Bauteil umfassend ein Stahlsubstrat, eine Zwischenschicht und eine Korrosionsschutzbeschichtung, entsprechendes gehärtetes Bauteil sowie entsprechende Verfahren und Verwendungen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil umfassend ein Stahlsubstrat, eine das Stahlsub strat bedeckende metallische Zwischenschicht und eine die Zwischenschicht bedeckende Kor rosionsschutzbeschichtung. Weitere Details des erfindungsgemäßen Bauteils ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung. Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein entsprechendes gehärtetes Bauteil, ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen eines gehärteten Bauteils sowie erfindungsgemäße Verwendungen. Jeweils ergeben sich Einzelheiten aus den beigefügten Patentansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Ein erfindungsgemäßes Bauteil liegt häufig in Form eines Stahlbleches und dabei vorzugswei se in Form eines PHS-Stahlbleches (presshärtendes Stahlblech) vor.

Ein erfindungsgemäßes gehärtetes Bauteil ist vorzugsweise ein Stahlformteil, welches aus ei nem entsprechenden presshärtenden Stahlblech hergestellt ist.

Zur Bezeichnung„presshärtendes Stahlblech“ (bzw.„PHS-Stahlblech“) sei auf das Dokument DE 10 2012 024 616 Al verwiesen. Wie dort ausgeführt, lassen sich aus presshärtenden Stahl blechen gehärtete Bauteile mit extrem hoher Festigkeit fertigen, indem das Stahlblech über die Austenitisierungstemperatur erhitzt und durch Abkühlung während des Pressens ein im We sentlichen rein martensitisches Gefüge erhalten wird.

Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf den Einsatz von presshärtendem Stahlblech (als Bauteil) bzw. auf daraus hergestellte Stahlformteile (als gehärtetes Bauteil) beschränkt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist das Stahlsubstrat des Bauteils und des entsprechen den gehärteten Bauteils vorzugsweise ein Mangan-Bor-Stahl. Bei der Warmumformung solcher Mangan-Bor-Stähle kommen üblicherweise Korrosionsschutzbeschichtungen zum Einsatz, bei spielsweise Al-Si-Beschichtungen, um ein Verzundern der Oberfläche zu verhindern. Solche Al- Si-Beschichtungen schützen durch ihre Barrierewirkung jedoch nur passiv vor Korrosion. Der Einsatz von aktiv schützenden Zn-Überzügen ist aufgrund des vergleichsweise niedrigen Schmelzpunkts des reinen Zinks von 419 °C nur eingeschränkt möglich. Es wird nämlich beob achtet, dass bei Umformung flüssiges Zink in den Grundwerkstoff (das Stahlsubstrat) eindringt und dort zu einer Rissbildung führt (sogenannte Flüssigmetallversprödung). Vereinzelt wird die ses Problem bereits umgangen, indem der Zn-Überzug durch eine höherschmelzende Legie rung substituiert wird, sodass dies bei der Warmumformung nur zu einem ausreichend gerin gen Anteil in flüssiger Form vorliegt. Insoweit sei erneut auf das Dokument DE 10 2012 024 616 Al verwiesen. Dort wird ein Stahlblech offenbart, insbesondere ein presshärtendes Stahl blech, mit einer Stahl-Substratschicht und einer Zink und Mangan enthaltenden Korrosions schutzschicht. Die Korrosionsschutzschicht ist dabei galvanisch auf die Substratschicht aufge tragen und weist einen Mangananteil von wenigstens 5 Gew.-%, aber maximal 25 Gew.-% auf. Gemäß der Offenbarung sollte ein Mangananteil von 25 Gew.-% nicht überschritten werden.

Generell gilt jedoch, dass die opfernde Wirkung einer Korrosionsschutzbeschichtung bei einer Zn-Legierung in der Regel geringer ist als bei reinem Zink. Bei der Glühung des beschichteten Stahlsubstrats, wie sie bei der Warmumformung typischerweise bei etwa 900 °C erfolgt, kommt es zudem typischerweise zu einer starken Eindiffusion von Eisen in die Beschichtungszusam mensetzung (bereits an dieser Stelle sei auf die eigenen Untersuchungen gemäß Fig. 3 verwie sen). Durch diese Eindiffusion wird die kathodische Schutzwirkung der Beschichtung typischer weise weiter herabgesetzt.

Eine solche Eisendiffusion ist generell unerwünscht.

WO 2014/124749 offenbart ein beschichtetes Stahlsubstrat, auf dem eine metallische Flash- Schicht angeordnet ist, wobei diese metallische Flash-Schicht eine erste Flash-Schicht umfasst, die dem Stahlsubstrat benachbart ist und ein oder mehr Elemente ausgewählt aus AI, Ag, Au, Cr, Cu, Mo, Ni, Sn und Zr enthält, und eine zweite Flash-Schicht, die Fe als Hauptbestandteil enthält.

DE 10 2014 004 656 Al offenbart ein Bauteil mit einem aus einem warmumformbaren Stahl gebildeten Grundkörper, welcher zumindest in einem Teilbereich mit einer Beschichtung verse hen ist, die eine erste Schicht und wenigstens eine zumindest Zink aufweisende und in Überde ckung mit der ersten Schicht angeordnete zweite Schicht aufweist. Die erste Schicht ist dabei zwischen dem Grundkörper und der zweiten Schicht angeordnet und als Flüssigmetallversprö- dungs- und Diffusionssperrschicht ausgebildet. Die erste Schicht weist dabei vorzugsweise ei ne Oxid-, Nitrid-, Sulfid-, Carbid-, Hydrat-, Silikat-, Chromat-, Molybdat-, Wolfram-, Vanadat-, Titanat-, Borat-, Carbonat-, Chlorid- oder Phosphat-Verbindung eines unedlen Metalls auf. EP 2 049 699 Bl betrifft ein Verfahren zum Beschichten von Stahlbändern und ein beschichte tes Stahlband. Das Stahlband besitzt einen Mangan-Anteil im Bereich von 6 - 30 %. Auf das Stahlband wird vor dem letzten Glühen eine Aluminiumschicht aufgetragen, auf die nach dem letzten Glühen ein Überzug aus einem schmelzflüssigen Metall aufgebracht wird. Die Alumini umschicht wird vorzugsweise durch PVD-Beschichten aufgetragen. Die Schichtdicke der Zwi schenschicht ist vorzugsweise auf 50 nm bis 1000 nm beschränkt. EP 2 049 699 Bl offenbart, dass es bei einer der anschließenden Schmelzbeschichtungen vorgeschalteten notwendigen Glühbehandlung zu einer Diffusion des Eisens des Stahlbands in das aufgetragene Aluminium kommt, sodass im Zuge der Glühung auf dem Stahlband eine metallische, im Wesentlichen aus AI und Fe bestehende Auflage entsteht, die stoffschlüssig mit dem durch das Stahlband gebil deten Untergrund verbunden ist.

EP 2 435 603 Bl offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines Stahlflachprodukts, das aus ei ner aus einem Stahlwerkstoff bestehenden Grundschicht und einem darauf aufgetragenen, vor Korrosion schützenden mehrschichtigen Überzug gebildet ist. Auf einer Grundschicht wird auf spezifische Weise eine Zinkschicht aufgebracht, auf der Oberfläche der Zinkschicht wird eine spezifische Aluminiumschicht aufgebracht, auf der Aluminiumschicht wird eine Magnesium schicht aufgebracht, und es erfolgt dann eine Wärmenachbehandlung, bei der sich in Richtung der Oberfläche des Überzugs oberhalb der Al-Schicht eine MgZn ₂ -Schicht in dem Überzug bil det.

EP 2 848 709 Al offenbart ein Verfahren zum Herstellen eines mit einem metallischen, vor Kor rosion schützenden Überzug versehenen Stahlbauteils und ein Stahlbauteil.

WO 2016/071399 Al offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer Korrosionsschutzbeschich tung für härtbare Stahlbleche und eine Korrosionsschutzschicht für härtbare Stahlbleche.

WO 2015/090621 Al offenbart ein Stahlsubstrat, welches mit einer Zink-basierten Korrosions schutzbeschichtung versehen ist. Zwischen dem Substrat und der Zink-basierten Beschich tungsschicht kann eine Diffusionsbarriereschicht angeordnet sein, wobei es sich vorzugsweise um eine Wolframschicht oder eine Wolfram-Legierungsschicht handeln kann. Es wird offenbart, dass eine vergleichsweise dünne Barriereschicht ausreicht, mit einer Dicke im Bereich von 2 - Aus dem Stand der Technik sind somit bereits Korrosionsschutzbeschichtungen und teilweise auch Zwischenschichten bzw. Diffusionsbarriereschichten für Stahlbleche (Bauteile) und war- mumgeformte Stahlbleche (gehärtete Bauteile) bekannt. Die bereits bekannten Korrosions schutzbeschichtungen, Zwischenschichten, Bauteile bzw. gehärteten Bauteile sowie die Verfah ren zu ihrer jeweiligen Herstellung erscheinen jedoch noch nicht optimal.

Insbesondere besteht ein erheblicher Bedarf an Bauteilen, die ein Stahlsubstrat und eine Kor rosionsschutzbeschichtung besitzen, wobei eine Eisendiffusion aus dem Stahlsubstrat in die Korrosionsschutzbeschichtung zumindest weitgehend unterbunden ist.

Zudem besteht ein erheblicher Bedarf an Bauteilen, bei denen die Diffusion von Elementen der Korrosionsschutzbeschichtung in das Stahlsubstrat hinein besonders niedrig ist.

Insbesondere besteht ein Bedarf an verzinkten Bauteilen, die effektiv gegen eine schädliche Zn- Infiltration bei Warmumformung, die sogenannte Flüssigmetallversprödung, geschützt sind, welche in der Regel ursächlich für eine ausgeprägte Rissbildung im Grundwerkstoff ist.

Zudem besteht ein Bedarf an entsprechenden Bauteilen, bei denen - anders als beispielswei se gemäß WO 2015/090621 Al - keine Schichten aus besonders sprödem Material (wie z. B. Wolfram) auf dem Stahlsubstrat angeordnet werden. Spröde Schichten neigen nämlich dazu, bei einer späteren Warmumformung zu reißen; die resultierenden gehärteten Stahlbleche (ge härtete Bauteile) besitzen dann inakzeptable Risse.

Die vorliegende Erfindung betrifft mit ihren diversen Aspekten, die miteinander über eine ge meinsame technische Lehre verknüpft sind, einzelne oder sämtliche der vorstehend genannten Aufgabenstellungen bzw. Bedürfnisse.

Gemäß einem primären Aspekt der vorliegenden Erfindung, welcher ein Bauteil (vorzugsweise ein beschichtetes Stahlblech) betrifft, werden zahlreiche der vorstehend angegebenen Aufga- ben-Problemstellungen gelöst durch ein Bauteil umfassend ein Stahlsubstrat, dessen Gefüge in ein martensitisches Gefüge umwandelbar ist, eine das Stahlsubstrat bedeckende metallische Zwischenschicht, deren Hauptbestandteil Titan ist und eine die Zwischenschicht bedeckende Korrosionsschutzbeschichtung, wobei die Korrosionsschutzbeschichtung eine oder mehr Schichten umfasst und die eine bzw. zumindest die an der metallischen Zwischenschicht anliegende Schicht der Korrosionsschutz beschichtung metallisch ist und sich stofflich von der Zwischenschicht unterscheidet.

Das erfindungsgemäße Bauteil ist regelmäßig dazu geeignet und vorgesehen, zu einem erfin dungsgemäßen gehärteten Bauteil weiterverarbeitet zu werden, wie es weiter unten und in den beigefügten Patentansprüchen näher definiert ist.

Unter einer„das Stahlsubstrat bedeckenden metallischen Zwischenschicht“ ist im vorliegenden Text eine Zwischenschicht zu verstehen, die im direkten Kontakt zum Stahlsubstrat steht. Mit anderen Worten sind irgendwelche zwischen der metallischen Zwischenschicht und dem Stahl substrat angeordneten weiteren zwischenliegenden Schichten nicht vorgesehen.

In der das Stahlsubstrat bedeckenden metallischen Zwischenschicht ist erfindungsgemäß der Hauptbestandteil Titan. Dies bedeutet, dass der Massenanteil an Titan in der metallischen Zwi schenschicht höher ist als der Massenanteil irgendeines anderen Metalls in der Zwischen schicht. Die Erfindung (in ihren sämtlichen Aspekten) basiert auf der überraschenden Erkennt nis, dass eine metallische Zwischenschicht, welche das Stahlsubstrat bedeckt (kontaktiert) und deren Hauptbestandteil Titan ist, eine hervorragende Diffusionsbarriere ist, welche sowohl den Durchtritt von Eisen in die Korrosionsschutzbeschichtung als auch den Durchtritt von Elemen ten üblicher Korrosionsschutzbeschichtungen für die Zwecke von in der stahlverarbeitenden In dustrie üblichen Verfahrensschritten hervorragend verzögert. Die erfindungsgemäß vorgesehe ne metallische Zwischenschicht, deren Hauptbestandteil Titan ist, trägt im Übrigen nicht zu ei ner erhöhten Sprödigkeit des Bauteils bei, wie es beispielsweise Diffusionsbarrieren aus sprö den Metallen wie Wolfram tun. Erfindungsgemäße Bauteile sind somit vor den inakzeptablen Ergebnissen einer übermäßigen Diffusion von Eisen in Richtung der Korrosionsschutzbeschich tung und von Elementen der Korrosionsschutzbeschichtung in Richtung des Stahlsubstrats so wie vor einer inakzeptablen Versprödung weitgehend geschützt. Ebenfalls besteht beispielswei se effektiver Schutz gegen eine schädliche Zn-Infiltration, die sogenannte Flüssigmetallversprö dung, die für eine ausgeprägte Rissbildung im Grundwerkstoff (Stahlsubstrat) häufig verant wortlich ist, wenn in der Korrosionsschutzbeschichtung Zink enthalten ist. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Bauteil, wobei der Hauptbestandteil der Metallatome der Korrosionsschutzbeschichtung bzw. der Hauptbestandteil der Metallatome der an der metalli schen Zwischenschicht anliegenden metallischen Schicht der Korrosionsschutzbeschichtung ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zink und Mangan und/oder metallisches Zink und/oder metallisches Mangan in der einen bzw. zumindest der an der me tallischen Zwischenschicht anliegenden metallischen Schicht der Korrosionsschutzbeschich tung enthalten sind.

Die Elemente Zink und Mangan sind übliche metallische Elemente, die in Korrosionsschutzbe schichtungen für Stahlbleche vielfach Verwendung finden. Ihr Einsatz ist auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt. Abhängig von den Erfordernissen des Einzelfalls ist der Ein satz von Zink oder der Einsatz von Mangan in manchen Fällen bevorzugt. In eigenen Untersu chungen haben sich erfindungsgemäße Bauteile unabhängig davon bewährt, ob der Hauptbe standteil der Metallatome der Korrosionsschutzbeschichtung Zink oder Mangan war. Lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit fokussiert der nachfolgende Text auf den Einsatz von Zink; die Ausführungen betreffend Zink gelten aber entsprechend auch für den Einsatz von Mangan.

In einem erfindungsgemäßen Bauteil (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorste hend oder nachfolgend als bevorzugt bezeichnet) kann die Korrosionsschutzbeschichtung trotz des Vorhandenseins einer das Stahlsubstrat (weitgehend) bedeckenden metallischen Zwi schenschicht an manchen Stellen durchaus in direktem Kontakt mit dem Stahlsubstrat stehen. Bevorzugt ist jedoch ein erfindungsgemäßes Bauteil, wobei zumindest 90 % der dem Stahlsub strat zugewandten Fläche der Korrosionsschutzbeschichtung durch die metallische Zwischen schicht vom Stahlsubstrat getrennt ist, vorzugsweise zumindest 95 %, bevorzugt die gesamte dem Stahlsubstrat zugewandte Fläche der Korrosionsschutzbeschichtung.

Es versteht sich, dass die unmittelbaren Vorteile der erfindungsgemäßen Anwesenheit der das Stahlsubstrat bedeckenden metallischen, Titan als Hauptbestandteil enthaltenden, Zwischen schicht dort zum Tragen kommen, wo die Korrosionsschutzbeschichtung nicht in unmittelba rem Kontakt mit dem Stahlsubstrat steht. Aus diesem Grunde wird der Fachmann in der Regel dafür Sorge tragen, dass ein hoher Anteil der dem Stahlsubstrat zugewandten Fläche der Kor rosionsschutzbeschichtung mittels der Zwischenschicht vom Stahlsubstrat getrennt ist. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Bauteil (wie vorstehend beschrieben, vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet) wobei das Stahlsubstrat ein Mangan-Bor-Stahl und/oder ein Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge ist, bevorzugt ein Mangan-Bor-Stahl mit ferritisch- perlitischem Gefüge ist, besonders bevorzugt ein Mangan-Bor-Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge ist, welches durch thermische Härtungsbehandlung in ein martensitisches Gefüge um wandelbar ist, ganz besonders bevorzugt ein Mangan-Bor-Stahl mit ferritisch-perlitischem Ge füge und einem Anteil an Mangan von weniger als 5 Gew.-%, bevorzugt 0,7 bis 2 Gew.-% ist, welches durch thermische Härtungsbehandlung in ein martensitisches Gefüge umwandelbar ist.

Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn als Stahl substrat eines erfindungsgemäßen Bauteils ein Mangan-Bor-Stahl (mit vorzugsweise ferritisch- perlitischem Gefüge) eingesetzt wird, dessen Zusammensetzung wie folgt definiert ist:

0,07 - 0,4 Gew.-% C, 1,0 - 2,5 Gew.-% Mn, 0,06 - 0,9 Gew.-% Si, bis zu 0,03 Gew.-% P, bis zu 0,01 Gew.-% S, bis zu 0,1 Gew.-% AI, bis zu 0,15 Gew.-% Ti, bis zu 0,6 Gew.-% Nb, bis zu 0,005 Gew.-% B, bis zu 0,5 Gew.-% Cr, bis zu 0,5 Gew.-% Mo, wobei die Summe der Gehalte an Cr und Mo höchstens 0,5 Gew.-% beträgt, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigun gen.

Besonders bevorzugt sind Stahlsubstrate (mit vorzugsweise ferritisch-perlitischem Gefüge), de ren Zusammensetzung wie folgt definiert ist:

0,07 - 0,4 Gew.-% C, 1,0 - 2 Gew.-% Mn, 0,06 - 0,4 Gew.-% Si, bis zu 0,03 Gew.-% P, bis zu 0,01 Gew.-% S, bis zu 0,1 Gew.-% AI, bis zu 0,15 Gew.-% Ti, bis zu 0,6 Gew.-% Nb, bis zu 0,005 Gew.-% B, bis zu 0,5 Gew.-% Cr, bis zu 0,5 Gew.-% Mo, wobei die Summe der Gehalte an Cr und Mo höchstens 0,5 Gew.-% beträgt, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigun gen.

Und ganz besonders bevorzugt sind Stahlsubstrate (mit vorzugsweise ferritisch-perlitischem Gefüge), die wie folgt definiert sind:

0,07 - 0,4 Gew.-% C, 1 ,0 - 1 ,5 Gew.-% Mn, 0,3 - 0,4 Gew.-% Si, bis zu 0,03 Gew.-% P, bis zu 0,01 Gew.-% S, bis zu 0,05 Gew.-% AI, bis zu 0,15 Gew.-% Ti, bis zu 0,6 Gew.-% Nb, bis zu 0,005 Gew.-% B, bis zu 0,5 Gew.-% Cr, bis zu 0,5 Gew.-% Mo, wobei die Summe der Gehalte an Cr und Mo höchstens 0,5 Gew.-% beträgt, Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigun gen.

Der für das Stahlsubstrat verwendete Stahlwerkstoff kann dabei sowohl in Reinform wie auch in Kombination in Form von Schichten (3 - 5 Schichten, Bleche übereinander, die vorab durch einen Walzprozess zu einem Stahlband verbunden werden) oder gefügten Stahlblechen (z. B. Kombination von zwei Stahlbändern aneinander, die z. B. durch eine Laserschweißnaht zu ei nem Stahlband gefügt werden) oder in Form von Platinen / Tailored Blanks Anwendung finden.

Die Dicke des Stahlsubstrats liegt vorzugsweise im Bereich von 0,6 mm bis 7 mm, bevorzugt im Bereich von 0,8 bis 4 mm und besonders bevorzugt im Bereich von 0,8 bis 3 mm. Andere Dicken können jedoch abhängig von den Bedürfnissen des Einzelfalls gewählt werden.

Ein höherer Anteil an Mangan als 5 Gew.-% im Stahlsubstrat ist für die Zwecke der vorliegen den Erfindung nicht bevorzugt, vergleiche die vorstehenden Ausführungen zu bevorzugten Aus gestaltungen.

Bevorzugt ist der Einsatz von Stahlsubstraten, die für die Warmumformung geeignet und vor gesehen sind. Bevorzugt sind deshalb Stahlsubstrate mit Streckgrenzen im Bereich von 250 - 580 MPa und/oder Zugfestigkeiten im Bereich von 400 - 720 MPa.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Bauteil (vorzugsweise ein erfindungsgemäßes Bauteil, wie es vorstehend als bevorzugt bezeichnet ist), wobei der Anteil an Titan in der das Stahlsub strat bedeckenden metallischen Zwischenschicht größer oder gleich 90 Gew.-% ist, bezogen auf die Gesamtmasse der Zwischenschicht.

Überraschenderweise lässt sich mit metallischen Zwischenschichten, deren Hauptbestandteil Titan ist, wobei vorzugsweise der Anteil an Titan größer oder gleich 90 Gew.-% ist, eine beson ders effektive Diffusionsbarrierewirkung erzielen, vergleiche dazu die Beispiele weiter unten im Text.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Bauteil (vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt be zeichnet), wobei das Material der das Stahlsubstrat bedeckenden metallischen Zwischen schicht, deren Hauptbestandteil Titan ist, einen Schmelzpunkt besitzt, der größer ist als 1000 °C, vorzugsweise größer als 1200 °C, bevorzugt größer als 1400 °C, besonders bevorzugt größer als 1600 °C und/oder einen Siedepunkt besitzt, der kleiner ist als 4700 °C, vorzugsweise kleiner ist als 3500 °C. Insbesondere zur Aufbringung von metallischen Zwischenschichten auf ein Stahlsubstrat mittels PVD-Verfahren sollte das Material der Zwischenschicht einen der vorstehend an gegebenen Siedepunkte besitzen, der kleiner ist als 3500 °C.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Bauteil (vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt be zeichnet), wobei

(i) metallisches Zink in der einen bzw. zumindest der an der metallischen Zwischenschicht anliegenden metallischen Schicht der Korrosionsschutzbeschichtung enthalten ist und der Anteil an metallischem Zink in der die Zwischenschicht bedeckenden Korrosions schutzbeschichtung größer oder gleich 55 Gew.-% ist, vorzugsweise größer oder gleich 96 Gew.-% ist, bezogen auf die Gesamtmasse der Korrosionsschutzbeschichtung und/oder der Schmelzpunkt der Korrosionsschutzbeschichtung oder der Schmelzpunkt der einen bzw. zumindest der an der metallischen Zwischenschicht anliegenden metallischen Schicht der Korrosionsschutzbeschichtung größer als oder gleich 419 °C ist, vorzugsweise entweder im Bereich von 419 °C bis 580 °C oder im Bereich größer 600 °C liegt oder sogar (und dies ist insbesondere durch die Anwesenheit von Mangan in der

Korrosionsschutzbeschichtung erreichbar)

(ii) der Schmelzpunkt der Korrosionsschutzbeschichtung oder der Schmelzpunkt der einen bzw. zumindest der an der metallischen Zwischenschicht anliegenden metallischen Schicht der Korrosionsschutzbeschichtung größer als oder gleich 880 °C ist.

Überraschenderweise sind mit dem erfindungsgemäßen Einsatz einer metallischen Zwischen schicht, deren Hauptbestandteil Titan ist, vorteilhafte technische Effekte verknüpft, die weitge hend unabhängig vom Schmelzpunkt der Korrosionsschutzbeschichtung bzw. vom Schmelz- punkt der einen bzw. zumindest der an der metallischen Zwischenschicht anliegenden metalli schen Schicht der Korrosionsschutzbeschichtung sind. Da erfindungsgemäße Bauteile regel mäßig für die Zwecke einer Warmumformung bei einer Temperatur von größer oder gleich 880 °C vorgesehen sind, sind metallische Schichten mit einem geringen Zn-Anteil (und somit vor zugsweise mit einem hohen Mn-Anteil) wirtschaftlich in vielen Fällen interessanter als solche mit einem hohen Zn-Anteil. Der technische Effekt der vorliegenden Erfindung wird jedoch in je dem Falle erreicht.

Bevorzugt ist in vielen Fällen auch ein Bauteil (vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt be zeichnet), wobei die Korrosionsschutzbeschichtung einen Anteil an Mangan umfasst, der bezogen auf die Gesamtmasse der Korrosionsschutzbeschichtung im Bereich von 15 bis 40 Gew.-% liegt und/oder bezogen auf die Gesamtmasse an Mangan und Zink in der Korrosionsschutzbeschichtung größer oder gleich 27 % ist, bevorzugt größer oder gleich 30 % ist, und/oder kleiner 40 % ist, bevorzugt kleiner 35 % ist, und/oder im Bereich von größer als 25 % bis 40 % liegt, bevorzugt im Bereich von größer als 25 % bis 35 %, besonders bevorzugt im Bereich von 27 % bis 35 %.

Solche Korrosionsschutzbeschichtungen haben regelmäßig einen hohen Schmelzpunkt und sind für Warmumformverfahren deshalb besonders geeignet.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Bauteil (vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt be zeichnet), wobei die metallische Zwischenschicht, deren Hauptbestandteil Titan ist, eine Dicke von höchstens 500 nm besitzt, bevorzugt eine Dicke von höchstens 400 nm, besonders bevorzugt eine Dicke von höchstens 300 nm und/oder die metallische Zwischenschicht, deren Hauptbestandteil Titan ist, eine Dicke von mindestens 100 nm, vorzugsweise mindestens 150 nm besitzt.

Die metallische Zwischenschicht (mit dem Hauptbestandteil Titan) eines erfindungsgemäßen Bauteils fungiert bereits effektiv als Diffusionsbarriere, wenn sie eine sehr geringe Schichtdicke besitzt. Bereits wenige Atomlagen, das heißt eine Dicke von beispielsweise nur 1 nm, tragen effektiv zur Diffusionsbarrierewirkung bei. Bei Dicken von mehr als 500 nm hat sich in eigenen Untersuchungen regelmäßig kein relevanter technischer Unterschied mehr gezeigt, sodass me tallische Zwischenschichten mit einer Dicke von größer 500 nm nur in Ausnahmefällen vorteil haft sind.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Bauteil (vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt be zeichnet), wobei die Korrosionsschutzbeschichtung eine Dicke von zumindest 1 pm besitzt, be vorzugt eine Dicke im Bereich von 3 pm bis 50 pm besitzt, besonders bevorzugt eine Dicke im Bereich von 5 pm bis 30 pm besitzt, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 7 pm bis 20 pm besitzt.

Derartige Dicken werden vom Fachmann in üblicher weise eingestellt.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Bauteil (vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt be zeichnet), wobei die das Stahlsubstrat bedeckende metallische Zwischenschicht, deren Hauptbestandteil Titan ist, und/oder die die Zwischenschicht bedeckende Korrosionsschutzbeschichtung mittels physikali scher Gasphasenabscheidung appliziert ist bzw. sind.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass sowohl die metallische Zwischenschicht als auch die die Zwischenschicht bedeckende Korrosionsschutzbeschichtung mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) applizierbar sind. Der Einsatz von PVD-Verfahren ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein gehärtetes Bauteil umfassend ein Stahlsubstrat eine das Stahlsubstrat schützende Korrosionsschutzbeschichtung, wobei die Korrosions schutzbeschichtung Titan, vorzugsweise metallisches Titan umfasst.

Ein erfindungsgemäßes gehärtetes Bauteil ist vorzugsweise aus einem erfindungsgemäßen Bauteil (vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet) hergestellt.

Bei der Umwandlung eines erfindungsgemäßen Bauteils in ein erfindungsgemäßes gehärtetes Bauteil (vgl. hierzu auch die Ausführungen zu erfindungsgemäßen Verfahren weiter unten) tritt Titan aus dem Material der metallischen Zwischenschicht in einem gewissen Umfang in das Ma terial der Korrosionsschutzbeschichtung ein. Es resultiert eine das Stahlsubstrat schützende Korrosionsschutzbeschichtung, welche auch Titan, vorzugsweise metallisches Titan, umfasst. Hierin liegt ein signifikanter Unterschied im Vergleich mit Korrosionsschutzbeschichtungen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Überraschenderweise ist im Übrigen trotz des Ein tritts von Titan in das Material der Korrosionsschutzbeschichtung während üblicher Warmum- formprozesse ausgehend von einem noch nicht gehärteten Bauteil hin zu einem gehärteten Bauteil die Diffusionsbarrierewirkung der metallischen Zwischenschicht (die insbesondere der Diffusion von Eisen in die Korrosionsschutzbeschichtung und der Diffusion von Zink und/oder Mangan in das Stahlsubstrat entgegensteht) hervorragend.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes gehärtetes Bauteil, welches erhältlich ist durch Härten ei nes erfindungsgemäßen Bauteils (vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet) und/oder ein warmumgeformtes gehärtetes Bauteil ist.

Besonders bevorzugt ist somit ein gehärtetes Bauteil, welches durch Härten eines erfindungs gemäßen Bauteils mittels Warmumformung erhalten ist. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes gehärtetes Bauteil (vorzugsweise wie vorstehend als be vorzugt bezeichnet), wobei das Stahlsubstrat überwiegend ein martensitisches Gefüge besitzt. Hierbei versteht es sich, dass insbesondere dort, wo im Stahlsubstrat aufgrund von konvekti ven oder Diffusionsprozessen nennenswerte Anteile an Zink, Mangan oder Titan vorliegen, auch andere Gefüge/Phasen vorliegen können.

Das martensitische Gefüge, welches in bevorzugten erfindungsgemäßen gehärteten Bauteilen im Stahlsubstrat vorliegt, lässt sich in üblicher weise durch dem Fachmann bekannte Warmum- formprozesse ausgehend von ferritisch-perlitischem Stahlsubstrat erzeugen.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes gehärtetes Bauteil (vorzugsweise wie vorstehend als be vorzugt bezeichnet), wobei das Stahlsubstrat in einer der Korrosionsschutzbeschichtung zuge wandten Zone mit Titan legiert ist, vorzugsweise mit Titan und zumindest einem Metall ausge wählt aus der Gruppe bestehend aus Zink und Mangan legiert ist.

Ein solches gehärtetes Bauteil resultiert insbesondere dann, wenn ausgehend von einem erfin dungsgemäßen Bauteil bei der Warmumformung Titan aus der metallischen Zwischenschicht in gewissem (geringen) Umfang in das Stahlsubstrat eindiffundiert bzw. gemeinsam mit dem Titan auch Zink und/oder Mangan in das Stahlsubstrat eindiffundieren (Zink und Mangan sind nach den vorstehenden Ausführungen bevorzugte Metalle für die Korrosionsschutzbeschich tung). Üblicherweise ändert die Anwesenheit von Titan, Zink und/oder Mangan nichts an dem Umstand, dass in einem (bevorzugten) erfindungsgemäßen gehärteten Bauteil das Gefüge des Stahlsubstrats martensitisch ist. Wie vorstehend ausgeführt ist ein martensitisches Gefüge be vorzugt; ein martensitisches Gefüge im Stahlsubstrat, wobei das Stahlsubstrat in der der Kor rosionsschutzbeschichtung zugewandten Zone mit Titan, Zink und/oder Mangan legiert ist, ist daher besonders bevorzugt.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes gehärtetes Bauteil (vorzugsweise wie vorstehend als be vorzugt bezeichnet), wobei das Stahlsubstrat und die Korrosionsschutzbeschichtung durch ei ne Übergangszone verbunden sind, in der Eisen, Titan, und der metallische Hauptbestandteil der Korrosionsschutzbeschich tung vorliegen, wobei ausgehend von einem dem Stahlsubstrat nahen Bereich der Über gangszone in Richtung der Korrosionsschutzbeschichtung ein Wechsel des metallischen Hauptbestandteils erfolgt, von Eisen zum metallischen Hauptbestandteil der Korrosions- schutzbeschichtung, wobei der Hauptbestandteil der Korrosionsschutzbeschichtung vor zugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zink und Mangan und/oder in der sich der Massenanteil an Eisen, ausgehend von einem dem Stahlsubstrat nahen Bereich der Übergangszone in Richtung der Korrosionsschutzbeschichtung, auf einer Strecke von höchstens 10 pm, vorzugsweise 5 gm, von einem ersten Massenanteil auf die Hälfte oder weniger als die Hälfte des ersten Anteils verringert, wobei der erste Mas senanteil an Eisen in dem dem Stahlsubstrat nahen Bereich der Übergangszone bevor zugt zumindest 80 Gew.-% beträgt.

Überraschenderweise lassen sich durch erfindungsgemäße Verfahren (wie nachfolgend und in den beigefügten Ansprüchen definiert) erfindungsgemäße gehärtete Bauteile erzeugen, welche eine Übergangszone mit einer oder beiden der vorstehend definierten Eigenschaften besitzen. In der besagten Übergangszone wechselt daher in den bevorzugten gehärteten Bauteilen der metallische Hauptbestandteil und/oder verringert sich der Massenanteil an Eisen auf einer nur sehr kurzen Strecke von höchstens 10 pm. Diese Eigenschaften der (sehr schmalen) Über gangszone sind dabei auf die hervorragende Diffusionsbarrierewirkung der metallischen Zwi schenschicht auf Basis von Titan zurückzuführen, die im (noch nicht gehärteten) erfindungsge mäßen Bauteil vorliegt.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes gehärtetes Bauteil (vorzugsweise wie vorstehend als be vorzugt bezeichnet), wobei in der Korrosionsschutzbeschichtung in einer Tiefe von 2 pm, vor zugsweise im Bereich von 1 bis 3 pm, gemessen von der Außenfläche der Korrosionsschutzbe schichtung, der Anteil an Eisen niedriger ist als 25 Gew.-%, vorzugsweise niedriger ist als 20 Gew.-%, bestimmt mittels GDOES. Bevorzugt sind somit erfindungsgemäße gehärtete Bautei le, bei denen während der Herstellung und während etwaiger Nachbehandlungen Eisen nicht in entscheidendem Umfang in die Korrosionsschutzbeschichtung eintritt. Die Bestimmung des An teils an Eisen mittels GDOES erfolgt gemäß der ISO-Norm 11505:2012 („Surface Chemical ana- lysis - General procedure for guantitative compositional depth profiling by glow discharge opti- cal emission spectrometry“). Bei diesem Messverfahren wird durch Anlegen von Hochspan nung an eine mit Argongas gespülte Glimmentladungslampe ein Plasma erzeugt. Mit Hilfe des Plasmas werden einerseits Ionen für einen Sputterprozess erzeugt (um die zu untersuchende Oberfläche abzutragen) und andererseits werden die abgetragenen Atome zur Emissionsstrah lung angeregt. Das emittierte Licht wird in einem Polychromator spektral zerlegt und die Lichtin- tensität wird durch Photomultiplier in elektrische Signale umgewandelt. Anschließend werden diese Signale in einer PC-gestützten Steuer- und Auswerteeinheit digitalisiert und ausgewertet.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes gehärtetes Bauteil (vorzugsweise wie vorstehend als be vorzugt bezeichnet), wobei für Titan im Massenanteil -Tiefe-Diagramm (Quantitatives Tiefen profil) ein Maximum des Massenanteils in einer Tiefe > 0 pm vorliegt, vorzugsweise in einer Tiefe im Bereich von 2 bis 20 pm, gemessen von der Außenfläche der Korrosionsschutzbe schichtung.

Wenngleich somit üblicherweise bei Herstellung eines erfindungsgemäßen gehärteten Bauteils aus einem (noch ungehärteten) Bauteil, beispielsweise mittels Warmumformung, Titan in ge wissem Umfang in die Korrosionsschutzbeschichtung eindiffundiert, wird vorteilhafterweise kein Zustand angestrebt oder erreicht, in dem die Titankonzentration an der Außenfläche der Korro sionsschutzbeschichtung so hoch ist wie innerhalb des gehärteten Bauteils.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, vorzugs weise zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Bauteils (vorzugsweise wie vorstehend als be vorzugt bezeichnet). Ein erfindungsgemäßes Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

Herstellen oder Bereitstellen eines Stahlsubstrats, wobei das Gefüge des Stahlsubstrats in ein martensitisches Gefüge umwandelbar ist,

Applizieren von (i) Titan oder (ii) Titan und einem oder mehreren weiteren Metallen auf das Stahlsubstrat, so dass eine das Stahlsubstrat bedeckende metallische Zwischen schicht resultiert, deren Hauptbestandteil Titan ist,

Applizieren von einem oder mehreren Metallen auf die metallische Zwischenschicht, so dass eine die Zwischenschicht bedeckende Korrosionsschutzbeschichtung resultiert.

Hinsichtlich bevorzugter Stahlsubstrate und bevorzugter Metalle zur Ausbildung der die Zwi schenschicht bedeckenden Korrosionsschutzbeschichtung und hinsichtlich bevorzugter Eigen schaften des resultierenden Bauteils gelten die vorstehenden Ausführungen entsprechend. Umgekehrt gelten sämtliche Ausführungen, die vorstehend oder nachfolgend im Zusammen hang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gemacht werden, entsprechend für die erfin dungsgemäßen Bauteile bzw. gehärteten Bauteile. Insgesamt gilt für sämtliche im Rahmen des vorliegenden Textes erläuterten Aspekte der Erfin dung, dass bevorzugte Ausgestaltungen, die zu einem dieser Aspekte dargelegt werden, mit den entsprechenden Änderungen auch für die anderen Aspekte zutreffen.

Das Applizieren von Titan bzw. Titan und einem oder mehreren weiteren Metallen auf das Stahl substrat und das Applizieren von einem oder mehreren Metallen auf die metallische Zwischen schicht kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Es ist ein erfindungsgemäßes Verfahren be vorzugt, wobei das Applizieren der ein- oder mehrlagigen metallischen Schicht mittels eines Verfahrens erfolgt, das ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus elektrolytische Abschei dung, galvanische Abscheidung, physikalische Gasphasenabscheidung, Chemical Vapour De position, Tauchverfahren, Slurry-Verfahren, thermisches Spritzen und Kombinationen davon, bevorzugt elektrolytisch oder mittels physikalischer Gasphasenabscheidung erfolgt, und beson ders bevorzugt mittels physikalischer Gasphasenabscheidung erfolgt.

Wie vorstehend bereits ausgeführt ist in einem erfindungsgemäßen Bauteil vorzugsweise der Hauptbestandteil einer Korrosionsschutzbeschichtung Zink oder Mangan. Entsprechend ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet) bevor zugt, welches den Schritt umfasst:

Applizieren von (i) Zink oder (ii) Zink und einem oder mehreren weiteren Metallen, auf die metallische Zwischenschicht, so dass eine die Zwischenschicht bedeckende Korrosions schutzbeschichtung resultiert, deren Hauptbestandteil Zink ist oder

Applizieren von (i) Mangan oder (ii) Mangan und einem oder mehreren weiteren Metallen, auf die metallische Zwischenschicht, so dass eine die Zwischenschicht bedeckende Kor rosionsschutzbeschichtung resultiert, deren Hauptbestandteil Mangan ist.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei das Applizieren von (i) Titan oder (ii) Titan und einem oder mehreren weite ren Metallen auf das Stahlsubstrat sowie das Applizieren von einem oder mehreren weiteren Metallen auf die metallische Zwischenschicht so durchgeführt wird, dass zumindest 90 % der dem Stahlsubstrat zugewandten Fläche der Korrosionsschutzbeschichtung durch die metalli sche Zwischenschicht vom Stahlsubstrat getrennt ist, bevorzugt zumindest 95 %, besonders bevorzugt die gesamte dem Stahlsubstrat zugewandte Fläche. Es gelten die oben im Zusammenhang mit dem entsprechenden bevorzugten erfindungsgemä ßen Bauteil dargelegten Vorteile und Effekte.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei das Stahlsubstrat ein Mangan-Bor-Stahl und/oder ein Stahl mit ferritisch- perlitischem Gefüge ist, bevorzugt ein Mangan-Bor-Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge ist, besonders bevorzugt ein Mangan-Bor-Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge ist, welches durch thermische Härtungsbehandlung in ein martensitisches Gefüge umwandelbar ist, ganz besonders bevorzugt ein Mangan-Bor-Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge und einem Anteil an Mangan von weniger als 5 Gew.-%, bevorzugt 0,7 bis 2 Gew.-% ist, welches durch thermi sche Härtungsbehandlung in ein martensitisches Gefüge umwandelbar ist.

Die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Bauteil dargelegten Effekte und Vorteile werden auch hier erreicht.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei beim Applizieren von (i) Titan oder (ii) Titan und einem oder mehreren wei teren Metallen auf das Stahlsubstrat der Anteil an Titan so gewählt wird, dass in der resultie renden, das Stahlsubstrat bedeckenden metallischen Zwischenschicht der Anteil an Titan grö ßer oder gleich 90 Gew.-% ist, bezogen auf die Gesamtmasse der Zwischenschicht.

Die vorstehend im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Bauteil dargelegten Effekte und Vorteile werden auch hier erreicht.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei die Art und Menge der zur Herstellung der metallischen Zwischenschicht zu applizierenden Metalle so gewählt sind, dass das Material der resultierenden, das Stahlsubstrat bedeckenden metallischen Zwischenschicht, deren Hauptbestandteil Titan ist, einen Schmelzpunkt besitzt, der größer ist als 1000 °C, vorzugsweise größer als 1200 °C, bevorzugt größer als 1400 °C, besonders bevorzugt größer als 1600 °C und/oder einen Siedepunkt besitzt, der kleiner ist als 4700 °C, vorzugsweise kleiner ist als 3500 °C. Es gelten die obigen Ausführungen entsprechend.

Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei beim Applizieren von (i) Zink oder (ii) Zink und einem oder mehreren weiteren Metallen auf die metallische Zwischenschicht der Anteil an Zink so gewählt wird, dass der Anteil an Zink in der die Zwischenschicht bedeckenden Korrosionsschutzbeschichtung größer oder gleich 55 Gew.- % ist, bezogen auf die Gesamtmasse der Korrosionsschutzbeschichtung oder beim Applizieren von (i) Mangan oder (ii) Mangan und einem oder mehreren weiteren Metallen auf die metallische Zwischenschicht der Anteil an Mangan so gewählt wird, dass der Schmelz punkt der Korrosionsschutzbeschichtung oder der Schmelzpunkt der einen bzw. zumindest der an der metallischen Zwischenschicht anliegenden metallischen Schicht der Korrosionsschutz beschichtung größer als oder gleich 880 °C ist.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), umfassend das Applizieren von (ii) Zink und Mangan und gegebenenfalls einem oder mehreren weiteren Metallen auf die metallische Zwischenschicht, so dass eine die Zwi schenschicht bedeckende Korrosionsschutzbeschichtung resultiert, deren Hauptbestandteil Zink ist und die Mangan umfasst, wobei die zu applizierende Menge an Zink und Mangan und den gegebenenfalls ein oder mehr weiteren Metallen vorzugsweise so gewählt wird, dass die resultierende Korrosionsschutzbe schichtung einen Anteil an Mangan umfasst, der bezogen auf die Gesamtmasse der resultierenden Korrosionsschutzbeschichtung im Be reich von 15 bis 40 Gew.-% liegt und/oder bezogen auf die Gesamtmasse an Mangan und Zink in der resultierenden Korrosions schutzbeschichtung größer oder gleich 27 % ist, bevorzugt größer oder gleich 30 % ist, und/oder kleiner 40 % ist, bevorzugt kleiner 35 % ist, und/oder im Bereich von größer als 25 % bis 40 % liegt, bevorzugt im Bereich von größer als 25 % bis 35 %, besonders bevorzugt im Bereich von 27 % bis 35 %.

Es gelten die obigen Ausführungen entsprechend.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei die resultierende metallische Zwischenschicht, deren Hauptbestandteil Titan ist, eine Dicke von höchstens 500 nm besitzt, bevorzugt eine Dicke von höchstens 400 nm, besonders bevorzugt eine Dicke von höchstens 300 nm und/oder die resultierende metallische Zwischenschicht, deren Hauptbestandteil Titan ist, eine Dicke von mindestens 100 nm, vorzugsweise mindestens 150 nm besitzt.

Es gelten die obigen Ausführungen entsprechend.

Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei die resultierende Korrosionsschutzbeschichtung, deren Hauptbestandteil Zink ist, eine Dicke von zumindest 1 pm besitzt, vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 3 pm bis 50 pm besitzt, bevorzugt eine Dicke im Bereich von 5 pm bis 30 pm besitzt, besonders be vorzugt im Bereich von 7 pm bis 20 pm besitzt.

Es gelten die obigen Ausführungen entsprechend. Bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren (vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei das Applizieren von (i) Titan oder (ii) Titan und einem oder mehreren weiteren Metallen auf das Stahlsubstrat, sodass eine das Stahlsubstrat bedeckende metallische Zwischen schicht resultiert, deren Hauptbestandteil Titan ist und/oder das Applizieren von einem oder mehreren weiteren Metallen auf die metallische Zwischen schicht, sodass eine die Zwischenschicht bedeckende Korrosionsschutzbeschichtung re sultiert, mittels physikalischer Gasphasenabscheidung erfolgt. Diese physikalische Gasphasenabschei dung erfolgt dabei vorzugsweise bei einem Partialdruck von Sauerstoff von weniger als 0,1 mbar, bevorzugt weniger als 0,01 mbar, besonders bevorzugt weniger als 0,001 mbar und/oder in einer Gasphase, in der der Volumenanteil des Sauerstoffs niedriger ist als 20 Vol.-%, vorzugsweise niedriger als 10 Vol.-%, besonders bevorzugt niedriger als 1 Vol.-%.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines gehärteten Bauteils mit folgen den Schritten:

Bereitstellen eines erfindungsgemäßen Bauteils oder Herstellen eines Bauteils gemäß ei nem erfindungsgemäßen Verfahren (jeweils wie vorstehend und/oder in den beigefügten Ansprüchen definiert, vorzugsweise wie dort als bevorzugt bezeichnet),

Behandeln des bereitgestellten oder hergestellten Bauteils, sodass das gehärtete Bauteil resultiert. Es gelten die obigen Ausführungen zu bevorzugten erfindungsgemäßen Bauteilen, Verfahren und gehärteten Bauteilen entsprechend.

Bevorzugt ist somit ein solches erfindungsgemäßes Verfahren (vorzugsweise wie vorstehend als bevorzugt bezeichnet), wobei das bereitgestellte oder hergestellte Bauteil als Stahlsubstrat einen Stahl mit einem Gefüge umfasst, welches in ein martensitisches Gefüge umwandelbar ist, bevorzugt einen Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge umfasst, besonders bevorzugt einen Mangan-Bor-Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge, und das Behandeln umfasst: eine thermische Härtungsbehandlung, bei der das Gefüge in ein martensitisches Gefüge um gewandelt wird, und vorzugsweise eine mechanische Behandlung, bevorzugt ein mechanisches Umformen, vor, während und/oder nach der thermischen Härtungsbehandlung (vorzugsweise während).

Bevorzugt ist ein solches erfindungsgemäßes Verfahren (vorzugsweise wie vorstehend als be vorzugt bezeichnet), wobei das Behandeln zumindest die folgenden Schritte umfasst:

(i) ein thermisches Behandeln, bei dem das Gefüge des Stahlsubstrats des bereitgestellten oder hergestellten Bauteils so lange bei einer Temperatur oberhalb von Ac3 gehalten wird, bis das Gefüge vollständig oder teilweise in ein austenitisches Gefüge umgewandelt ist,

(ii) mechanisches Umformen des Bauteils, vor, während und/oder nach dem thermischen Behandeln,

(iii) Abkühlen des Bauteils von der Temperatur oberhalb von Ac3, während und/oder nach dem mechanischen Umformen, bevorzugt auf eine Temperatur von weniger als 100 °C, sodass im Stahlsubstrat ein martensitisches Gefüge entsteht, vorzugsweise mit einer Ab kühlrate > 20 K/s und/oder den folgenden Schritt umfasst: mechanisches Behandeln, wobei die Porosität der Korrosionsschutzbeschichtung und/oder der metallischen Zwischenschicht verringert wird.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung von Titan als Hauptbestandteil einer Diffusionsbarriere zwischen einem Stahlsubstrat, dessen Gefüge in ein martensitisches Gefüge umwandelbar ist, und einer Korrosionsschutzbeschichtung, deren Hauptbestandteil Zink oder Mangan (vorzugsweise Zink) ist. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die aus dem Stand der Technik bislang nicht bekannte Verwendung von Titan als Hauptbestandteil einer Diffusi onsbarriere zu besonders hervorragenden Ergebnissen und technischen Effekten führt. Diese zeigen sich an einer drastisch verminderten Diffusion insbesondere bei Warmumformungspro zessen ausgehend von einem erfindungsgemäßen Bauteil hin zu einem erfindungsgemäßen gehärteten Bauteil.

Die im Zusammenhang mit erfindungsgemäßen Bauteile, erfindungsgemäßen gehärteten Bau teilen und erfindungsgemäßen Verfahren genannten Vorteile und die dort dargelegten techni schen Effekte gelten hinsichtlich der erfindungsgemäßen Verwendung entsprechend.

Bevorzugt ist eine erfindungsgemäße Verwendung in einem Verfahren zur Herstellung eines ge härteten, vorzugsweise eines pressgehärteten Bauteils, bevorzugt eines pressgehärteten Bau teils eines Kraftfahrzeugs, besonders bevorzugt eines pressgehärteten Bauteils ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stoßfängerguerträger, Seitenaufprallträ-ger, Säulen und Karosse rieverstärkungen.

Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Bauteils zum Herstellen eines erfindungsgemäßen gehärteten Bauteils.

Nachfolgend sind bevorzugte Aspekte der vorliegenden Erfindung angegeben; die Bezugszei chen beziehen sich auf die beigefügten Zeichnungen, die weiter unten zudem näher erläutert werden.

1. Bauteil umfassend ein Stahlsubstrat (3), dessen Gefüge in ein martensitisches Gefüge umwandel bar ist, eine das Stahlsubstrat bedeckende metallische Zwischenschicht (2), deren Hauptbestandteil Titan ist und eine die Zwischenschicht (2) bedeckende Korrosionsschutzbeschichtung (1), wobei die Korrosionsschutzbeschichtung (1) eine oder mehr Schichten umfasst und die eine bzw. zumindest die an der metallischen Zwischenschicht (2) anlie gende Schicht der Korrosionsschutzbeschichtung (1) metallisch ist und sich stofflich von der Zwischenschicht (2) unterscheidet. Bauteil nach Aspekt 1 , wobei der Hauptbestandteil der Metallatome der Korrosionsschutzbeschichtung (1) bzw. der Hauptbestandteil der Metallatome der an der metallischen Zwischenschicht (2) anlie genden metallischen Schicht der Korrosionsschutzbeschichtung (1) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zink und Mangan und/oder metallisches Zink und/oder metallisches Mangan in der einen bzw. zumindest der an der metallischen Zwischenschicht (2) anliegenden metallischen Schicht der Korrosions schutzbeschichtung (1) enthalten sind. Bauteil nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei zumindest 90 % der dem Stahl substrat (3) zugewandten Fläche der Korrosionsschutzbeschichtung (1) durch die me tallische Zwischenschicht (2) vom Stahlsubstrat (3) getrennt ist, vorzugsweise zumin dest 95 %, bevorzugt die gesamte dem Stahlsubstrat (3) zugewandte Fläche. Bauteil nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei das Stahlsubstrat (3) ein Man- gan-Bor-Stahl und/oder ein Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge ist, bevorzugt ein Mangan-Bor-Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge ist, besonders bevorzugt ein Mangan-Bor-Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge ist, wel ches durch thermische Härtungsbehandlung in ein martensitisches Gefüge umwandel bar ist, ganz besonders bevorzugt ein Mangan-Bor-Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge und einem Anteil an Mangan von weniger als 5 Gew.-%, bevorzugt 0,7 bis 2 Gew.-% ist, wel ches durch thermische Härtungsbehandlung in ein martensitisches Gefüge umwandel bar ist. Bauteil nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei der Anteil an Titan in der das Stahlsubstrat (3) bedeckenden metallischen Zwischenschicht (2) größer oder gleich 90 Gew.-% ist, bezogen auf die Gesamtmasse der Zwischenschicht (2). Bauteil nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei das Material der das Stahlsub strat bedeckenden metallischen Zwischenschicht (2), deren Hauptbestandteil Titan ist, einen Schmelzpunkt besitzt, der größer ist als 1000 °C, vorzugsweise größer als 1200 °C, bevorzugt größer als 1400 °C, besonders bevorzugt größer als 1600 °C. und/oder einen Siedepunkt besitzt, der kleiner ist als 4700 °C, vorzugsweise kleiner ist als 3500 °C. Bauteil nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei

(i) metallisches Zink in der einen bzw. zumindest der an der metallischen Zwischen schicht (2) anliegenden metallischen Schicht der Korrosionsschutzbeschichtung (1) ent halten ist und der Anteil an metallischem Zink in der die Zwischenschicht bedeckenden Korro sionsschutzbeschichtung (1) größer oder gleich 55 Gew.-% ist, vorzugsweise größer oder gleich 96 Gew.-% ist, bezogen auf die Gesamtmasse der Korrosi onsschutzbeschichtung, und/oder der Schmelzpunkt der Korrosionsschutzbeschichtung oder der Schmelzpunkt der einen bzw. zumindest der an der metallischen Zwischenschicht (2) anliegenden metallischen Schicht der Korrosionsschutzbeschichtung (1) größer als oder gleich 419 °C ist, vorzugsweise entweder im Bereich von 419 °C bis 580°C oder im Bereich größer 600 °C liegt oder

(ii) der Schmelzpunkt der Korrosionsschutzbeschichtung oder der Schmelzpunkt der einen bzw. zumindest der an der metallischen Zwischenschicht (2) anliegenden metallischen Schicht der Korrosionsschutzbeschichtung (1) größer als oder gleich 880 °C ist. Bauteil nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei die Korrosionsschutzbeschich tung (1) einen Anteil an Mangan umfasst, der bezogen auf die Gesamtmasse der Korrosionsschutzbeschichtung im Bereich von 15 bis 40 Gew.-% liegt und/oder bezogen auf die Gesamtmasse an Mangan und Zink in der Korrosionsschutzbe schichtung größer oder gleich 27 % ist, bevorzugt größer oder gleich 30 % ist, und/oder kleiner 40 % ist, bevorzugt kleiner 35 % ist, und/oder im Bereich von größer als 25 % bis 40 % liegt, bevorzugt im Bereich von größer als 25 % bis 35 %, besonders bevorzugt im Bereich von 27 % bis 35 %. Bauteil nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei die metallische Zwischenschicht (2), deren Hauptbestandteil Titan ist, eine Dicke von höchstens 500 nm besitzt, bevorzugt eine Dicke von höchstens 400 nm, besonders be vorzugt eine Dicke von höchstens 300 nm und/oder die metallische Zwischenschicht (2), deren Hauptbestandteil Titan ist, eine Dicke von mindestens 100 nm, vorzugsweise mindestens 150 nm besitzt.

Bauteil nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei die Korrosionsschutzbeschich tung (1) eine Dicke von zumindest 1 pm besitzt, bevorzugt eine Dicke im Bereich von 3 pm bis 50 pm besitzt, besonders bevorzugt eine Dicke im Bereich von 5 pm bis 30 pm besitzt, ganz besonders bevorzugt im Bereich von 7 pm bis 20 pm besitzt. Bauteil nach einem der vorangehenden Aspekte, wobei die das Stahlsubstrat bedeckende metallische Zwischenschicht (2), deren Haupt bestandteil Titan ist, und/oder die die Zwischenschicht bedeckende Korrosionsschutzbeschichtung (1) mittels physikalischer Gasphasenabscheidung appliziert ist bzw. sind. Gehärtetes Bauteil, umfassend ein Stahlsubstrat (6) und eine das Stahlsubstrat schützende Korrosionsschutzbeschichtung (4), wobei die Korrosionsschutzbeschichtung Titan, vorzugsweise metallisches Titan umfasst. Gehärtetes Bauteil nach Aspekt 12, wobei das gehärtete Bauteil erhältlich ist durch Härten eines Bauteils nach einem der Aspekte 1 bis 11 und/oder ein warmumgeformtes gehärtetes Bauteil ist. Gehärtetes Bauteil nach einem der Aspekte 12 bis 13, wobei das Stahlsubstrat (6) über wiegend ein martensitisches Gefüge besitzt. Gehärtetes Bauteil nach einem der Aspekte 12 bis 14, wobei das Stahlsubstrat (6) in ei ner der Korrosionsschutzbeschichtung (4) zugewandten Zone mit Titan legiert ist, vor zugsweise mit Titan und zumindest einem Metall ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Zink und Mangan legiert ist. Gehärtetes Bauteil nach einem der Aspekte 12 bis 15, wobei das Stahlsubstrat (6) und die Korrosionsschutzbeschichtung (4) durch eine Übergangszone (5) verbunden sind, in der Eisen, Titan, und der metallische Hauptbestandteil der Korrosionsschutz beschichtung vorliegen, wobei ausgehend von einem dem Stahlsubstrat nahen Bereich der Übergangszone in Richtung der Korrosionsschutzbeschichtung ein Wechsel des metallischen Hauptbestandteils erfolgt, von Eisen zum metallischen Hauptbestandteil der Korrosionsschutzbeschichtung, wobei der Hauptbestand teil der Korrosionsschutzbeschichtung vorzugsweise ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Zink und Mangan und/oder in der sich der Massenanteil an Eisen, bestimmt mittels GDOES, ausgehend von einem dem Stahlsubstrat (6) nahen Bereich der Übergangszone (5) in Richtung der Korrosionsschutzbeschichtung (4), auf einer Strecke von höchstens 10 pm, vorzugsweise 5 pm, von einem ersten Massenanteil auf die Hälfte oder weniger als die Hälfte des ersten Anteils verringert, wobei der erste Massenanteil an Ei sen in dem dem Stahlsubstrat (6) nahen Bereich der Übergangszone (5) bevor zugt zumindest 80 Gew.-% beträgt. Gehärtetes Bauteil nach einem der Aspekte 12 bis 16, wobei in der Korrosionsschutz beschichtung (4) in einer Tiefe von 2 pm, vorzugsweise im Bereich von 1 bis 3 pm, ge messen von der Außenfläche der Korrosionsschutzbeschichtung, der Anteil an Eisen niedriger ist als 25 Gew.-%, vorzugsweise niedriger ist als 20 Gew.-%, bestimmt mittels GDOES. Gehärtetes Bauteil nach einem der Aspekte 12 bis 17, wobei für Titan im Massenanteil- Tiefe-Diagramm ein Maximum des Massenanteils, bestimmt mittels GDOES, in einer Tie fe > 0 pm vorliegt, vorzugsweise in einer Tiefe im Bereich von 2 bis 20 pm, gemessen von der Außenfläche der Korrosionsschutzbeschichtung (4). Verfahren zum Herstellen eines Bauteils, vorzugsweise eines Bauteils nach einem der Aspekte 1 bis 12, mit folgenden Schritten:

Herstellen oder Bereitstellen eines Stahlsubstrats (3), wobei das Gefüge des Stahlsubstrats in ein martensitisches Gefüge umwandelbar ist,

Applizieren von (i) Titan oder (ii) Titan und einem oder mehreren weiteren Metal len auf das Stahlsubstrat, so dass eine das Stahlsubstrat bedeckende metalli sche Zwischenschicht (2) resultiert, deren Hauptbestandteil Titan ist,

Applizieren von einem oder mehreren Metallen auf die metallische Zwischen schicht, so dass eine die Zwischenschicht bedeckende Korrosionsschutzbe schichtung (1) resultiert. Verfahren nach Aspekt 19, umfassend den Schritt

Applizieren von (i) Zink oder (ii) Zink und einem oder mehreren weiteren Metal len, auf die metallische Zwischenschicht, so dass eine die Zwischenschicht be deckende Korrosionsschutzbeschichtung (1) resultiert, deren Hauptbestandteil Zink ist oder

Applizieren von (i) Mangan oder (ii) Mangan und einem oder mehreren weiteren Metallen, auf die metallische Zwischenschicht, so dass eine die Zwischenschicht bedeckende Korrosionsschutzbeschichtung (1) resultiert, deren Hauptbestand teil Mangan ist. Verfahren nach Aspekt 19 oder 20, wobei das Applizieren von (i) Titan oder (ii) Titan und einem oder mehreren weiteren Metallen auf das Stahlsubstrat (3) sowie das Applizieren von einem oder mehreren weiteren Metallen auf die metallische Zwischenschicht (2) so durchgeführt wird, dass zumindest 90 % der dem Stahlsubstrat zugewandten Fläche der Korrosionsschutzbeschichtung (1) durch die metallische Zwischenschicht (2) vom Stahl substrat (3) getrennt ist, bevorzugt zumindest 95 %, besonders bevorzugt die gesamte dem Stahlsubstrat (3) zugewandte Fläche. Verfahren nach einem der Aspekte 19 bis 21, wobei das Stahlsubstrat (3) ein Mangan- Bor-Stahl und/oder ein Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge ist, bevorzugt ein Mangan-Bor-Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge ist, besonders bevorzugt ein Mangan-Bor-Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge ist, wel ches durch thermische Flärtungsbehandlung in ein martensitisches Gefüge umwandel bar ist, ganz besonders bevorzugt ein Mangan-Bor-Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge und einem Anteil an Mangan von weniger als 5 Gew.-%, bevorzugt 0,7 bis 2 Gew.-% ist, wel ches durch thermische Flärtungsbehandlung in ein martensitisches Gefüge umwandel bar ist. Verfahren nach einem der Aspekte 19 bis 22, wobei beim Applizieren von (i) Titan oder (ii) Titan und einem oder mehreren weiteren Metallen auf das Stahlsubstrat (3) der An teil an Titan so gewählt wird, dass in der resultierenden, das Stahlsubstrat (3) bede ckenden metallischen Zwischenschicht (2) der Anteil an Titan größer oder gleich 90 Gew.-% ist, bezogen auf die Gesamtmasse der Zwischenschicht (2). Verfahren nach einem der Aspekte 19 bis 23, wobei die Art und Menge der zur Herstel lung der metallischen Zwischenschicht (2) zu applizierenden Metalle so gewählt sind, dass das Material der resultierenden, das Stahlsubstrat (3) bedeckenden metallischen Zwischenschicht (2), deren Hauptbestandteil Titan ist, einen Schmelzpunkt besitzt, der größer ist als 1000 °C, vorzugsweise größer als 1200 °C, bevorzugt größer als 1400 °C, besonders bevorzugt größer als 1600 °C. und/oder einen Siedepunkt besitzt, der kleiner ist als 4700 °C, vorzugsweise kleiner ist als 3500 °C. Verfahren nach einem der Aspekte 19 bis 24, wobei beim Applizieren von (i) Zink oder (ii) Zink und einem oder mehreren weiteren Metallen auf die metallische Zwischenschicht (2) der Anteil an Zink so gewählt wird, dass der An- teil an Zink in der die Zwischenschicht (2) bedeckenden Korrosionsschutzbeschichtung (1) größer oder gleich 55 Gew.-% ist, bezogen auf die Gesamtmasse der Korrosions schutzbeschichtung oder beim Applizieren von (i) Mangan oder (ii) Mangan und einem oder mehreren weiteren Metallen auf die metallische Zwischenschicht (2) der Anteil an Mangan so gewählt wird, dass der Schmelzpunkt der Korrosionsschutzbeschichtung oder der Schmelzpunkt der einen bzw. zumindest der an der metallischen Zwischenschicht (2) anliegenden metalli schen Schicht der Korrosionsschutzbeschichtung (1) größer als oder gleich 880 °C ist. Verfahren nach einem der Aspekte 19 bis 25, umfassend das Applizieren von (ii) Zink und Mangan und gegebenenfalls einem oder mehreren weiteren Metallen auf die me tallische Zwischenschicht, so dass eine die Zwischenschicht bedeckende Korrosions schutzbeschichtung (1) resultiert, deren Hauptbestandteil Zink ist und die Mangan um fasst, wobei die zu applizierende Menge an Zink und Mangan und den gegebenenfalls ein oder mehr weiteren Metallen vorzugsweise so gewählt wird, dass die resultierende Korrosionsschutzbeschichtung (1) einen Anteil an Mangan umfasst, der bezogen auf die Gesamtmasse der resultierenden Korrosionsschutzbeschich tung (1) im Bereich von 15 bis 40 Gew.-% liegt und/oder bezogen auf die Gesamtmasse an Mangan und Zink in der resultierenden Korro sionsschutzbeschichtung (1) größer oder gleich 27 % ist, bevorzugt größer oder gleich 30 % ist, und/oder kleiner 40 % ist, bevorzugt kleiner 35 % ist, und/oder im Bereich von größer als 25 % bis 40 % liegt, bevorzugt im Bereich von größer als 25 % bis 35 %, besonders bevorzugt im Bereich von 27 % bis 35 %. Verfahren nach einem der Aspekte 19 bis 26, wobei die resultierende metallische Zwischenschicht (2), deren Hauptbestandteil Titan ist, ei ne Dicke von höchstens 500 nm besitzt, bevorzugt eine Dicke von höchstens 400 nm, besonders bevorzugt eine Dicke von höchstens 300 nm und/oder die resultierende metallische Zwischenschicht (2), deren Hauptbestandteil Titan ist, ei ne Dicke von mindestens 100 nm, vorzugsweise mindestens 150 nm besitzt. Verfahren nach einem der Aspekte 19 bis 27, wobei die resultierende Korrosionsschutz beschichtung (1), deren Hauptbestandteil Zink ist, eine Dicke von zumindest 1 pm be sitzt, vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 3 pm bis 50 pm besitzt, bevorzugt eine Di cke im Bereich von 5 pm bis 30 pm besitzt, besonders bevorzugt im Bereich von 7 pm bis 20 pm besitzt. Verfahren nach einem der Aspekte 19 bis 28, wobei das Applizieren von (i) Titan oder (ii) Titan und einem oder mehreren weiteren Metallen auf das Stahlsubstrat, sodass eine das Stahlsubstrat bedeckende me tallische Zwischenschicht (2) resultiert, deren Hauptbestandteil Titan ist und/oder das Applizieren von einem oder mehreren weiteren Metallen auf die metallische Zwischenschicht, sodass eine die Zwischenschicht bedeckende Korrosions schutzbeschichtung (1) resultiert, mittels physikalischer Gasphasenabscheidung erfolgt, vorzugsweise bei einem Partialdruck von Sauerstoff von weniger als 0,1 mbar, bevor zugt weniger als 0,01 mbar, besonders bevorzugt weniger als 0,001 mbar und/oder in einer Gasphase, in der der Volumenanteil des Sauerstoffs niedriger ist als 20 Vol.-%, vorzugsweise niedriger als 10 Vol.-%, besonders bevorzugt niedri ger als 1 Vol.-%. Verfahren zum Herstellen eines gehärteten Bauteils, vorzugsweise eines gehärteten Bauteils nach einem der Aspekte 12 bis 18, mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Bauteils nach einem der Aspekte 1 bis 12 oder Herstellen ei nes Bauteils gemäß einem Verfahren nach einem der Aspekte 20 bis 31,

Behandeln des bereitgestellten oder hergestellten Bauteils, sodass das gehärte te Bauteil resultiert. Verfahren nach Aspekt 30, wobei das bereitgestellte oder hergestellte Bauteil als Stahl substrat (3) einen Stahl mit einem Gefüge umfasst, welches in ein martensitisches Ge füge umwandelbar ist, bevorzugt einen Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge umfasst, besonders bevorzugt einen Mangan-Bor-Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge, und das Behandeln umfasst: eine thermische Härtungsbehandlung, bei der das Gefüge in ein martensitisches Gefü ge umgewandelt wird,

und vorzugsweise eine mechanische Behandlung, bevorzugt ein mechanisches Umformen, vor, während und/oder nach der thermischen Härtungsbehandlung. Verfahren nach einem der Aspekte 30 bis 31 , wobei das Behandeln zumindest die folgenden Schritte umfasst:

(i) ein thermisches Behandeln, bei dem das Gefüge des Stahlsubstrats des bereit gestellten oder hergestellten Bauteils so lange bei einer Temperatur oberhalb von Ac3 gehalten wird, bis das Gefüge vollständig oder teilweise in ein austeni- tisches Gefüge umgewandelt ist,

(ii) mechanisches Umformen des Bauteils, vor, während und/oder nach dem ther mischen Behandeln,

(iii) Abkühlen des Bauteils von der Temperatur oberhalb von Ac3, während und/oder nach dem mechanischen Umformen, bevorzugt auf eine Temperatur von weni ger als 100 °C, sodass im Stahlsubstrat ein martensitisches Gefüge entsteht, vorzugsweise mit einer Abkühlrate > 20 K/s und/oder den folgenden Schritt umfasst: mechanisches Behandeln, wobei die Porosität der Korrosionsschutzbeschichtung und/oder der metallischen Zwischenschicht verringert wird. Verwendung von Titan als Hauptbestandteil einer Diffusionsbarriere zwischen einem Stahlsubstrat (3), dessen Gefüge in ein martensitisches Gefüge umwandelbar ist, und einer Korrosionsschutzbeschichtung (1), deren Hauptbestandteil Zink oder Mangan ist. Verwendung nach Aspekt 33, in einem Verfahren zur Herstellung eines gehärteten, vor zugsweise eines pressgehärteten Bauteils, bevorzugt eines pressgehärteten Bauteils ei nes Kraftfahrzeugs, besonders bevorzugt eines pressgehärteten Bauteils ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Stoßfängerguerträger, Seitenaufprallträger, Säulen und Karosserieverstärkungen. Verwendung eines Bauteils nach einem der Aspekte 1 bis 11 zum Herstellen eines ge härteten Bauteils nach einem der Aspekte 12 bis 18.

Abbildungen

Fig. 1 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Bauteil mit einem Stahlsubstrat (3), dessen Gefüge in ein martensitisches Gefüge umwandelbar ist, einer das Stahlsubstrat bede ckenden metallischen Zwischenschicht (2), deren Hauptbestandteil Titan ist, sowie ei ner die Zwischenschicht (2) bedeckenden Korrosionsschutzbeschichtung (1). Details für ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Bauteil ergeben sich aus Beispiel 1 , unten.

Fig. 2 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes gehärtetes Bauteil wie es nach einer thermi schen Behandlung (Warmumformung) eines erfindungsgemäßen Bauteils vorliegt, wo bei das Stahlsubstrat (6) und die Korrosionsschutzbeschichtung (4) durch eine Über gangszone (5) verbunden sind. Vergleiche Beispiel 2, unten.

Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 sind zusammenfassende zeichnerische Darstellungen auf Basis exem plarischer experimenteller Rohdaten.

Fig. 3 zeigt die Ergebnisse von GDOES-Messungen (nach ISO 11505:2012) an einem erfin dungsgemäßen Bauteil, einem erfindungsgemäßen gehärteten Bauteil und - zum Ver gleich - einem nicht erfindungsgemäßen gehärteten Bauteil für das Element Eisen (Fe). Die X-Achse gibt die Entfernung von der Probenoberfläche (d.h. die Tiefe) in Mikrome ter an. Die Y-Achse gibt den Massenanteil an Eisen (in Prozent) in dem jeweils unter suchten Volumen der Probe an.

Die Volllinie [ 0 min. (Ti) ] stellt Messwerte dar, die an einem erfindungsgemäßen Bau teil (mit Zwischenschicht aus Titan) bestimmt wurden. Als Stahlsubstrat wurde ein 22MnB5-Substrat eingesetzt, die das Stahlsubstrat bedeckende metallische Zwischen schicht (2), deren Hauptbestandteil Titan ist, bestand aus Titan (lediglich enthaltend un vermeidliche Verunreinigungen) und die die Zwischenschicht (2) bedeckende Korrosi onsschutzbeschichtung (1) bestand aus Zink (lediglich enthaltend unvermeidliche Ver unreinigungen). Die Volllinie in Fig. 3 korrespondiert mit den Volllinien in Fig. 4 und Fig. 5; die den Volllinien in Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 zugrundeliegenden Messpunkte entstam men jeweils einer gemeinsamen GDOES-Messung.

Die Strichlinie [ 5 min. (Ti) ] stellt Messwerte dar, die an einem erfindungsgemäßen ge härteten Bauteil bestimmt wurden. Das vermessene gehärtete Bauteil wurde durch War mumformung bei 880°C mit einer Haltedauer von 5 Minuten aus einem erfindungsge mäßen Bauteil erhalten. Die Strichlinie in Fig. 3 korrespondiert mit den Strichlinien in Fig. 4 und Fig. 5; die den Strichlinien in Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 zugrundeliegenden Messpunkte entstammen jeweils einer gemeinsamen GDOES-Messung. Die Strichpunktlinie [ 5 min. ] stellt Messwerte dar, die an einem nicht erfindungsgemä ßen gehärteten Bauteil gemessen wurden welches durch Warmumformung bei 880 °C mit einer Haltedauer von 5 Minuten aus einem entsprechenden nicht erfindungsgemä ßen Bauteil (ohne Titan-Zwischenschicht) erhalten wurde. Das Stahlsubstrat (3) ist hier beispielhaft ein 22MnB5-Substrat; eine das Stahlsubstrat bedeckende metallische Zwi schenschicht (2) war hier nicht vorhanden, stattdessen kontaktierte die Korrosions schutzbeschichtung (1), hier beispielhaft bestehend aus Zink, unmittelbar das Stahlsub strat. Untersuchungsergebnisse zu einem entsprechenden nicht erfindungsgemäßen Bauteil sind in Fig. 3 nicht enthalten. Die Strichpunktlinie in Fig. 3 korrespondiert mit der Strichpunktlinie in Fig. 4; die den Strichpunktlinien in Fig. 3 und Fig. 4 zugrundeliegen den Messpunkte entstammen jeweils einer gemeinsamen GDOES-Messung.

Fig. 4 zeigt die Ergebnisse von GDOES-Messungen (nach ISO 11505:2012) an einem erfin dungsgemäßen Bauteil, einem erfindungsgemäßen gehärteten Bauteil und - zum Ver gleich - einem nicht erfindungsgemäßen gehärteten Bauteil für das Element Zink (Zn). Die X-Achse gibt die Entfernung von der Probenoberfläche (d.h. die Tiefe) in Mikrome ter an. Die Y-Achse gibt den Massenanteil an Zink (in Prozent) in dem jeweils untersuch ten Volumen der Probe an.

Die Volllinie [ 0 min. (Ti) ] stellt Messwerte dar, die an einem erfindungsgemäßen Bau teil (mit Zwischenschicht aus Titan) bestimmt wurden. Als Stahlsubstrat wurde ein 22MnB5-Substrat eingesetzt, die das Stahlsubstrat bedeckende metallische Zwischen schicht (2), deren Hauptbestandteil Titan ist bestand aus Titan (lediglich enthaltend un vermeidliche Verunreinigungen) und die die Zwischenschicht (2) bedeckende Korrosi onsschutzbeschichtung (1) bestand aus Zink (lediglich enthaltend unvermeidliche Ver unreinigungen).

Die Strichlinie [ 5 min. (Ti) ] stellt Messwerte dar, die an einem erfindungsgemäßen ge härteten Bauteil bestimmt wurden. Das vermessene gehärtete Bauteil wurde durch War mumformung bei 880°C mit einer Haltedauer von 5 Minuten aus einem erfindungsge mäßen Bauteil erhalten.

Die Strichpunktlinie [ 5 min. ] stellt Messwerte dar, die an einem nicht erfindungsgemä ßen gehärteten Bauteil gemessen wurden welches durch Warmumformung bei 880 °C mit einer Haltedauer von 5 Minuten aus einem entsprechenden Bauteil erhalten wurde. Das Stahlsubstrat (3) ist hier beispielhaft ein 22MnB5-Substrat; eine das Stahlsubstrat bedeckende metallische Zwischenschicht (2) war hier nicht vorhanden, stattdessen kon taktierte die Korrosionsschutzbeschichtung (1), hier beispielhaft bestehend aus Zink, un- mittelbar das Stahlsubstrat. Untersuchungsergebnisse zu einem entsprechenden nicht erfindungsgemäßen Bauteil sind in Fig. 4. nicht enthalten.

Fig. 5 zeigt die Ergebnisse von GDOES-Messungen (nach ISO 11505:2012) an einem erfindungsgemäßen Bauteil und einem erfindungsgemäßen gehärteten Bauteil für das Element Titan (Ti). Die X-Achse gibt die Entfernung von der Probenoberfläche (d.h. die Tiefe) in Mikrometer an. Die Y-Achse gibt den Massenanteil an Titan (in Prozent) in dem jeweils untersuchten Volumen der Probe an.

Die Volllinie [ 0 min. (Ti) ] stellt Messwerte dar, die an einem erfindungsgemäßen Bauteil (mit Zwischenschicht aus Titan) bestimmt wurden. Als Stahlsubstrat wurde ein 22MnB5-Substrat eingesetzt, die das Stahlsubstrat bedeckende metallische Zwischenschicht (2), deren Hauptbestandteil Titan ist, bestand aus Titan (lediglich enthaltend unvermeidliche Verunreinigungen) und die die Zwischenschicht (2) bedeckende Korrosionsschutzbeschichtung (1) bestand aus Zink (lediglich enthaltend unvermeidliche Verunreinigungen). Die Volllinie in Fig. 5 korrespondiert mit den Volllinien in Fig. 3 und Fig. 4; die den Volllinien in Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 zugrundeliegenden Messpunkte entstammen jeweils einer gemeinsamen GDOES-Messung.

Die Strichlinie [ 5 min. (Ti) ] stellt Messwerte dar, die an einem erfindungsgemäßen gehärteten Bauteil bestimmt wurden. Das vermessene gehärtete Bauteil wurde durch Warmumformung bei 880°C mit einer Haltedauer von 5 Minuten aus einem erfindungsgemäßen Bauteil erhalten.

Beispiel 1 - Herstellung und Untersuchung eines erfindunqsqemäßen Bauteils

Auf ein bereitgestelltes 22MnB5-Substrat (Mangan-Bor-Stahl mit ferritisch-perlitischem Gefüge, als Beispiel eines Stahlsubstrats, dessen Gefüge in ein martensitisches Gefüge umwandelbar ist) wurde mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) eine metallische Zwischenschicht aus Ti in einer Dicke von ca. 250 nm appliziert (als Beispiel für eine das Stahlsubstrat bedeckende metallische Zwischenschicht, deren Hauptbestandteil Ti ist). Das Applizieren mittels physikalischer Gasphasenabscheidung erfolgte bei einem Partialdruck von Sauerstoff von weniger als 0.001 mbar. Dabei wurde das Applizieren der metallischen Zwischenschicht aus Titan mittels physikalischer Gasphasenabscheidung so gesteuert, dass zumindest 95% der Fläche des Stahlsubstrats mit der metallischen Zwischenschicht bedeckt wurden.

Auf diese metallische Zwischenschicht wurde eine einzelne ca. 5 pm dicke Zn-Schicht appliziert (als Beispiel für eine die Zwischenschicht bedeckende Korrosionsschutzbeschichtung; die Ver Wendung von Mangan oder von Zink-Mangan-Legierungen ist gleichermaßen vorteilhaft, wie eigene Untersuchungen gezeigt haben).

Fig. 1 zeigt schematisch den resultierenden Aufbau des beispielhaft hergestellten Bauteils mit dem Stahlsubstrat (3), der das Stahlsubstrat bedeckenden metallischen Zwischenschicht (2), deren Hauptbestandteil Titan ist, sowie der die Zwischenschicht (2) bedeckenden Korrosionsschutzbeschichtung (1). Die Beschichtung der metallischen Zwischenschicht mit der Korrosionsschutzbeschichtung erfolgte hier so, dass zumindest 95 % der dem Stahlsubstrat (3) zugewandten Fläche der Korrosionsschutzbeschichtung (1) an der metallischen Zwischenschicht (2) anlag und dadurch vom Stahlsubstrat (3) getrennt war.

Die beschriebene Vorgehensweise steht beispielhaft für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Bauteils.

Das so erhaltene Bauteil wurde mittels GDOES-Messungen untersucht; die Ergebnisse sind in Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 als Volllinien (für Eisen, Zink beziehungsweise Titan) dargestellt.

Die Messwerte zeigen, dass Zink an der Bauteiloberfläche als einziges Metall detektiert wird und ab einer Tiefe von etwa 5 pm nicht mehr detektiert wird. Eisen wird erst ab einer Probentiefe von etwa 3 pm detektiert und liegt ab einer Tiefe von etwa 5 pm als einziges der hier betrachteten Metalle vor.

Die Messwerte für Titan (als Material der Zwischenschicht) weisen ein Maximum bei einer Tiefe von etwa 4 pm auf. Der mittels GDOES ermittelte Massenanteil des Titans erreicht dabei keine 100%; dies ist insbesondere auf die, im Verhältnis zur Schichtdicke, große laterale Ausdehnung des Messfleckes (Durchmesser ca. 4 mm) zurückzuführen, wodurch sich das Signal bezüglich der Tiefenauflösung erheblich verbreitert. Titan wird im Ergebnis aufgrund der gewählten Messmethode im jeweils beprobten Volumen in seinem relativen Massenanteil unterbewertet.

Nicht überall entlang des Tiefenprofils addieren sich die Massenanteile der aufgetragenen Elemente Eisen, Zink und Titan zu 100%. Grund hierfür ist insbesondere, dass das Zink insbesondere an der Oberfläche oxidiert, dort also auch noch Sauerstoff in der Schicht existiert. Der Sauerstoffanteil ist in den Figuren 3, 4 und 5 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.

Beispiel 2 - Herstellung und Untersuchung eines erfindunqsqemäßen gehärteten Bauteils

2.1 Herstellung eines erfindungsgemäßen Bauteils: Es wurde zunächst ein Bauteil hergestellt, dass sich von dem in Beispiel 1 beschriebenen Bau teil lediglich hinsichtlich der Dicke der Zn-Korrosionsschutzbeschichtung unterscheidet; abwei chend von der in Beispiel 1 gewählten Dicke der Zn-Korrosionsschutzbeschichtung von ca. 5 pm wurde eine Dicke von ca. 10 pm für die Zn-Korrosionsschutzbeschichtung gewählt. Dieses Vorgehen diente einer besseren Vergleichbarkeit der Analyseergebnisse, denn die Dicke einer mittels PVD applizierten Zn-Korrosionsschutzbeschichtung reduzierte sich durch Komprimie rung (unter Reduktion der Porosität) sowie Abdampfung von Zink im Warmumformprozess in eigenen Untersuchungen etwa auf die Hälfte. So entsprechen die Dicken der Zn-Korrosions- schutzbeschichtung des Bauteils aus Beispiel 1 (ohne Warmumformung) und des gehärteten Bauteils aus Beispiel 2 (nach der Warmumformung) einander in etwa.

2.2 Herstellung des erfindungsgemäßen gehärteten Bauteils durch Warmumformung

Das gemäß 2.1 hergestellte erfindungsgemäße Bauteil wurde in einem Warmumformungspro zess bei 880°C und mit einer beispielhaften Haltedauer von 5 Minuten (so dass vollständig oder teilweise ein austenitisches Gefüge im Stahlsubstrat entsteht), sowie anschließendem Abküh len zu einem erfindungsgemäßen gehärteten Bauteil mit einem martensitischen Gefüge gehär tet. Schematisch zeigt Fig. 2 den Aufbau des resultierenden erfindungsgemäßen gehärteten Bauteils.

2.3. GDOES - Untersuchungen

Das erfindungsgemäße gehärtete Bauteil wurde mittels GDOES untersucht, die Ergebnisse sind in Fig. 3, Fig. 4 und Fig. 5 als Strichlinie dargestellt. Die Messergebnisse zeigen das Vorliegen einer Übergangszone im erfindungsgemäßen Bauteil, in der Eisen, Titan und Zink vorliegen, wobei ausgehend von einem dem Stahlsubstrat nahen Bereich der Übergangszone in Richtung der Korrosionsschutzbeschichtung ein Wechsel des metallischen Hauptbestandteils erfolgt, von Eisen zum Zink. Die Übergangszone verbindet Stahlsubstrat und Korrosionsschutzbeschich tung. Diese Eigenschaften der (sehr schmalen, hier etwa 5 pm dicken) Übergangszone sind da bei auf die hervorragende Diffusionsbarrierewirkung der metallischen Zwischenschicht aus Ti tan zurückzuführen, die im erfindungsgemäßen Bauteil vorlag (vergleiche Punkt 2.1). Die Mes sungen verdeutlichen, dass in der dem Stahlsubstrat zugewandten Zone der Übergangszone Eisen, Zink und Titan legiert vorliegen (gleichermaßen vorteilhaft kann erfindungsgemäß statt Zink oder zusätzlich zu Zink auch Mangan Bestandteil dieser Legierung sein, wenn es als Be standteil der Korrosionsschutzbeschichtung gewählt wird). Der Massenanteil von Eisen in einer Tiefe von ca. 2 pm, gemessen von der Außenfläche der Korrosionsschutzbeschichtung, liegt bei unter 5 % (vergleiche Fig. 3). Der Massenanteil von Titan besitzt ein Maximum in einer Tie fe zwischen 3 und 5 pm, gemessen von der Außenfläche der Korrosionsschutzbeschichtung (vergleiche Fig. 5).

2.4. Vergleich / Bewertung / Fazit:

Im Vergleich mit Vergleichsbauteilen beziehungsweise gehärteten Vergleichsbauteilen, die bei ansonsten analogem Aufbau keine Zwischenschicht (Diffusionsbarriere) aus Titan bzw. keine Übergangszone enthielten, zeichnen sich die erfindungsgemäßen Produkte insbesondere da durch aus, dass das Eindringen des Zinks in das Stahlsubstrat drastisch verringert war. Gleich zeitig war in erfindungsgemäßen Produkten das Vordringen von Eisen aus dem Stahlsubstrat in die Korrosionsschutzbeschichtung drastisch reduziert. Typische Kurvenverläufe für Vergleich sprodukte (ohne Zwischenschicht) sind in den Figuren 3 und 4 eingetragen, jeweils für eine Warmumformung bei 880°C mit einer Haltedauer von 5 Minuten. Der Fachmann erkennt, dass die wechselseitige Durchdringung von Zink und Eisen in den Vergleichsprodukten sehr viel deut licher ausgeprägt war als in den erfindungsgemäßen Produkten. In den erfindungsgemäßen Produkten hat somit die Zwischenschicht (Diffusionsbarriere) aus Titan eine solche wechsel seitige Durchdringung weitgehend verhindert. Beispiel 5

Das in Beispiel 2.2 erstellte und gemäß Beispiel 2.3 mittels GDOES analysierte gehärtete Bauteil wurde ergänzend nasschemisch analysiert. Dazu wurde die Korrosionsschutzbeschichtung in Säure gelöst und im Anschluss mittels IPC-OES (Inductively coupled plasma optical emissi- on spectrometry, Optische Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma) nach DIN EN ISO 11885:2009-09 analysiert. Der Anteil an Fe in der Korrosionsschutzbeschichtung (nach 5 Minuten Glühdauer) wurde zu (3,2 ± 0,1) Gew.-% ermittelt, bezogen auf die betrachteten Elemente Zink, Eisen, Aluminium, Titan und Mangan. Auch dieses Ergebnis zeigt deutlich, dass die metallische Zwischenschicht aus Titan eine Eisendiffusion aus dem Stahlsubstrat in die Korrosionsschutzbeschichtung zumindest weitgehend verhinderte.