b) stufenweise in Bereichen mit unterschiedlicher Temperatur. Insbesondere erfolgt die Erwärmung in einem Rollenherdofen mit unterschiedlichen Heizzonen. Hierbei erfolgt die Erwärmung in einer ersten Heizzone mit einer Temperatur (sogenannte Ofeneinlauftemperatur) von mindestens 650°C, bevorzugt mindestens 680°C, insbesondere mindestens 720°C. Maximal beträgt die Temperatur in der ersten Heizzone bevorzugt 900°C, insbesondere maximal 850°C. Weiterhin bevorzugt beträgt die maximale Temperatur aller Heizzonen im Ofen maximal 1200°C, insbesondere maximal 1000°C, bevorzugt maximal 950°C, besonders bevorzugt maximal 930°C. In a special embodiment, the heating in step b) takes place step by step in areas with different temperatures. In particular, the heating takes place in a roller hearth furnace with different heating zones. Here, the heating takes place in a first heating zone with a temperature (so-called furnace inlet temperature) of at least 650°C, preferably at least 680°C, in particular at least 720°C. The maximum temperature in the first heating zone is preferably 900°C, in particular a maximum of 850°C. Furthermore, the maximum temperature of all heating zones in the furnace is preferably a maximum of 1200°C, in particular a maximum of 1000°C, preferably a maximum of 950°C, particularly preferably a maximum of 930°C.
Um die Vorgänge während der Erwärmung besser beschreiben zu können, wird die Gesamtzeit im Ofen tc, die sich wie oben erläutert aus den Einzelzeiten aufsummiert, bezüglich der Dicke des Blechzuschnittes und bezüglich der Ofentemperatur TOfen normiert. Da das Diffusionsverhalten im Korrosionsschutzüberzug in dem Temperaturbereich für die Ofentemperatur TOfen von 880°C bis 960°C im Wesentlichen linear von der Ofentemperatur Tofen abhängt, kann ein Korrekturterm verwendet werden, der linear von der Ofentemperatur Tofen abhängt. Ebenso hängt das Diffusionsverhalten im Blechdickenbereich von 0,7 mm bis 3 mm im Wesentlichen linear von der Blechdicke d ab. Daher kann hier ebenfalls ein Korrekturterm verwendet werden, der linear von der Blechdicke abhängig ist. Empirische Untersuchungen haben gezeigt, dass sich die folgende Näherung gut für die Beschreibung der Diffusionsvorgänge eignet:
In order to better describe the processes during heating, the total time in the furnace tc, which is added up from the individual times as explained above, is standardized with respect to the thickness of the sheet metal blank and with respect to the furnace temperature T O fen. Since the diffusion behavior in the corrosion protection coating in the temperature range for the furnace temperature T O f e n from 880°C to 960°C depends essentially linearly on the furnace temperature Tof en , a correction term can be used that depends linearly on the furnace temperature Tof en . Likewise, the diffusion behavior in the sheet thickness range from 0.7 mm to 3 mm depends essentially linearly on the sheet thickness d. Therefore, a correction term that depends linearly on the sheet thickness can also be used here. Empirical studies have shown that the following approximation is well suited to describing the diffusion processes:
Bei einer bevorzugen Ausführungsform beträgt die normierte Glühzeit mindestens 140 Sekunden, insbesondere 2,5 Minuten. Weiterhin bevorzugt beträgt die normierte Glühzeit maximal 8 Minuten,
bevorzugt maximal 6 Minuten, insbesondere maximal 5 Minuten. Längere Gesamtzeiten im Ofen haben den Vorteil, dass eine gleichmäßige Austenitisierung des Blechzuschnittes sichergestellt ist. Andererseits führt ein zu langes Halten oberhalb von Ac3 zu einer Kornvergröberung, die sich negativ auf die mechanischen Eigenschaften auswirkt. Zudem hat sich gezeigt, dass der maximale Biegewinkel bei zu langen Glühzeiten wieder abnimmt (siehe z.B. EP 3 611 288 Al) In a preferred embodiment, the standardized annealing time is at least 140 seconds, in particular 2.5 minutes. Furthermore, the standardized annealing time is preferably a maximum of 8 minutes, preferably a maximum of 6 minutes, in particular a maximum of 5 minutes. Longer total times in the furnace have the advantage that uniform austenitization of the sheet metal blank is ensured. On the other hand, holding for too long above Ac3 leads to grain coarsening, which has a negative effect on the mechanical properties. It has also been shown that the maximum bending angle decreases again if the annealing times are too long (see e.g. EP 3 611 288 Al)
Der so erwärmte Zuschnitt wird aus der jeweiligen Erwärmungseinrichtung entnommen und so schnell in das Umformwerkzeug transportiert, dass seine Temperatur beim Eintreffen in dem Werkzeug zumindest teilweise oberhalb von Ms+100°C, insbesondere oberhalb von Ms+300°C, liegt, bevorzugt oberhalb von 600°C, insbesondere oberhalb von 650°C, besonders bevorzugt oberhalb von 700°C. Hierbei bezeichnet Ms die Martensitstarttemperatur. Bei einer besonders bevorzugten Variante liegt die Temperatur zumindest teilweise oberhalb der ACl-Temperatur. Bei allen diesen Varianten beträgt die Temperatur insbesondere maximal 900°C. Durch diese Temperaturbereiche wird insgesamt eine gute Umformbarkeit des Materials gewährleistet. The blank heated in this way is removed from the respective heating device and transported into the forming tool so quickly that its temperature when it arrives in the tool is at least partially above Ms+100°C, in particular above Ms+300°C, preferably above 600°C, in particular above 650°C, particularly preferably above 700°C. Here, Ms refers to the martensite start temperature. In a particularly preferred variant, the temperature is at least partially above the ACl temperature. In all of these variants, the temperature is in particular a maximum of 900°C. These temperature ranges ensure good formability of the material overall.
Im Arbeitsschritt c) wird der Transfer des austenitisierten Zuschnitts von der jeweils zum Einsatz kommenden Erwärmungseinrichtung zum Umformwerkzeug innerhalb von vorzugsweise höchstens 20s, insbesondere von maximal 15s absolviert. Ein derart schneller Transport ist erforderlich, um eine zu starke Abkühlung vor der Umformung zu vermeiden. In step c), the transfer of the austenitized blank from the heating device used to the forming tool is completed within preferably a maximum of 20 seconds, in particular a maximum of 15 seconds. Such rapid transport is necessary to avoid excessive cooling before forming.
Das Werkzeug besitzt beim Einlegen des Zuschnitts typischerweise eine Temperatur zwischen Raumtemperatur (RT) und 200°C, bevorzugt zwischen 20°C und 180°C, insbesondere zwischen 50°C und 150°C. Das Werkzeug kann beim Einlegen des Zuschnitts auch eine Temperatur geringfügig unterhalb der Raumtemperatur haben, wenn beispielsweise das verwendet Kühlwasser geringfügig kälter ist (z.B. 15°C). Damit besitzt das Werkzeug bei einzelnen Ausführungsvarianten beim Einlegen des Zuschnitts eine Temperatur zwischen 10°C und 200°C. Optional kann das Werkzeug in einer besonderen Ausführungsform zumindest bereichsweise auf eine Temperatur Twz von mindestens 200°C, insbesondere mindestens 300°C temperiert sein, um das Bauteil nur partiell zu härten. Weiterhin beträgt die Werkzeugtemperatur Twz bevorzugt maximal 600°C, insbesondere maximal 550°C. Es ist lediglich sicherzustellen, dass die Werkzeugtemperatur Twz unterhalb der gewünschten Zieltemperatur T^i liegt. Die Verweilzeit im Werkzeug twz beträgt bevorzugt mindestens 2s, insbesondere mindestens 3s, besonders bevorzugt mindestens 5s. Maximal beträgt die Verweilzeit im Werkzeug bevorzugt 25s, insbesondere maximal 20s, bevorzugt maximal 10s.
Die Zi eitern peratur Taei des Blechformteils liegt zumindest teilweise unterhalb 400°C, bevorzugt unterhalb 300°C, insbesondere unterhalb von 250°C, bevorzugt unterhalb von 200°C, besonders bevorzugt unterhalb von 180°C, insbesondere unterhalb von 150°C. Alternativ liegt die Zieltemperatur Taei des Blechformteils besonders bevorzugt unter Ms-50°C, wobei Ms die Martensitstarttemperatur bezeichnet. Weiterhin beträgt die Zi eitern peratur des Blechformteils bevorzugt mindestens 20°C, besonders bevorzugt mindestens 50°C. When the blank is inserted, the tool typically has a temperature between room temperature (RT) and 200°C, preferably between 20°C and 180°C, in particular between 50°C and 150°C. When the blank is inserted, the tool can also have a temperature slightly below room temperature if, for example, the cooling water used is slightly colder (e.g. 15°C). In some embodiments, the tool therefore has a temperature between 10°C and 200°C when the blank is inserted. Optionally, in a special embodiment, the tool can be heated at least in some areas to a temperature T wz of at least 200°C, in particular at least 300°C, in order to only partially harden the component. Furthermore, the tool temperature Twz is preferably a maximum of 600°C, in particular a maximum of 550°C. It only has to be ensured that the tool temperature Twz is below the desired target temperature T^i. The residence time in the tool twz is preferably at least 2s, in particular at least 3s, particularly preferably at least 5s. The maximum residence time in the tool is preferably 25s, in particular a maximum of 20s, preferably a maximum of 10s. The target temperature Taei of the sheet metal part is at least partially below 400°C, preferably below 300°C, in particular below 250°C, preferably below 200°C, particularly preferably below 180°C, in particular below 150°C. Alternatively, the target temperature Taei of the sheet metal part is particularly preferably below Ms-50°C, where Ms denotes the martensite start temperature. Furthermore, the target temperature of the sheet metal part is preferably at least 20°C, particularly preferably at least 50°C.
Die Martensitstarttemperatur eines im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorgaben liegenden Stahls ist gemäß der Formel: The martensite start temperature of a steel within the scope of the inventive specifications is according to the formula:
Ms [°C] = (490,85 Gew.-% — 302,6 %C — 30,6 %Mn - 16,6 %Ni — 8,9 %Cr + 2,4 %Mo — 11,3 %Cu + 8,58 %Co + 7,4 %W — 14,5 %Si) [°C/Gew.-%] zu berechnen, wobei hier mit %C der C-Gehalt, mit %Mn der Mn-Gehalt, mit %Mo der Mo-Gehalt, mit %Cr der Cr-Gehalt, mit %Ni der Ni-Gehalt, mit %Cu der Cu-Gehalt, mit %Co der Co-Gehalt, mit %W der W-Gehalt und mit %Si der Si-Gehalt des jeweiligen Stahls in Gew.-% bezeichnet wird. Ms [°C] = (490.85 wt.% — 302.6 %C — 30.6 %Mn - 16.6 %Ni — 8.9 %Cr + 2.4 %Mo — 11.3 %Cu + 8.58 %Co + 7.4 %W — 14.5 %Si) [°C/wt.%], where %C is the C content, %Mn is the Mn content, %Mo is the Mo content, %Cr is the Cr content, %Ni is the Ni content, %Cu is the Cu content, %Co is the Co content, %W is the W content and %Si is the Si content of the respective steel in wt.%.
Die ACl-Temperatur und die AC3-Temperatur eines im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorgaben liegenden Stahls ist gemäß den Formeln: The ACl temperature and the AC3 temperature of a steel within the scope of the inventive specifications are according to the formulas:
AC1[°C] = (739 Gew.-% — 22*%C - 7*%Mn + 2*%Si + 14*%Cr + 13*%Mo - 13*%Ni + 20*%V)[oC/Gew.-%] AC1[°C] = (739 wt.% — 22*%C - 7*%Mn + 2*%Si + 14*%Cr + 13*%Mo - 13*%Ni + 20*%V)[ o C/wt.%]
AC3[°C] = (902 Gew.-% - 225*%C + 19*%Si - ll*%Mn - 5*%Cr + 13*%Mo - 20*%Ni +55*%V)[oC/Gew.-%] zu berechnen, wobei auch hiermit mit %C der C-Gehalt, mit %Si der Si-Gehalt mit %Mn der Mn- Gehalt mit %Cr der Cr-Gehalt, mit %Mo der Mo-Gehalt, mit %Ni der Ni-Gehalt und mit +%V der Vanadium-Gehalt des jeweiligen Stahls bezeichnet sind (Brandis H 1975 TEW-Techn. Ber. 1 8 10). AC3[°C] = (902 wt.% - 225*%C + 19*%Si - 11*%Mn - 5*%Cr + 13*%Mo - 20*%Ni +55*%V)[ o C/wt.%], where %C denotes the C content, %Si the Si content, %Mn the Mn content, %Cr the Cr content, %Mo the Mo content, %Ni the Ni content and +%V the vanadium content of the respective steel (Brandis H 1975 TEW-Techn. Ber. 1 8 10).
Im Werkzeug wird der Zuschnitt somit nicht nur zu dem Blechformteil geformt, sondern gleichzeitig auch die Zieltemperatur abgeschreckt. Die Abkühlrate im Werkzeuge rwz auf die Zieltemperatur beträgt insbesondere mindestens 20 K/s, bevorzugt mindestens 30 K/s, insbesondere mindestens 50 K/s, in besonderer Ausführung mindestens 100 K/s. Dabei handelt es sich bei der Abkühlrate
iwz um die Abkühlrate für die Martensitbildung. Die Abkühlrate rwz wird also zwischen der Einlegetemperatur und der Martensitstarttemperatur bestimmt. Die weitere Abkühlung von der Martensitstarttemperatur auf die Zieltemperatur kann auch mit einer geringeren Abkühlrate erfolgen. In the tool, the blank is not only formed into the sheet metal part, but is also quenched to the target temperature at the same time. The cooling rate in the tool r wz to the target temperature is in particular at least 20 K/s, preferably at least 30 K/s, in particular at least 50 K/s, in a special design at least 100 K/s. The cooling rate is iwz is the cooling rate for martensite formation. The cooling rate r wz is therefore determined between the insertion temperature and the martensite start temperature. Further cooling from the martensite start temperature to the target temperature can also be carried out at a lower cooling rate.
Nach dem Entnehmen des Blechformteils in Schritt e) erfolgt ein Abkühlen des Blechformteils auf eine Abkühltemperatur TAB von weniger als 100°C innerhalb einer Abkühldauer tAß von 0,5 bis 600s. Dies geschieht im Regelfall durch eine Luftabkühlung. After removal of the sheet metal part in step e), the sheet metal part is cooled to a cooling temperature T A B of less than 100°C within a cooling time t A ß of 0.5 to 600s. This is usually done by air cooling.
Das auf diese Weise erzeugte Blechformteil weist einen Korrosionsschutzüberzug mit einer Dicke dA auf. Dieser Korrosionsschutzüberzug umfasst weiterhin eine Legierungsschicht mit einer Dicke du The sheet metal part produced in this way has a corrosion protection coating with a thickness d A. This corrosion protection coating also comprises an alloy layer with a thickness du
Die Dicke des Korrosionsschutzüberzuges dA beträgt bevorzugt mindestens 6 pm, besonders bevorzugt mindestens 8 pm, insbesondere mindestens 10 pm. Weiterhin bevorzugt beträgt die Dicke des Korrosionsschutzüberzuges dA maximal 28 pm, bevorzugt maximal 25 pm, insbesondere maximal 22 pm, insbesondere maximal 20 pm, bevorzugt maximal 18 pm, insbesondere maximal 16 pm. The thickness of the corrosion protection coating d A is preferably at least 6 pm, particularly preferably at least 8 pm, in particular at least 10 pm. Furthermore preferably, the thickness of the corrosion protection coating d A is maximum 28 pm, preferably maximum 25 pm, in particular maximum 22 pm, in particular maximum 20 pm, preferably maximum 18 pm, in particular maximum 16 pm.
Die Dicke der Legierungsschicht d|_ ist beträgt bevorzugt maximal 15 pm, insbesondere maximal 10 pm, besonders bevorzugt maximal 8 pm, insbesondere maximal 6 pm. Weiterhin bevorzugt beträgt die Dicke der Legierungsschicht dL mindestens 2pm, bevorzugt mindestens 4 pm. The thickness of the alloy layer d|_ is preferably a maximum of 15 pm, in particular a maximum of 10 pm, particularly preferably a maximum of 8 pm, in particular a maximum of 6 pm. Furthermore preferably, the thickness of the alloy layer d L is at least 2 pm, preferably at least 4 pm.
Bevorzugt umfasst der Korrosionsschutzüberzug des Blechformteils eine Legierungsschicht und eine optionale Al-Basisschicht. Beim Blechformteil wird die Legierungsschicht auch häufig als Interdiffusionsschicht bezeichnet. Die Dicke der optionale Al-Basisschicht ergibt sich aus der Differenz der Dicken von Korrosionsschutzüberzug und Legierungsschicht. Je nach Stärke der Diffusion bei der vorangegangenen Wärmebehandlung kann die ursprüngliche Al-Basisschicht auch vollständig in eine Legierungsschicht umgewandelt worden sein. In dem Fall umfasst der Korrosionsschutzüberzug des Blechformteils eine Legierungsschicht aber keine Al-Basisschicht. Alternativ verbleibt ein Teil der ursprünglichen Al-Basisschicht. Lediglich die Zusammensetzung der Al-Basisschicht verändert sich zu der im folgenden beschriebenen Zusammensetzung.
Umfangreiche Versuche bei der Erzeugung von Blechformteilen haben gezeigt, dass ein besonders vorteilhaftes Prozessfenster vorliegt, wenn für einen Glühparameter mit
gilt: * > 0,10 min-1 The anti-corrosive coating of the sheet metal part preferably comprises an alloy layer and an optional Al base layer. In the case of the sheet metal part, the alloy layer is also often referred to as an interdiffusion layer. The thickness of the optional Al base layer results from the difference between the thicknesses of the anti-corrosive coating and the alloy layer. Depending on the strength of the diffusion during the previous heat treatment, the original Al base layer may also have been completely converted into an alloy layer. In this case, the anti-corrosive coating of the sheet metal part comprises an alloy layer but no Al base layer. Alternatively, part of the original Al base layer remains. Only the composition of the Al base layer changes to the composition described below. Extensive tests in the production of sheet metal parts have shown that a particularly advantageous process window exists when an annealing parameter with applies: * > 0.10 min -1
In einem solchen Fall erhält man mit dem oben beschriebenen Verfahren zuverlässig Blechformteile, deren Biegewinkel eine geringe Streuung aufweisen. In such a case, the process described above reliably produces sheet metal parts whose bending angles exhibit a small scatter.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens beträgt das Verhältnis von der Dicke d|_ der Legierungsschicht des Blechformteils zur Dicke dA des Korrosionsschutzüberzuges des Blech- dL formteils mindestens 30%. Bei einer weiterhin bevorzugten Variante beträgt das Verhältnis maximal 70%. In a preferred embodiment of the method, the ratio of the thickness d|_ of the alloy layer of the sheet metal part to the thickness dA of the corrosion protection coating of the sheet metal part is at least 30%. In a further preferred variant, the ratio is a maximum of 70%.
Bei einer bevorzugen Variante des Verfahrens ist das erzeugte Blechformteil so ausgestaltet, dass die Legierungsschicht auf dem Stahlsubstrat aufliegt und unmittelbar an dieses angrenzt. In a preferred variant of the process, the sheet metal part produced is designed in such a way that the alloy layer rests on the steel substrate and is directly adjacent to it.
Weiterhin bevorzugt umfasst der Korrosionsschutzüberzug des Blechformteils eine Al-Basisschicht, wobei die Legierungsschicht des Korrosionsschutzüberzuges des Blechformteils zwischen der Al-Basisschicht und dem Stahlsubstrat angeordnet ist. Furthermore, the corrosion protection coating of the sheet metal part preferably comprises an Al base layer, wherein the alloy layer of the corrosion protection coating of the sheet metal part is arranged between the Al base layer and the steel substrate.
Bevorzugt besteht die Legierungsschicht des Blechformteils aus 35-90 Gew.-% Fe, 0,1-12 Gew.- % Si, optional bis zu 0,5 Gew.-% Mg und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 3,5 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium. Bei den optionalen weiteren Bestandteilen handelt es sich bevorzugt um die neben Eisen vorhandenen Elemente im Stahl des Stahlsubstrates. Durch das weitere Eindiffundieren von Eisen in die Legierungsschicht sind die Anteile von Si und Mg entsprechend niedriger als ihr jeweiliger Anteil in der Schmelze des Schmelzbades. The alloy layer of the sheet metal part preferably consists of 35-90 wt.% Fe, 0.1-12 wt.% Si, optionally up to 0.5 wt.% Mg and optional additional components, the total contents of which are limited to a maximum of 3.5 wt.%, and the remainder aluminum. The optional additional components are preferably the elements present in the steel of the steel substrate in addition to iron. Due to the further diffusion of iron into the alloy layer, the proportions of Si and Mg are correspondingly lower than their respective proportions in the melt of the molten bath.
Die Legierungsschicht hat bevorzugt ein ferritisches Gefüge.
Die optional vorhandene Al-Basisschicht des Blechformteils liegt bevorzugt auf der Legierungsschicht des Stahlbauteils und grenzt unmittelbar an diese an. Bevorzugt besteht die Al-Basisschicht des Stahlbauteils aus 35-55 Gew.-% Fe, 0,4-10 Gew.-% Si, optional bis zu 0,5 Gew.-% Mg und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium. The alloy layer preferably has a ferritic structure. The optionally present Al base layer of the sheet metal part preferably lies on the alloy layer of the steel component and is directly adjacent to it. The Al base layer of the steel component preferably consists of 35-55 wt.% Fe, 0.4-10 wt.% Si, optionally up to 0.5 wt.% Mg and optionally further components, the total contents of which are limited to a maximum of 2.0 wt.%, and the remainder being aluminum.
Die optional vorhandene Al-Basisschicht kann eine homogene Elementverteilung aufweisen, bei der die lokalen Elementgehalte um nicht mehr als 10 % variieren. Bevorzugte Varianten der Al- Basisschicht weisen dagegen siliziumarme Phasen und siliziumreiche Phasen auf. Siliziumarme Phasen sind dabei Gebiete, deren mittlerer Si-Gehalt mindestens 20 % weniger beträgt als der mittlere Si Gehalt der Al-Basisschicht. Siliziumreiche Phasen sind dabei Gebiete, deren mittlerer Si-Gehalt mindestens 20 % mehr beträgt als der mittlere Si-Gehalt der Al-Basisschicht. The optionally present Al base layer can have a homogeneous element distribution in which the local element contents do not vary by more than 10%. Preferred variants of the Al base layer, on the other hand, have silicon-poor phases and silicon-rich phases. Silicon-poor phases are areas whose average Si content is at least 20% less than the average Si content of the Al base layer. Silicon-rich phases are areas whose average Si content is at least 20% more than the average Si content of the Al base layer.
Bei einer bevorzugten Variante sind die siliziumreichen Phasen innerhalb der siliziumarmen Phase angeordnet. Insbesondere bilden die siliziumreichen Phasen eine mindestens 40 % durchgehende Schicht, die von siliziumarmen Gebieten begrenzt ist. Unter einer durchgehenden Schicht siliziumreicher Phasen ist zu verstehen, dass im senkrechten Schliffbild eine Linie so parallel zur Oberfläche des Stahlsubstrates gelegt werden kann, dass sie vollständig durch die siliziumreichen Phasen verläuft. Dagegen ist unter einer mindestens X % durchgehenden Schicht zu verstehen, dass im senkrechten Schiffbild eine Linie so parallel zur Oberfläche des Stahlsubstrates gelegt werden kann, dass sie zu mindestens X % innerhalb der siliziumreichen Phasen verläuft. Im hier vorliegenden Fall liegen die siliziumreichen Phasen also derart zusammenhängend, dass im senkrechten Schliffbild eine Linie so parallel zur Oberfläche des Stahlsubstrates gelegt werden kann, dass sie zu mindestens 40% innerhalb der siliziumreichen Phasen verläuft. Bei einer alternativen Ausführungsvariante sind die siliziumreichen Phasen inselförmig in der siliziumarmen Phase angeordnet. In a preferred variant, the silicon-rich phases are arranged within the silicon-poor phase. In particular, the silicon-rich phases form a layer that is at least 40% continuous and is bordered by silicon-poor regions. A continuous layer of silicon-rich phases means that in the vertical micrograph a line can be laid parallel to the surface of the steel substrate such that it runs completely through the silicon-rich phases. In contrast, a layer that is at least X% continuous means that in the vertical micrograph a line can be laid parallel to the surface of the steel substrate such that it runs at least X% within the silicon-rich phases. In the present case, the silicon-rich phases are therefore arranged in such a connected manner that in the vertical micrograph a line can be laid parallel to the surface of the steel substrate such that it runs at least 40% within the silicon-rich phases. In an alternative embodiment, the silicon-rich phases are arranged in islands in the silicon-poor phase.
Unter „inselförmig“ wird im Sinne dieser Anmeldung eine Anordnung verstanden, bei der diskrete unzusammenhängende Bereiche von einem anderen Material umschlossen werden - es sich also „Inseln“ eines bestimmten Materials in einem anderen Material befinden. For the purposes of this application, “island-shaped” means an arrangement in which discrete, unconnected areas are enclosed by another material - i.e., “islands” of a particular material are located within another material.
Bei einer bevorzugten Variante umfasst das Stahlbauteil eine auf dem Korrosionsschutzüberzug angeordnete Oxidschicht. Die Oxidschicht liegt dabei insbesondere auf der optional vorhandenen Al-Basisschicht und bildet bevorzugt den äußeren Abschluss des Korrosionsschutzüberzuges.
Falls keine Al-Basisschicht vorhanden ist, liegt die Oxidschicht bevorzugt auf der Legierungsschicht und bildet bevorzugt den äußeren Abschluss des Korrosionsschutzüberzuges. In a preferred variant, the steel component comprises an oxide layer arranged on the anti-corrosive coating. The oxide layer lies in particular on the optionally present Al base layer and preferably forms the outer finish of the anti-corrosive coating. If no Al base layer is present, the oxide layer preferably lies on the alloy layer and preferably forms the outer finish of the corrosion protection coating.
Die Oxidschicht des Stahlbauteils besteht insbesondere zu mehr als 80 Gew.-% aus Oxiden, wobei der Hauptanteil der Oxide (d.h. mehr als 50 Gew.-% der Oxide) Aluminiumoxid ist. Optional sind in der Oxidschicht zusätzlich zu Aluminiumoxid Hydroxide und / oder Magnesiumoxid alleine oder als Mischung vorhanden. Bevorzugt besteht der nicht von den Oxiden und optional vorhandenen Hydroxiden eingenommene Rest der Oxidschicht aus Silizium, Aluminium, Eisen und/oder Magnesium in metallischer Form. The oxide layer of the steel component consists in particular of more than 80% by weight of oxides, with the majority of the oxides (i.e. more than 50% by weight of the oxides) being aluminum oxide. Optionally, in addition to aluminum oxide, hydroxides and/or magnesium oxide are present in the oxide layer alone or as a mixture. Preferably, the remainder of the oxide layer not taken up by the oxides and optionally present hydroxides consists of silicon, aluminum, iron and/or magnesium in metallic form.
Die Oxidschicht hat bevorzugt eine Dicke von mindestens 50 nm, insbesondere von mindestens 100 nm. Weiterhin beträgt die Dicke maximal 4 pm, insbesondere maximal 2 pm. The oxide layer preferably has a thickness of at least 50 nm, in particular of at least 100 nm. Furthermore, the thickness is a maximum of 4 pm, in particular a maximum of 2 pm.
Bei einer speziellen Weiterbildung weist das Stahlsubstrat des Blechformteils ein Gefüge mit zumindest teilweise mehr als 80 % Martensit oder unteren Bainit, bevorzugt zumindest teilweise mehr als 90 % Martensit oder unteren Bainit, insbesondere zumindest teilweise mehr als 95 %, besonders bevorzugt zumindest teilweise mehr als 98 % auf. Unter „teilweise aufweisen“ ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass es Bereiche des Blechformteils gibt, die das genannte Gefüge aufweisen. Zusätzlich kann es auch Bereiche des Blechformteils geben, die ein anderes Gefüge aufweisen. Das Blechformteil weist also abschnittsweise oder bereichsweise das genannte Gefüge auf. In a special development, the steel substrate of the sheet metal part has a structure with at least partially more than 80% martensite or lower bainite, preferably at least partially more than 90% martensite or lower bainite, in particular at least partially more than 95%, particularly preferably at least partially more than 98%. In this context, “partially have” is to be understood as meaning that there are areas of the sheet metal part that have the mentioned structure. In addition, there can also be areas of the sheet metal part that have a different structure. The sheet metal part therefore has the mentioned structure in sections or in regions.
Durch den hohen Gehalt an Martensit oder unterem Bainit lassen sich sehr hohe Zugfestigkeiten und Streckgrenzen erreichen. Due to the high content of martensite or lower bainite, very high tensile strengths and yield strengths can be achieved.
Bei dem erfindungsgemäßen Blechformteil handelt es sich bevorzugt um ein Bauteil für ein Landfahrzeug, Seefahrzeug oder Luftfahrzeug. Besonders bevorzugt handelt es sich um ein Automobilteil, insbesondere um ein Karrosserieteil. Bevorzugt ist das Bauteil eine B-Säule, Längs- träger, A-Säule, Schweller oder Querträger oder einen Bestandteil der Fahrzeugseitenstruktur. The sheet metal part according to the invention is preferably a component for a land vehicle, sea vehicle or aircraft. It is particularly preferably an automobile part, in particular a body part. The component is preferably a B-pillar, longitudinal member, A-pillar, sill or cross member or a component of the vehicle side structure.
Das Stahlsubstrat des Stahlflachproduktes und damit auch des erzeugten Blechformteils ist aus einem Stahl, der 0,1-3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist. Insbesondere ist das Gefüge des Stahls durch ein Warmumformen in ein martensitisches oder teilweise martensitisches Gefüge umwandelbar. Das Gefüge des Stahlsubstrates des Stahlbauteils ist also
bevorzugt ein martensitisches oder zumindest teilweise martensitisches Gefüge, da dieses eine besonders hohe Härte aufweist. The steel substrate of the flat steel product and thus also of the sheet metal part produced is made of a steel that contains 0.1-3 wt.% Mn and optionally up to 0.01 wt.% B. In particular, the structure of the steel can be converted into a martensitic or partially martensitic structure by hot forming. The structure of the steel substrate of the steel component is therefore preferably a martensitic or at least partially martensitic structure, since this has a particularly high hardness.
Besonders bevorzugt ist das Stahlsubstrat ein Stahl, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) aus Particularly preferably, the steel substrate is a steel which, in addition to iron and unavoidable impurities (in wt. %), consists of
C: 0,04 - 0,45 Gew.-%, C: 0.04 - 0.45 wt.%,
Si: 0,02 - 1,2 Gew.-%, Si: 0.02 - 1.2 wt.%,
Mn: 0,5 - 2,6 Gew.-%, Mn: 0.5 - 2.6 wt.%,
AI: 0,02 - 1,0 Gew.-%, Al: 0.02 - 1.0 wt.%,
P: < 0,05 Gew.-%, P: < 0.05 wt.%,
S: < 0,02 Gew.-%, S: < 0.02 wt.%,
N: < 0,02 Gew.-%, N: < 0.02 wt.%,
Sn: < 0,03 Gew.-% Sn: < 0.03 wt.%
As: < 0,01 Gew.-% As: < 0.01 wt.%
Ca: < 0,005 Gew.-% sowie optional einem oder mehreren der Elemente „Cr, B, Mo, Ni, Cu, Nb, Ti, V“ in folgenden Gehalten Ca: < 0.005 wt.% and optionally one or more of the elements “Cr, B, Mo, Ni, Cu, Nb, Ti, V” in the following contents
Cr: 0,08 - 1,0 Gew.-%, Cr: 0.08 - 1.0 wt.%,
B: 0,001 - 0,005 Gew.-% B: 0.001 - 0.005 wt.%
Mo: <0,5 Gew.-% Mo: <0.5 wt.%
Ni: <0,5 Gew.-% Ni: <0.5 wt%
Cu: <0,2 Gew.-% Cu: <0.2 wt.%
Nb: 0,01 - 0,08 Gew.-%, Nb: 0.01 - 0.08 wt.%,
Ti: 0,01 - 0,08 Gew.-% Ti: 0.01 - 0.08 wt.%
V: <0,2 Gew. -% besteht. V: <0.2 wt.%.
Bei den Elementen P, S, N, Sn, As, Ca handelt es sich um Verunreinigungen, die bei der Stahlerzeugung nicht vollständig vermieden werden können. Gelegentlich wird Ca auch bewusst zur
Abbindung von Schwefel hinzulegiert. In einem solchen Fall beträgt der Gehalt von Ca mindestens 0,001 Gew.-%. Maximal beträgt der Ca-Gehalt auch in diesem Fall 0,005 Gew.-%. The elements P, S, N, Sn, As, Ca are impurities that cannot be completely avoided in steel production. Ca is also sometimes deliberately added to Sulfur is added to the alloy to bind it. In such a case, the Ca content is at least 0.001% by weight. The maximum Ca content in this case is also 0.005% by weight.
Neben diesen Elementen können auch noch weitere Elemente als Verunreinigungen im Stahl vorhanden sein. Diese weiteren Elemente werden unter den „unvermeidbaren Verunreinigungen“ zusammengefasst. Bevorzugt beträgt der Gehalt an unvermeidbaren Verunreinigungen in Summe maximal 0,2 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,1 Gew.-%. Die optionalen Legierungselemente Cr, B, Nb, Ti, für die eine Untergrenze angegeben ist, können auch in Gehalten unterhalb der jeweilige Untergrenze als unvermeidbare Verunreinigungen im Stahlsubstrat vorkommen. In dem Fall werden sie ebenfalls zu den unvermeidbaren Verunreinigungen gezählt, deren Gesamtgehalt auf maximal 0,2 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,1 Gew.-% begrenzt ist. Bevorzugt sind die individuellen Obergrenzen für die jeweilige Verunreinigung dieser Elemente wie folgt: In addition to these elements, other elements may also be present as impurities in the steel. These other elements are summarized under the "unavoidable impurities". The total content of unavoidable impurities is preferably a maximum of 0.2% by weight, preferably a maximum of 0.1% by weight. The optional alloying elements Cr, B, Nb, Ti, for which a lower limit is specified, can also be present in the steel substrate as unavoidable impurities in contents below the respective lower limit. In this case, they are also counted as unavoidable impurities, the total content of which is limited to a maximum of 0.2% by weight, preferably a maximum of 0.1% by weight. The individual upper limits for the respective contamination of these elements are preferably as follows:
Cr: < 0,050 Gew.-%, Cr: < 0.050 wt.%,
B: < 0,0005 Gew.-% B: < 0.0005 wt.%
Nb: < 0,005 Gew.-%, Nb: < 0.005 wt.%,
Ti: < 0,005 Gew.-% Ti: < 0.005 wt.%
Dabei sind diese bevorzugten Obergrenzen als alternativ oder gemeinsam zu betrachten. Bevorzugte Varianten des Stahls erfüllen also eine oder mehrere dieser vier Bedingungen. These preferred upper limits should be considered alternatively or together. Preferred variants of the steel therefore meet one or more of these four conditions.
Bei einer eine bevorzugten Ausführungsform beträgt der C-Gehalt des Stahls maximal 0,37 Gew.- % und/oder mindestens 0,06 Gew.-%. Bei besonders bevorzugten Ausführungsvarianten liegt der C-Gehalt im Bereich von 0,06-0,09 Gew.-% oder im Bereich von 0,11-0,25 Gew.-% oder im Bereich von 0,32-0,37 Gew.-%. In a preferred embodiment, the C content of the steel is a maximum of 0.37 wt.% and/or at least 0.06 wt.%. In particularly preferred embodiments, the C content is in the range of 0.06-0.09 wt.% or in the range of 0.11-0.25 wt.% or in the range of 0.32-0.37 wt.%.
Bei einer eine bevorzugten Ausführungsform beträgt der Si-Gehalt des Stahls maximal 1,00 Gew.- % und/oder mindestens 0,06 Gew.-%. In a preferred embodiment, the Si content of the steel is a maximum of 1.00 wt.% and/or at least 0.06 wt.%.
Der Mn-Gehalt des Stahls beträgt bei einer bevorzugten Variante maximal 2,4 Gew.-% und/oder mindestens 0,75 Gew.-%. Bei besonders bevorzugten Ausführungsvarianten liegt der Mn-Gehalt im Bereich von 0,75-0,85 Gew.-% oder im Bereich von 1,0-1, 6 Gew.-%.
Der Al-Gehalt des Stahls beträgt bei einer bevorzugten Variante maximal 0,75 Gew.-%, insbesondere maximal 0,5 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,25 Gew.-%. Alternativ oder ergänzend beträgt der Al-Gehalt bevorzugt mindestens 0,02%. In a preferred variant, the Mn content of the steel is a maximum of 2.4 wt.% and/or at least 0.75 wt.%. In particularly preferred embodiments, the Mn content is in the range of 0.75-0.85 wt.% or in the range of 1.0-1.6 wt.%. In a preferred variant, the Al content of the steel is a maximum of 0.75% by weight, in particular a maximum of 0.5% by weight, preferably a maximum of 0.25% by weight. Alternatively or additionally, the Al content is preferably at least 0.02%.
Zudem hat sich gezeigt, dass es hilfreich sein kann, wenn die Summe der Gehalte von Silizium und Aluminium begrenzt sind. Bein einer bevorzugten Variante beträgt daher die Summe der Gehalte von Si und AI (üblicherweise bezeichnet als Si+Al) maximal 1,5 Gew.-%, bevorzugt maximal 1,2 Gew.-%. Ergänzend oder alternativ beträgt die Summe der Gehalte von Si und AI mindestens 0,06 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,08 Gew.-%. It has also been shown that it can be helpful if the sum of the contents of silicon and aluminum is limited. In a preferred variant, the sum of the contents of Si and Al (usually referred to as Si+Al) is therefore a maximum of 1.5 wt.%, preferably a maximum of 1.2 wt.%. In addition or alternatively, the sum of the contents of Si and Al is at least 0.06 wt.%, preferably at least 0.08 wt.%.
Bei den Elementen P, S, N handelt es sich um typische Verunreinigungen die bei der Stahlerzeugung nicht vollständig vermieden werden können. Bei bevorzugten Varianten beträgt der P- Gehalt maximal 0,03 Gew.-%. Unabhängig davon beträgt der S-Gehalt bevorzugt maximal 0,012 %. Zusätzlich oder ergänzend beträgt der N-Gehalt bevorzugt maximal 0,009 Gew.-%. The elements P, S and N are typical impurities that cannot be completely avoided during steel production. In preferred variants, the P content is a maximum of 0.03% by weight. Irrespective of this, the S content is preferably a maximum of 0.012%. In addition or in addition, the N content is preferably a maximum of 0.009% by weight.
Optional enthält der Stahl zudem Chrom mit einem Gehalt von 0,08-1,0 Gew.-%. Bevorzugt beträgt der Cr-Gehalt maximal 0,75 Gew.-%, insbesondere maximal 0,5 Gew.-%. Optionally, the steel also contains chromium with a content of 0.08-1.0 wt.%. The Cr content is preferably a maximum of 0.75 wt.%, in particular a maximum of 0.5 wt.%.
Im Falle einer optionale Zulegierung von Chrom ist bevorzugt die Summe der Gehalte von Chrom und Mangan begrenzt. Die Summe beträgt maximal 3,3 Gew.-%, insbesondere maximal 3,15 Gew.-%. Weiterhin beträgt die Summe mindestens 0,5 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,75 Gew.- %. In the case of an optional alloying of chromium, the sum of the contents of chromium and manganese is preferably limited. The sum is a maximum of 3.3% by weight, in particular a maximum of 3.15% by weight. Furthermore, the sum is at least 0.5% by weight, preferably at least 0.75% by weight.
Bevorzugt enthält der Stahl optional zudem Bor mit einem Gehalt von 0,001-0,005 Gew.-%. Insbesondere beträgt der B-Gehalt maximal 0,004 Gew.-%. Preferably, the steel optionally also contains boron in a content of 0.001-0.005 wt.%. In particular, the B content is a maximum of 0.004 wt.%.
Optional kann der Stahl Molybdän mit einem Gehalt von maximal 0,5 Gew.-% enthalten, insbesondere maximal 0,1 Gew.-%. Optionally, the steel may contain molybdenum in a content of not more than 0.5% by weight, in particular not more than 0.1% by weight.
Weiterhin kann der Stahl optional Nickel enthalten mit einem Gehalt von maximal 0,5 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,15 Gew.-%. Furthermore, the steel can optionally contain nickel with a content of maximum 0.5 wt.%, preferably maximum 0.15 wt.%.
Optional kann der Stahl zudem Kupfer enthalten mit einem Gehalt von maximal 0,2 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,15 Gew.-%.
Zudem kann der Stahl optional eines oder mehrere der Mikrolegierungselemente Nb, Ti und V enthalten. Dabei beträgt der optionale Nb-Gehalt mindestens 0,01 Gew.-%, insbesondere mindestens 0,02 Gew.-% und maximal 0,08 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,04 Gew.-%. Der optionale Ti- Gehalt beträgt mindestens 0,01 Gew.-% und maximal 0,08 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,04 Gew.-%. Der optionale V-Gehalt beträgt maximal 0,2 Gew.-%, insbesondere maximal 0,1 Gew.- %, bevorzugt maximal 0,05 Gew.-%. Optionally, the steel may also contain copper with a maximum content of 0.2 wt.%, preferably a maximum of 0.15 wt.%. In addition, the steel can optionally contain one or more of the microalloying elements Nb, Ti and V. The optional Nb content is at least 0.01 wt.%, in particular at least 0.02 wt.% and a maximum of 0.08 wt.%, preferably a maximum of 0.04 wt.%. The optional Ti content is at least 0.01 wt.% and a maximum of 0.08 wt.%, preferably a maximum of 0.04 wt.%. The optional V content is a maximum of 0.2 wt.%, in particular a maximum of 0.1 wt.%, preferably a maximum of 0.05 wt.%.
Im Falle einer optionale Zulegierung von mehreren der Elemente Nb, Ti und V ist bevorzugt die Summe der Gehalte von Nb, Ti und V begrenzt. Die Summe beträgt maximal 0,1 Gew.-%, insbesondere maximal 0,068 Gew.-%. Weiterhin beträgt die Summe bevorzugt mindestens 0,015 Gew.- %. In the case of an optional alloying of several of the elements Nb, Ti and V, the sum of the contents of Nb, Ti and V is preferably limited. The sum is a maximum of 0.1 wt.%, in particular a maximum of 0.068 wt.%. Furthermore, the sum is preferably at least 0.015 wt.%.
Zum Nachweis der Wirkung der Erfindung wurden mehrere Versuche durchgeführt. Dafür wurden Brammen mit den in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen mit einer Dicke von 240 mm und Breite von 1200 mm erzeugt, in einem Stoßofen auf eine Temperatur TI von 1200°C aufgeheizt. Anschließend wurden die Brammen zwischen 30 und 450 min auf TI gehalten, bis die Temperatur TI im Kern der Brammen erreicht war und die Brammen somit durcherwärmt waren. Die Brammen wurden mit ihrer jeweiligen Durcherwärmungstemperatur TI aus dem Stoßofen ausgetragen und einem Warmwalzen unterzogen. Die Versuche wurden als kontinuierliche Warmbandwalzung ausgeführt. Dazu wurden die Brammen zunächst zu einem Zwischenprodukt der Dicke 40 mm vorgewalzt, wobei die Zwischenprodukte, welche bei der Warmbandwalzung auch als Vorbänder bezeichnet werden können, am Ende der Vorwalzphase jeweils eine Zwischenprodukttemperatur T2 von 1100°C aufwiesen. Die Vorbänder wurden unmittelbar nach der Vorwalzung dem Fertigwalzen zugeführt, sodass die Zwischenprodukttemperatur T2 der Walzanfangstemperatur für die Fertigwalzphase entspricht. Die Vorbänder wurden zu Warmbänder mit einer Enddicke von 4 mm und einer Endwalztemperatur T3 von 890°C ausgewalzt, auf die jeweilige Haspeltemperatur abgekühlt und bei einer Haspeltemperaturen T4 von 580°C zu Coils aufgewickelt und dann in ruhender Luft abgekühlt. Die Warmbänder wurden in konventioneller Weise mittels Beizen entzundert, bevor sie einem Kaltwalzen unterzogen wurden bis sich die in Tabelle 3 angegebene Dicke ergab. Die kaltgewalzten Stahlflachprodukte wurden in einem Durchlaufglühofen auf eine Glühtemperatur T5 von 870°C erwärmt und für jeweils 100s auf Glühtemperatur gehalten, bevor sie mit einer Abkühlrate von 1 K/s auf die Eintauchtemperatur T6 von 690°C abgekühlt wurden. Die Kaltbänder wurden mit ihrer jeweiligen Eintauchtemperatur T6 durch ein
schmelzflüssiges Beschichtungsbad der Temperatur T7 von 676°C geführt. Die Bandgeschwindigkeit betrug dabei in allen Fällen 76 m/min. Die Zusammensetzungen des Beschichtungsbads sind in Tabelle 2 angegebenen. Nach dem Beschichten wurden die beschichteten Bänder abgeblasen, um die Auflagengewichte einzustellen. Hierfür wurde ein Luftstrom verwendet. Die Temperatur des Luftstroms betrug in allen Fällen 70°C. Bei dem Prozess wurden die Bänder alle beidseitig beschichtet, wobei das einseitige Auflagengewicht in Tabelle 3 angegeben ist. Das Auflagengewicht ist bei diesem Verfahren auf beiden Seiten identisch. Die Bänder wurden zunächst mit einer mittleren Abkühlrate von 10-15 K/s auf 600°C abgekühlt. Im weiteren Abkühlverlauf zwischen 600°C und 450°C und zwischen 400°C und 300°C wurden die Bänder über die Abkühldauern TmT von 18s und TnT von 15s abgekühlt. Zwischen 450°C und 400°C und unterhalb von 220°C wurden die Bänder mit einer Abkühlrate von jeweils 5-15 K/s abgekühlt. To demonstrate the effect of the invention, several tests were carried out. For this purpose, slabs with the compositions given in Table 1 with a thickness of 240 mm and a width of 1200 mm were produced and heated in a pusher furnace to a temperature TI of 1200°C. The slabs were then held at TI for between 30 and 450 minutes until the temperature TI in the core of the slabs was reached and the slabs were thus heated through. The slabs were discharged from the pusher furnace at their respective through-heating temperature TI and subjected to hot rolling. The tests were carried out as continuous hot strip rolling. For this purpose, the slabs were first pre-rolled to an intermediate product with a thickness of 40 mm, with the intermediate products, which can also be referred to as pre-strips in hot strip rolling, each having an intermediate product temperature T2 of 1100°C at the end of the pre-rolling phase. The pre-strips were fed to the finish rolling immediately after the pre-rolling so that the intermediate product temperature T2 corresponds to the rolling start temperature for the finish rolling phase. The pre-strips were rolled out to hot strips with a final thickness of 4 mm and a final rolling temperature T3 of 890°C, cooled to the respective coiling temperature and wound into coils at a coiling temperature T4 of 580°C and then cooled in still air. The hot strips were descaled in a conventional manner by pickling before they were subjected to cold rolling until they reached the thickness specified in Table 3. The cold-rolled flat steel products were heated in a continuous annealing furnace to an annealing temperature T5 of 870°C and kept at annealing temperature for 100s each before they were cooled at a cooling rate of 1 K/s to the immersion temperature T6 of 690°C. The cold strips were immersed at their respective immersion temperature T6 through a molten coating bath with a temperature T7 of 676°C. The strip speed was 76 m/min in all cases. The compositions of the coating bath are given in Table 2. After coating, the coated strips were blown off to adjust the coating weights. An air stream was used for this. The temperature of the air stream was 70°C in all cases. During the process, all of the strips were coated on both sides, with the one-sided coating weight being given in Table 3. The coating weight is identical on both sides in this process. The strips were first cooled to 600°C at an average cooling rate of 10-15 K/s. During the further cooling process between 600°C and 450°C and between 400°C and 300°C, the strips were cooled over cooling times T mT of 18s and T nT of 15s. Between 450°C and 400°C and below 220°C, the strips were cooled at a cooling rate of 5-15 K/s each.
Von den so erzeugten Stahlbändern sind jeweils Zuschnitte abgeteilt worden, die für die weiteren Versuche verwendet worden sind. Bei diesen Versuchen sind aus den jeweiligen Zuschnitten Blechformteil-Proben in Form von 200 x 300 mm2 großen Platten warmpressgeformt worden. Die im Folgenden erläuterten Parameter sind in den Tabellen 3 und 4 für jeden der 26 Versuche angegeben. Für das Warmpressformen sind die Zuschnitte in einer Erwärmungseinrichtung, beispielsweise in einem konventionellen Erwärmungsofen, von Raumtemperatur mit einer mittleren Aufheizgeschwindigkeit rofen (zwischen 30°C und 700°C) in einem Ofen mit einer Ofentemperatur Tofen erwärmt worden. Die Glühdauer im Ofen, die ein Erwärmen und ein Halten umfasst, ist mit te bezeichnet. Der Taupunkt der Ofenatmosphäre betrug in allen Fälle 5°C. Anschließend sind die Zuschnitte aus der Erwärmungseinrichtung entnommen und in ein Umformwerkzeug, welches die Temperatur Twz besitzt, eingelegt worden. Beim Zeitpunkt des Entnehmens aus dem Ofen hatten die Zuschnitte die Ofentemperatur angenommen. Die sich aus der für das Entnehmen aus der Erwärmungseinrichtung, den Transport zum Werkzeug und das Einlegen ins Werkzeug zusammensetzende Transferdauer tTrans betrug 5s. Die Temperatur TEinig der Zuschnitte beim Einlegen in das Umformwerkzeug lag in allen Fällen oberhalb der jeweiligen Martensitstarttemperatur+100°C. Im Umformwerkzeug sind die Zuschnitte zum jeweiligen Blechformteil umgeformt worden, wobei die Blechformteile im Werkzeug mit einer Abkühlgeschwindigkeit rwz auf eine Zielttemperatur T^i abgekühlt wurden. Die Verweildauer im Werkzeug wird mit twz bezeichnet. Abschließend sind die Proben an Luft auf Raumtemperatur abgekühlt worden. Blanks were cut from the steel strips produced in this way and used for further tests. In these tests, sheet metal part samples in the form of 200 x 300 mm 2 plates were hot-pressed from the respective blanks. The parameters explained below are given in Tables 3 and 4 for each of the 26 tests. For hot-press forming, the blanks were heated in a heating device, for example in a conventional heating furnace, from room temperature with an average heating rate rof en (between 30°C and 700°C) in an oven with an oven temperature Tofen. The annealing time in the oven, which includes heating and holding, is designated te. The dew point of the oven atmosphere was 5°C in all cases. The blanks were then removed from the heating device and placed in a forming tool which has the temperature Twz. At the time of removal from the oven, the blanks had reached the oven temperature. The transfer time t Tr ans, which consists of the removal from the heating device, the transport to the tool and the insertion into the tool, was 5s. The temperature T Einig of the blanks when inserted into the forming tool was in all cases above the respective martensite start temperature +100°C. The blanks were formed into the respective sheet metal part in the forming tool, with the sheet metal parts being cooled in the tool at a cooling rate rwz to a target temperature T^i. The residence time in the tool is designated as twz. Finally, the samples were cooled in air to room temperature.
In Tabelle 5 sind die Ergebnisse in Form der Eigenschaften der erhaltenen Blechformteile zusammengestellt. Die Dicke dA des Korrosionsschutzüberzuges und die Dicke d|_ der Legierungsschicht
wurden hierzu im metallographischen Schliffbild bestimmt. Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines solchen Schliffbildes eines Blechformteils 9. Gezeigt ist ein Stahlsubstrat 1. Auf dem Stahlsubstrat 1 ist ein Korrosionsschutzüberzug 3 angeordnet. Der Korrosionsschutzüberzug 3 weist eine Dicke dA auf. Der Korrosionsschutzüberzug 3 umfasst eine Legierungsschicht 5 und eine optionale Al-Basisschicht 7. Die Legierungsschicht 5 weist eine Dicke d|_ auf. Die Legierungsschicht 5 liegt auf dem Stahlsubstrat 1 auf und grenzt unmittelbar an dieses an. Die Al-Basisschicht 7 liegt auf der Legierungsschicht 5 und grenzt unmittelbar an diese an. The results are summarized in Table 5 in the form of the properties of the sheet metal parts obtained. The thickness dA of the anti-corrosive coating and the thickness d|_ of the alloy layer were determined for this purpose in the metallographic micrograph. Figure 1 shows a schematic representation of such a micrograph of a sheet metal part 9. A steel substrate 1 is shown. A corrosion protection coating 3 is arranged on the steel substrate 1. The corrosion protection coating 3 has a thickness dA. The corrosion protection coating 3 comprises an alloy layer 5 and an optional Al base layer 7. The alloy layer 5 has a thickness d|_. The alloy layer 5 lies on the steel substrate 1 and is directly adjacent to it. The Al base layer 7 lies on the alloy layer 5 and is directly adjacent to it.
Weiterhin angegeben in Tabelle 5 ist der Glühparameter mit
Also given in Table 5 is the annealing parameter with
Zudem sind der Martensitgehalt, der Mittelwert des Biegewinkels und die Standardabweichung des Biegewinkels in Tabelle 5 angegeben. Dabei wurde der Martensitgehalt an einem Querschliff bestimmt. Der Biegewinkel wurde an 6 Proben längs zur Walzrichtung gemäß der VDA-Norm 238- 100 für das Kraftmaximum ermittelt. Aus diesem 6 Biegeversuchen des gleichen Blechformteils wurde der Mittelwert und die Standardabweichung des Biegewinkels ermittelt. Deutlich ist zu erkennen, dass bei den erfindungsgemäßen Glühparametern die Standardabweichung des Biegewinkels geringer ist. Beim Einhalten der Bedingung für ist also sichergestellt, dass es keine allzu große Variation des Biegewinkels über das erzeugte Blechformteil oder zwischen nacheinander hergestellten Blechformteilen gibt.
In addition, the martensite content, the mean value of the bending angle and the standard deviation of the bending angle are given in Table 5. The martensite content was determined on a cross-section. The bending angle was determined on 6 samples along the rolling direction in accordance with VDA standard 238-100 for the maximum force. The mean value and the standard deviation of the bending angle were determined from these 6 bending tests of the same sheet metal part. It can be clearly seen that the standard deviation of the bending angle is lower with the annealing parameters according to the invention. By complying with the condition for it is ensured that there is not too great a variation in the bending angle across the sheet metal part produced or between sheet metal parts produced one after the other.
ThyssenKrupp Steel Europe AG 227082P10WO ThyssenKrupp Steel Europe AG 227082P10WO
16. November 2023 16 November 2023
22/26 22/26
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen. Angaben jeweils in Gew.-%; Remainder iron and unavoidable impurities. Values in % by weight;
ThyssenKrupp Steel Europe AG 227082P10WO ThyssenKrupp Steel Europe AG 227082P10WO
16. November 2023 16 November 2023
23/26 23/26
ThyssenKrupp Steel Europe AG 227082P10WO ThyssenKrupp Steel Europe AG 227082P10WO
16. November 2023 16 November 2023
ThyssenKrupp Steel Europe AG 227082P10WO ThyssenKrupp Steel Europe AG 227082P10WO
16. November 2023 16 November 2023
ThyssenKrupp Steel Europe AG 227082P10WO ThyssenKrupp Steel Europe AG 227082P10WO
16. November 2023 16 November 2023
Claims
1. Verfahren zum Herstellen eines Blechformteils (9) umfassend folgende Arbeitsschritte: a. Bereitstellen eines Blechzuschnitts aus einem Stahlflachprodukt mit einer Dicke d von mindestens 0,7 mm und maximal 4,0 mm umfassend ein Stahlsubstrat (1), das aus einem Stahl, der 0,1-3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist, besteht, und wobei der Blechzuschnitt auf mindestens einer Seite einen Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis mit einem einseitigen Auflagen- gewicht von 10-40
aufweist, wobei der Korrosionsschutzüberzug eine Al-Basisschicht aufweist, die aus 1,0-15 Gew.-% Si, optional 2-4 Gew.-% Fe, optional 0,1- 5,0 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium besteht; b. Erwärmen des Blechzuschnitts in einem Ofen mit einer Ofentemperatur Tofen> während einer Glühzeit tc derart, dass zumindest teilweise die AC3 Temperatur des Zuschnitts überschritten ist und die Temperatur T^ig des Zuschnitts beim Einlegen in ein für ein Warmpressformen vorgesehenes Umformwerkzeug (Arbeitsschritt c)) zumindest teilweise eine Temperatur oberhalb von Ms+100°C aufweist, wobei Ms die der Martensitstarttemperatur bezeichnet; c. Einlegen des erwärmten Blechzuschnitts in ein Umformwerkzeug, wobei die für das Entnehmen aus der Erwärmungseinrichtung und das Einlegen des Zuschnitts benötigte Transferdauer tTrans höchstens 20s, bevorzugt höchstens 15s, beträgt; d. Warmpressformen des Blechzuschnitts zu dem Blechformteil, wobei der Zuschnitt im Zuge des Warmpressformens über eine Dauer twz von mehr als ls mit einer zumindest teilweise mehr als 30 K/s betragenden Abkühlgeschwindigkeit rwz auf die Zieltemperatur Tziei abgekühlt und optional dort gehalten wird; e. Entnehmen des auf die Zieltemperatur TZjei abgekühlten Blechformteils (9) aus dem Werkzeug; dadurch gekennzeichnet, dass das Blechformteil (9) einen Korrosionsschutzüberzug (3) mit einer Dicke dA aufweist, der eine Legierungsschicht (5) mit einer Dicke d|_ umfasst, wobei für einen Glühparameter i mit
berechnet aus der normierten Glühzeit tnorm nach
gilt: * > 0,10 min-1. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ofentemperatur mindestens 880°C, insbesondere mindestens 900°C und/oder maximal 960°C, insbesondere maximal 940°C beträgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die normierte Glühzeit mindestens 140 Sekunden, insbesondere 2,5 Minuten und/oder maximal 8 Minuten, insbesondere maximal 6 Minuten, bevorzugt maximal 5 Minuten beträgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von der Dicke d|_ der Legierungsschicht (5) des Blechformteils (9) zur Dicke dA des
Korrosionsschutzüberzuges (3) des Blechformteils
mindestens 30% beträgt und/oder maximal 70% beträgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zumindest teilweise im Blechzuschnitt erreichte Temperatur in Schritt b) zwischen Ac3 und 1000°C, bevorzugt zwischen 850°C und 950°C liegt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Zieltemperatur TZjei des Blechformteils zumindest teilweise unterhalb 400°C, bevorzugt unterhalb 300°C liegt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrosionsschutzüberzug des in Schritt a) bereitgestellten Blechzuschnitts eine Legierungsschicht zwischen der Al-Basisschicht und dem Stahlsubstrat aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungsschicht des Blechzuschnitts aus 35-60 Gew.-% Fe, optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 5,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium besteht. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Korrosionsschutzüberzug (3) des Blechformteils (9) eine Al-Basisschicht (7) umfasst, wobei die Legierungsschicht (5) des Korrosionsschutzüberzuges (3) des Blechformteils (9) zwischen der Al-Basisschicht (7) und dem Stahlsubstrat (1) angeordnet ist. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Al-Basisschicht des Blechformteils aus 35-55 Gew.-% Fe, 0,4-10 Gew.-% Si, optional bis zu 0,5 Gew.-% Mg und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium besteht. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungsschicht (5) des Blechformteils (9) aus 35-90 Gew.-% Fe, 0,1-10 Gew.-% Si, optional bis zu 0,5 Gew.-% Mg und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium besteht. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) aus 1. Method for producing a sheet metal part (9) comprising the following steps: a. Providing a sheet metal blank from a flat steel product with a thickness d of at least 0.7 mm and a maximum of 4.0 mm comprising a steel substrate (1) which consists of a steel which has 0.1-3 wt.% Mn and optionally up to 0.01 wt.% B, and wherein the sheet metal blank has an aluminum-based anti-corrosion coating with a one-sided coating weight of 10-40 wherein the corrosion protection coating has an Al base layer which consists of 1.0-15 wt.% Si, optionally 2-4 wt.% Fe, optionally 0.1-5.0 wt.% alkali or alkaline earth metals, and optionally further components, the total contents of which are limited to a maximum of 2.0 wt.%, and the remainder being aluminum; b. heating the sheet metal blank in a furnace with a furnace temperature Tof en > for an annealing time tc such that the AC3 temperature of the blank is at least partially exceeded and the temperature T^ig of the blank when placed in a forming tool intended for hot press forming (work step c)) at least partially has a temperature above Ms+100°C, where Ms denotes the martensite start temperature; c. Inserting the heated sheet metal blank into a forming tool, the transfer time t Tran s required for removing it from the heating device and inserting the blank being at most 20s, preferably at most 15s; d. Hot press forming the sheet metal blank to form the sheet metal part, the blank being cooled to the target temperature Tziei during the hot press forming over a period twz of more than ls with a cooling rate rwz that is at least partially more than 30 K/s and optionally being held there; e. Removing the sheet metal part (9) cooled to the target temperature T Zjei from the tool; characterized in that the sheet metal part (9) has an anti-corrosive coating (3) with a thickness dA, which comprises an alloy layer (5) with a thickness d|_, wherein for an annealing parameter i with calculated from the standardized glow time t norm according to applies: * > 0.10 min -1 . Method according to claim 1, characterized in that the furnace temperature is at least 880°C, in particular at least 900°C and/or a maximum of 960°C, in particular a maximum of 940°C. Method according to one of claims 1 to 2, characterized in that the standardized annealing time is at least 140 seconds, in particular 2.5 minutes and/or a maximum of 8 minutes, in particular a maximum of 6 minutes, preferably a maximum of 5 minutes. Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the ratio of the thickness d|_ of the alloy layer (5) of the sheet metal part (9) to the thickness dA of the Anti-corrosive coating (3) of the sheet metal part is at least 30% and/or a maximum of 70%. Method according to one of claims 1 to 4, wherein the temperature at least partially reached in the sheet metal blank in step b) is between Ac3 and 1000°C, preferably between 850°C and 950°C. Method according to one of claims 1 to 5, wherein the target temperature T Zjei of the sheet metal part is at least partially below 400°C, preferably below 300°C. Method according to one of claims 1 to 6, characterized in that the corrosion protection coating of the sheet metal blank provided in step a) has an alloy layer between the Al base layer and the steel substrate. Method according to claim 7, characterized in that the alloy layer of the sheet metal blank consists of 35-60 wt.% Fe, optional further components, the contents of which are limited in total to a maximum of 5.0 wt.%, and the remainder aluminum. Method according to one of claims 1 to 8, characterized in that the anti-corrosive coating (3) of the sheet metal part (9) comprises an Al base layer (7), wherein the alloy layer (5) of the anti-corrosive coating (3) of the sheet metal part (9) is arranged between the Al base layer (7) and the steel substrate (1). Method according to claim 9, characterized in that the Al base layer of the sheet metal part consists of 35-55 wt.% Fe, 0.4-10 wt.% Si, optionally up to 0.5 wt.% Mg and optional further components, the contents of which are limited in total to a maximum of 2.0 wt.%, and the remainder aluminum. Method according to one of claims 1 to 10, characterized in that the alloy layer (5) of the sheet metal part (9) consists of 35-90 wt.% Fe, 0.1-10 wt.% Si, optionally up to 0.5 wt.% Mg and optional further components, the total contents of which are limited to a maximum of 2.0 wt.%, and the remainder aluminum. Method according to one of claims 1 to 11, characterized in that the steel, in addition to iron and unavoidable impurities (in wt.%), consists of
C: 0,04 - 0,45 Gew.-%, C: 0.04 - 0.45 wt.%,
Si: 0,02 - 1,2 Gew.-%, Si: 0.02 - 1.2 wt.%,
Mn: 0,5 - 2,6 Gew.-%, Mn: 0.5 - 2.6 wt.%,
AI: 0,02 - 1,0 Gew.-%, Al: 0.02 - 1.0 wt.%,
P: < 0,05 Gew.-%, P: < 0.05 wt.%,
S: < 0,02 Gew.-%, S: < 0.02 wt.%,
N: < 0,02 Gew.-%, N: < 0.02 wt.%,
Sn: < 0,03 Gew.-% Sn: < 0.03 wt.%
As: < 0,01 Gew.-% As: < 0.01 wt.%
Ca: < 0,005 Gew.-% sowie optional einem oder mehreren der Elemente „Cr, B, Mo, Ni, Cu, Nb, Ti, V“ in folgenden Gehalten
Cr: 0,08 - 1,0 Gew.-%,Ca: < 0.005 wt.% and optionally one or more of the elements “Cr, B, Mo, Ni, Cu, Nb, Ti, V” in the following contents Cr: 0.08 - 1.0 wt.%,
B: 0,001 - 0,005Gew.-%B: 0.001 - 0.005 wt.%
Mo: <0,5 Gew.-% Mo: <0.5 wt.%
Ni: <0,5 Gew.-% Ni: <0.5 wt%
Cu: <0,2 Gew.-% Cu: <0.2 wt.%
Nb: 0,01 - 0,08 Gew.-%,Nb: 0.01 - 0.08 wt.%,
Ti: 0,01 - 0,08 Gew.-%Ti: 0.01 - 0.08 wt.%
V: <0,2 Gew.-% besteht.
V: <0.2 wt.%.
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