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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR PRODUCING A PRESS-QUENCHED PART
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/011644
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a method for producing a steel component comprising a substrate and a covering, to a corresponding steel component and to the use thereof in the automotive sector.

Inventors:
ROSENSTOCK DIRK (DE)
RUTHENBERG MANUELA (DE)
Application Number:
PCT/EP2018/067051
Publication Date:
January 17, 2019
Filing Date:
June 26, 2018
Export Citation:
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Assignee:
THYSSENKRUPP STEEL EUROPE AG (DE)
THYSSENKRUPP AG (DE)
International Classes:
C21D1/673; B21D22/02; B21D22/20; B32B15/01; C21D9/00; C22C21/02; C22C38/02; C22C38/04; C22C38/06; C22C38/28; C22C38/32; C23C2/12
Domestic Patent References:
WO2015036151A12015-03-19
Foreign References:
US20160362763A12016-12-15
JP2009293078A2009-12-17
KR101287018B12013-07-17
US20110165436A12011-07-07
JP2004002932A2004-01-08
DE69907816T22004-03-11
DE69907816T22004-03-11
Other References:
VEIT R ET AL: "Investigation of the Phase Formation of AlSi-Coatings for Hot Stamping of Boron Alloyed Steel", AIP CONFERENCE PROCEEDINGS, AMERICAN INSTITUTE OF PHYSICS, NEW YORK, US, vol. 1315, 1 January 2010 (2010-01-01), pages 769 - 774, XP009505200, ISSN: 0094-243X, DOI: 10.1063/1.3552543
WINDMANN M ET AL: "Formation of intermetallic phases in Al-coated hot-stamped 22MnB5 sheets in terms of coating thickness and Si content", SURFACE AND COATINGS TECHNOLOGY, vol. 246, 11 March 2014 (2014-03-11), pages 17 - 25, XP028839531, ISSN: 0257-8972, DOI: 10.1016/J.SURFCOAT.2014.02.056
HOFFMANN, HARTMUT; NEUGEBAUER, REIMUND; SPUR, GÜNTER: "Handbuch Umformen", 2012, CARL HANSER VERLAG GMBH & CO. KG., pages: 109 - 165,196-207
Attorney, Agent or Firm:
ZENZ PATENTANWÄLTE PARTNERSCHAFT MBB (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Stahlbauteils umfassend ein Substrat und einen Überzug, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegewinkel a des Stahlbauteils und der arithmetische Mitten- rauwert Ra nach DIN EN 10049:2014-03 gemäß der allgemeinen Formel (1) miteinander verknüpft sind, umfassend wenigstens die Schritte:

(A) Bereitstellen eines Stahlflachproduktes enthaltend (alle Angaben in Gew.-%)

0, 15 bis 0,50 C,

0,50 bis 3,0 Mn,

0, 10 bis 0,50 Si,

0,01 bis 1,00 Cr,

bis zu 0,20 Ti,

bis zu 0, 10 AI,

bis zu 0, 10 P,

bis zu 0, 1 Nb,

bis zu 0,01 N,

bis zu 0,05 S und

bis zu 0, 1 B,

Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, mit einem Überzug enthaltend (alle Angaben in Gew.-%)

3 bis 15 Si,

1 bis 3,5 Fe,

bis zu 0,5 Alkali- und/oder Erdalkalimetalle,

Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen,

Behandeln des Stahlflach Produktes bei einer Ofentemperatur T1 (in K) für eine Dauer ti (in h), so dass p1 gemäß der Gleichung der allgemeinen Formel (2) einen Wert von 8 bis

30 aufweist

(C) Umformen des aufgeheizten Stahlflachproduktes aus Schritt (B) in einem Formwerkzeug unter gleichzeitigem Abkühlen, um das Stahlbauteil zu erhalten.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlflachprodukt eine Platine aus einem Warmband oder eine Platine aus einem Kaltband ist.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug durch eine Feu- erbeschichtung, eine elektrolytische Beschichtung oder mittels eines Stückbeschichtungsprozes- ses erfolgt.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflagegewicht des beidseitigen Überzugs 30 bis 360 g/m2 beträgt.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abkühlen in Schritt (C) bei einer Abkühlrate von 27 bis 1000 K/s erfolgt.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Ti 1070 bis 1350 K beträgt.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ti 0,02 bis 0,5 h beträgt.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Überzug auf einer Seite des Stahlflachproduktes oder auf beiden Seiten des Stahlflachproduktes vorliegt.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Verfahrensschritt zwischen Schritt (A) und Schritt (B) an das Stahlflachprodukt zumindest ein besonderer Bereich angefügt oder weiter ausgearbeitet wird, so dass der besondere Bereich zumindest eines der Attribute Auflagegewicht, Blechdicke, chemische Zusammensetzung, aufweist, das abweichend von dem Stahlflachprodukt vor diesem weiteren Verfahrensschritt ist, wobei die Gleichung der allgemeinen Formel (1) nur für die Bereiche gilt, die im ursprünglichen Stahlflachprodukt bereits vorhanden waren, oder dass in einem weiteren Verfahrensschritt in Schritt (C) zumindest ein besonderer Bereich des Stahlflachproduktes weiter ausgearbeitet wird, so dass der besondere Bereich andere Abkühlbedingungen im Werkzeug erfährt, als in einem üblichen Presshärteprozess, wobei die Gleichung der allgemeinen Formel (1) nur für die Bereiche gilt, die mittels üblichem Presshärteprozess erzeugt wurden .

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Stahlflachprodukt in dem weiteren Verfahrensschritt in zumindest einem Bereich durch ein zusätzlich aufgebrachtes, anderes oder gleichartiges Stahlflachprodukt (z.B. durch Fügen) verstärkt bzw. dicker ausgeführt wird, als in den nicht verstärkten Bereichen.

11. Stahlbauteil umfassend ein Substrat enthaltend (alle Angaben in Gew.-%)

0, 15 bis 0,50 C,

0,50 bis 3,0 Mn,

0, 10 bis 0,50 Si,

0,01 bis 1,00 Cr,

bis zu 0,20 Ti,

bis zu 0, 10 AI,

bis zu 0, 10 P,

bis zu 0, 1 Nb,

bis zu 0,01 N,

bis zu 0,05 S und

bis zu 0, 1 B,

Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, und einen Überzug enthaltend (alle Angaben in Gew.-%)

3 bis 15 Si,

1 bis 3,5 Fe,

bis zu 0,5 Alkali- und/oder Erdalkalimetalle,

Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen, dadurch gekennzeichnet, dass der Biegewinkel a des Stahlbauteils und der arithmetische Mit- tenrauwert Ra (in μιτι) nach DIN EN 10049:2014-03 gemäß der allgemeinen Formel (1) a

a = 14,826 — + 26,193 (1) miteinander verknüpft sind .

Stahlbauteil nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es durch Umformen eines ent sprechenden Stahlflachproduktes erhalten wird, wobei das Stahlflachprodukt vor dem Umfor men bei einer Ofentemperatur T1 (in K) für eine Dauert ti (in h) behandelt worden ist, so dass p gemäß der Gleichung der allgemeinen Formel (2) einen Wert von 8 bis 30 aufweist

13. Stahlbauteil nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Auflagegewicht des beidseitigen Überzugs 30 bis 360 g/m2 beträgt.

14. Stahlbauteil enthaltend (alle Angaben in Gew.-%)

0, 15 bis 0,50 C,

0,50 bis 3,0 Mn,

0, 10 bis 0,50 Si,

0,01 bis 1,00 Cr,

bis zu 0,20 Ti,

bis zu 0, 10 AI,

bis zu 0, 10 P,

bis zu 0, 1 Nb,

bis zu 0,01 N,

bis zu 0,05 S und

bis zu 0, 1 B,

Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen als Substrat, mit einem Überzug enthaltend (alle Angaben in Gew.-%)

3 bis 15 Si,

1 bis 3,5 Fe,

bis zu 0,5 Alkali- und/oder Erdalkalimetalle,

Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen, dadurch gekennzeichnet, dass es nach dem Presshärten einen arithmetischen Mittenrauwert Ra nach DIN EN 10049:2014-03 von 1 ,30 bis 2,30 μιη aufweist.

Verwendung eines beschichteten Stahlbauteils nach einem der Ansprüche 11 bis 14, im Automobilsektor, insbesondere als Stoßstangenträger/-verstärkung, Türverstärkung, B-Säulen-Verstärkung, A-Säulen-verstärkung, Dachrahmen oder Schweller.

Description:
Verfahren zur Herstellung eines pressgehärteten Bauteils

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines Stahlbauteils umfassend ein Substrat und einen Überzug, ein entsprechendes Stahlbauteil und dessen Verwendung im Automobilsektor.

Technischer Hintergrund

Um die im modernen Karosseriebau geforderte Kombination aus geringem Gewicht, maximaler Festigkeit und Schutzwirkung zu bieten, werden heutzutage in den Bereichen der Karosserie, die im Fall eines Crashs besonders hohen Belastungen ausgesetzt sein können, Bauteile eingesetzt, die aus hochfesten Stählen warmumgeformt werden. Beim Warmumformen, auch Warmpresshärten genannt, werden Stahlplatinen, die zuvor von kalt- oder warmgewalztem Stahlband abgeteilt werden, auf eine Verformungstemperatur erwärmt, die im Allgemeinen oberhalb der Austenitisierungstemperatur des jeweiligen Stahls liegt, und im erwärmten Zustand in das Werkzeug einer Umformpresse gelegt. Im Zuge der anschließend durchgeführten Umformung erfährt der Blechzuschnitt bzw. das aus ihm geformte Bauteil durch den Kontakt mit dem kühlen Werkzeug eine schnelle Abkühlung . Die Abkühlraten sind dabei so eingestellt, dass sich im Bauteil ein Härtegefüge ergibt.

WO 2015/036151 AI offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines mit einem metallischen, vor Korrosion schützenden Überzug versehenen Stahlbauteils und ein entsprechendes Stahlbauteil. Das Verfahren gemäß diesem Dokument umfasst das Beschichten eines Stahlflachproduktes mit einer Legierung aus Aluminium, Zink, Magnesium und gegebenenfalls Silizium und Eisen, Schneiden einer Platine aus dem Stahlflachprodukt, Erwärmen der Platine und Umformen der Platine, um das gewünschte Stahlbauteil zu erhalten.

DE 699 07 816 T2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines beschichteten warm- und kaltgewalzten Stahlblechs mit sehr hoher Festigkeit nach thermischer Behandlung . Dazu wird ein Stahlflachprodukt mit einem Überzug versehen und thermisch behandelt. Bei der thermischen Behandlung wird das Werkstück auf eine Temperatur von über 750 °C erwärmt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung von Stahlbauteilen umfassend ein Substrat und einen Überzug zur Verfügung zu stellen, mit dem entsprechende Stahlbauteile erhalten werden können, die sich durch einen besonders hohen Biegewinkel α gemäß VDA 238-100 und damit auch durch ein verbessertes Crashverhalten bei ihrem Einsatz im Automobilsektor auszeich- nen. Des Weiteren soll erfindungsgemäß in beschichteten Stahlflachprodukten der arithmetische Mittenrauwert R a in einem bestimmten optimalen Intervall liegen um dadurch einen optimierten Biegewinkel zu erreichen, um die Eigenschaften der Stahlflachprodukte zu verbessern .

Gelöst wird diese Aufgabe durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Stahlbauteils umfassend ein Substrat und einen Überzug, wobei der Biegewinkel a des Stahlbauteils (in °) nach VDA238-100 und der arithmetische Mittenrauwert R a (in μιη) nach DIN EN 10049:2014-03 gemäß der allgemeinen Formel (1) miteinander verknüpft sind, umfassend wenigstens die Schritte:

(A) Bereitstellen eines Stahlflach Produktes enthaltend (alle Angaben in Gew.-%)

0, 15 bis 0,50 C,

0,50 bis 3,0 Mn,

0, 10 bis 0,50 Si,

0,01 bis 1,00 Cr,

bis zu 0,20 Ti,

bis zu 0, 10 AI,

bis zu 0, 10 P,

bis zu 0, 1 Nb,

bis zu 0,01 N ,

bis zu 0,05 S und

bis zu 0, 1 B,

Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, mit einem Überzug enthaltend (alle Angaben in Gew.-%)

3 bis 15 Si,

1 bis 3,5 Fe,

bis zu 0,5 Alkali- und/oder Erdalkalimetalle,

Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen, (B) Behandeln des Stahlflachproduktes bei einer Ofentemperatur T 1 (in K) für eine Dauer ti (in h), so dass p 1 gemäß der Gleichung der allgemeinen Formel (2) einen Wert von 8 bis 30 aufweist

(C) Umformen des aufgeheizten Stahlflachproduktes aus Schritt (B) in einem Formwerkzeug unter gleichzeitigem Abkühlen, um das Stahlbauteil zu erhalten.

Des Weiteren werden diese Aufgaben auch gelöst durch ein entsprechendes Stahlbauteil und durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Stahlbauteils im Automobilsektor, insbesondere als Stoßstangen- träger/-verstärkung, Türverstärkung, B-Säulen-Verstärkung, A-Säulen-Verstärkung, Dachrahmen oder Schweller.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird im Folgenden detailliert beschrieben :

Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Bereitstellen eines Stahlflachproduktes enthaltend (alle Angaben in Gew.-%)

0, 15 bis 0,50 bevorzugt 0,20 bis 0,30, besonders bevorzugt 0,21 bis 0,25 C,

0,50 bis 3,0, bevorzugt 0,80 bis 2,00, besonders bevorzugt 1 ,00 bis 1,50 Mn,

0, 10 bis 0,50, bevorzugt 0, 15 bis 0,40, besonders bevorzugt 0,20 bis 0,30 Si,

0,01 bis 1 ,00, bevorzugt 0, 10 bis 0,5, besonders bevorzugt 0, 10 bis 0,40 Cr,

bis zu 0,20, bevorzugt 0,01 bis 0, 10, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,04 Ti,

bis zu 0, 10, bevorzugt 0,01 bis 0,05, besonders bevorzugt 0,02 bis 0,05 AI,

bis zu 0, 10, bevorzugt 0,00 bis 0,05, besonders bevorzugt 0,00 bis 0,02 P,

bis zu 0, 1 , bevorzugt 0,001 bis 0, 1 Nb,

bis zu 0,01 N,

bis zu 0,05, bevorzugt 0,00 bis 0,005, besonders bevorzugt 0,00 bis 0,003 S und

bis zu 0, 1 , bevorzugt 0,001 bis 0,05, besonders bevorzugt 0,002 bis 0,0035 B,

Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, mit einem Überzug enthaltend (alle Angaben in Gew.-%)

3 bis 15 Si,

1 bis 3,5 Fe,

bis zu 0,5 Alkali- und/oder Erdalkalimetalle, Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen.

Unvermeidbare Verunreinigungen im Substrat sind erfindungsgemäß beispielsweise Cu, Mo, V, Ni und/oder Sn.

Erfindungsgemäß kann in Schritt (A) des erfindungsgemäßen Verfahrens jedes dem Fachmann als geeignet erscheinende Stahlflachprodukt mit der entsprechenden Analyse und einem entsprechenden Überzug verwendet werden. Bevorzugt handelt es sich bei dem eingesetzten Stahlflachprodukt um ein Band, insbesondere ein Warmband oder ein Kaltband, um ein Blech, d . h. ein Stück eines Warmbandes oder eines Kaltbandes, oder um eine Platine aus einem Warmband oder eine Platine aus einem Kaltband . Die vorliegende Erfindung betrifft bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei das Stahlflachprodukt eine Platine aus einem Warmband oder eine Platine aus einem Kaltband ist.

Verfahren zur Herstellung eines Warmbandes bzw. eines Kaltbandes sind dem Fachmann an sich bekannt und beispielsweise beschrieben in Hoffmann, Hartmut; Neugebauer, Reimund; Spur, Günter (2012): Handbuch Umformen. München : Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG., Seiten 109 bis 165 und Seiten 196 bis 207.

Das erfindungsgemäß beschaffene Stahlflachprodukt wird mit einem Überzug versehen, wobei der Überzug bevorzugt 3 bis 15, besonders bevorzugt 7 bis 12, ganz besonders bevorzugt 9 bis 10 Si, 1 bis 3,5, bevorzugt 2 bis 3,5 Fe, bis zu 0,5 Alkali- und/oder Erdalkalimetalle, beispielsweise Magnesium, Kalzium und/oder Lithium, Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen enthält (alle Angaben in Gew.-%).

Verfahren zur Herstellung eines entsprechenden beschichteten Stahlflachproduktes sind dem Fachmann an sich bekannt, beispielsweise kann der Überzug durch eine Feuerbeschichtung, eine elektrolytische Beschichtung oder mittels eines Stückbeschichtungsprozesses erfolgen. Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei der Überzug durch eine Feuerbeschichtung, eine elektrolytische Beschichtung oder mittels eines Stückbeschichtungsprozesses erfolgt.

Vorzugsweise erfolgt das Aufbringen der Aluminium-Silizium-Eisen-Legierung mittels eines kontinuierlichen Feuerbeschichtungsprozesses.

Vorzugsweise liegt bei der Beschichtung die Temperatur des Aluminium-Schmelzbades zwischen 650 °C und 720 °C.

Silizium im Überzug wirkt als Diffusionsblocker und dient der Beruhigung des Schmelzenbades beim Aufbringen des aus der Aluminium-Legierung gebildeten Überzuges mittels Feuerbeschichtung. Die Dicke des Überzugs liegt erfindungsgemäß bevorzugt bei 5 bis 60 μιτι, vorzugsweise 10 bis 40 μιτι. Daraus ergibt sich ein erfindungsgemäßes Auflagengewicht des beidseitigen Überzugs von 30 bis 360 g/m 2 , bevorzugt 100 bis 200 g/m 2 , besonders bevorzugt 120 bis 180 g/m 2 , beispielsweise 150 g/m 2 . Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei das Auflagegewicht des beidseitigen Überzugs 30 bis 360 g/m 2 beträgt.

Erfindungsgemäß kann der Überzug auf einer Seite des Stahlflachproduktes oder auf beiden Seiten des Stahlflachproduktes vorliegen. Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei der Überzug auf einer Seite des Stahlflachproduktes oder auf beiden Seiten des Stahlflachproduktes, insbesondere auf beiden Seiten des Stahlflach Produktes, vorliegt.

Erfindungsgemäß bevorzugt wird das beschichtete Stahlflachprodukt aus Schritt (A) direkt in den erfindungsgemäßen Verfahrensschritt (B) überführt. Es ist allerdings auch möglich, dass zwischen den Schritten (A) und (B) weitere Schritte durchgeführt werden, beispielsweise Abtrennen von Bereichen, insbesondere Blechen oder Platinen, des Stahlflach Produktes, beispielsweise durch Scherschneiden oder Laserschneiden, Einbringen von Löchern durch Laserbearbeitung oder Stanzen, vorangehende Wärmebehandlungen zur Veränderung der Eigenschaften des Überzugs oder des Substrates, und/oder Einbringen einer Vorumformung.

Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Behandeln des Stahlflachproduktes bei einer Ofentemperatur Ti (in K) für eine Dauer ti (in h), so dass pi gemäß der Gleichung der allgemeinen Formel (2) einen Wert von 8 bis 30, bevorzugt von 9 bis 30, besonders bevorzugt von 9 bis 26, ganz besonders bevorzugt von 10 bis 22, aufweist

Es hat sich erfindungsgemäß herausgestellt, dass besonders vorteilhafte Produkte, insbesondere bezüglich des Biegewinkels α gemäß VDA 238-100, erhalten werden, wenn in Schritt (B) die Wärmebehandlung so durchgeführt wird, dass der in Gleichung (2) genannte Parameter pl einen Wert von 8 bis 30 aufweist.

In der Gleichung der allgemeinen Formel (2) bedeutet Ti die Ofentemperatur in Kelvin, d .h . die Temperatur, die im Ofen, in dem Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt wird, vorliegt. Erfindungsgemäß können alle dem Fachmann bekannten Öfen eingesetzt werden, beispielsweise Rollenherdöfen, Kammeröfen, Mehrlagenkammeröfen, Hubbalkenöfen . Ti liegt erfindungsgemäß bevorzugt bei 1070 bis 1350 K, besonders bevorzugt 1100 bis 1250 K, wobei gleichzeitig erfüllt sein muss, dass pl nach Gleichung (2) einen Wert von 9 bis 30 aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei Ti bei 1070 bis 1350 K, besonders bevorzugt 1100 bis 1250 K, beträgt.

In der Gleichung der allgemeinen Formel (2) bedeutet ti die Dauer, für die das Stahlflachprodukt der entsprechenden Temperatur Ti ausgesetzt ist. Bevorzugt ist dies der Zeitraum vom Einfahren/Einlegen der Probe in den Ofen bis zum Ausfahren/zur Entnahme der Probe aus dem Ofen. Erfindungsgemäß wird ti in Stunden (h) angegeben, ti liegt erfindungsgemäß bevorzugt bei 0,02 bis 0,50 h, besonders bevorzugt 0,04 bis 0,50 h, wobei gleichzeitig erfüllt sein muss, dass pi nach Gleichung (2) einen Wert von 8 bis 30, bevorzugt von 9 bis 30, besonders bevorzugt von 9 bis 26, ganz besonders bevorzugt von 10 bis 22, aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei ti 0,02 bis 0,50 h, besonders bevorzugt 0,04 bis 0,50 h, beträgt.

Erfindungsgemäß ist es möglich, dass während Schritt (B) über die gesamte Zeit ti eine konstante Temperatur Ti vorherrscht. Es ist erfindungsgemäß auch möglich, dass innerhalb der Zeit ti Temperaturen Ti vorliegen, die nicht konstant sind, beispielweise liegt in einem Teil (a) des Zeitraums ti (t la ) eine Temperatur Ti a vor, in einem weiteren Teil (b) des Zeitraums ti (t lb ) liegt eine Temperatur T lb , und in einem weiteren Teil (c) des Zeitraums ti (t lc ) liegt eine Temperatur T lc etc., vor. In dieser Ausführungsform wird in die Gleichung der allgemeinen Formel (2) der entsprechende Zeitraum ti (ti=t la +t lb +t lc + ...) und der arithmetische Mittelwert der entsprechend zugehörigen Temperaturen, beispielsweise T la , T lb , T lc etc , für Ti eingesetzt, sofern die Temperatur des Ofens 550 °C überschreitet.

Bei Werten von pi unterhalb von 9 liegt der arithmetische Mittenrauwert R a in einem Bereich, der die weiteren Verarbeitungseigenschaften negativ beeinflussen kann, beispielsweise tribologische Eigenschaften bei der Umformung, Wärmeübergang, Lackierbarkeit.

Während Schritt (B) des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere der Zeitraum vom Einfahren/Einlegen der Probe in den Ofen bis zum Ausfahren/zur Entnahme der Probe aus dem Ofen, kommt es zur Ausbildung eines erfindungsgemäß gewünschten arithmetischen Mittenrauwertes R a . Dieser kann nach dem Fachmann bekannten Verfahren bestimmt werden, bevorzugt wird der arithmetische Mittenrauwert R a nach DIN EN 10049:2014-03 in μιη bestimmt, besonders bevorzugt als Durchschnittswert aus 40 Messungen bei beidseitig beschichteten Proben, 20 auf jeder Seite der Proben, jeweils quer zur Walzrichtung der Probe. Bei einseitig beschichteten Proben erfolgt die Messung nur auf der beschichteten Seite.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem weiteren Verfahrensschritt zwischen Schritt (A) und Schritt (B) an das Stahlflachprodukt zumindest ein besonderer Bereich angefügt oder weiter ausgearbeitet, so dass der besondere Bereich zumindest eines der Attribute Auflagegewicht, Blechdicke, chemische Zusammensetzung, aufweist, das abweichend von dem Stahlflachprodukt vor diesem weiteren Verfahrensschritt ist, wobei die Gleichung der allgemeinen Formel (1) nur für die Bereiche gilt, die im ursprünglichen Stahlflachprodukt bereits vorhanden waren, wodurch bevorzugt abweichende mechanische Eigenschaften erzielt werden . In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in einem weiteren Verfahrensschritt in Schritt (C) zumindest ein besonderer Bereich des Stahlflachproduktes weiter ausgearbeitet, so dass der besondere Bereich andere Abkühlbedingungen im Werkzeug (z.B. durch lokale Erwärmung des Werkzeugs) erfährt, als in einem üblichen Presshärteprozess (mit auf < 100°C gekühlten Werkzeugen), wobei die Gleichung der allgemeinen Formel (1) nur für die Bereiche gilt, die mittels üblichem Presshärteprozess erzeugt wurden, wodurch bevorzugt abweichende mechanische Eigenschaften erzielt werden . Diese Ausführungsformen sind dem Fachmann als sogenannte Tailored Blanks, z.B. Tailor-Welded Blanks, Tailor-Rolled Blanks, Tailored Tempering, bekannt.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das Stahlflachprodukt in dem weiteren Verfahrensschritt in zumindest einem Bereich durch ein zusätzlich aufgebrachtes, anderes oder gleichartiges Stahlflachprodukt (z.B. durch Fügen) verstärkt bzw. dicker ausgeführt, als in den nicht verstärkten Bereichen .

Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst das Umformen des aufgeheizten Stahlflachproduktes aus Schritt (B) in einem Formwerkzeug unter gleichzeitigem Abkühlen, um das Stahlbauteil zu erhalten.

Im Allgemeinen können in Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens alle dem Fachmann bekannten Verfahren zum Warmumformen eingesetzt werden, beispielsweise beschrieben in Warmumformung im Automobilbau - Verfahren, Werkstoffe, Oberflächen, Landsberg/Lech: Verl. Moderne Industrie, 2012, Die Bibliothek der Technik.

In Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aus dem Stahlflachprodukt aus Schritt (B) durch Umformen das gewünschte Stahlbauteil erhalten. Damit sich in dem Stahlbauteil das gewünschte Härte- gefüge, d .h . mindestens 80% Martensit, Rest Bainit, Ferrit und Restaustenit, ausbildet, erfolgt das Umformen unter gleichzeitigem Abkühlen . Das Abkühlen in Schritt (C) des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt dabei bevorzugt mit einer Rate von 27 bis 1000 K/s, bevorzugt 50 bis 500 K/s. Die vorliegende Erfindung betrifft daher bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren, wobei das Abkühlen in Schritt (C) bei einer Abkühlrate von 27 bis 1000 K/s erfolgt. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein Stahlbauteil erhalten, umfassend ein Substrat und einen Überzug, wobei der Biegewinkel α (in °) des Stahlbauteils und der arithmetische Mittenrauwert R a

(in μηι) nach DIN EN 10049:2014-03 gemäß der allgemeinen Formel (1) miteinander verknüpft sind . In der allgemeinen Formel (1) bedeutet α den Biegewinkel gemäß VDA 238- 100, den das erfindungsgemäß hergestellte Stahlbauteil aufweist.

Der in Gleichung (1) angegebene Biegewinkel α wird erfindungsgemäß mit der Probenlage Längs, d.h. Biegeachse Quer zur Walzrichtung, bestimmt. Wird der in Gleichung (1) angegebene Biegewinkel α erfindungsgemäß mit der Probenlage Quer, d .h. Biegeachse Längs zur Walzrichtung bestimmt, so sind aufgrund der Werkstoffanisotropie die ermittelten Werte ca . 6,5% niedriger. Ebenfalls können sich für andere Probenlagen (z.B. Diagonal) etwas abweichende Biegewinkel zeigen, wobei die Abweichungen bevorzugt zwischen denen aus Längs- und Querlage, d .h . zwischen 0 und 6,5% liegen . Die Werte spiegeln in ihrer gesamten Tendenz den Zusammenhang gemäß Gleichung (1) wieder. Daher gilt die Gleichung (1) erfindungsgemäß bevorzugt für Biegewinkel a, die mit der Probenlage Längs, d.h . Biegeachse Quer zur Walzrichtung, bestimmt worden sind.

Die Crasheignung eines Stahlbauteils hängt wesentlich von dem im„Plättchen-Biegeversuch für metallische Werkstoffe" (VDA238-100) gemessenen Biegewinkel α bei Kraftmaximum ab (siehe dazu Till Laumann; Qualitative und quantitative Bewertung der Crashtauglichkeit von höchstfesten Stählen; Meisenbach Verlag Bamberg, 2010 (ISBN 978-3-87525-299-6)). Hohe Biegewinkel stehen dabei für eine gute Crasheignung .

In der allgemeinen Gleichung (2) bedeutet R a den arithmetischen Mittenrauwert und wird in μιη angegeben .

Bevorzugt beträgt in dem erfindungsgemäß hergestellten Stahlbauteil der arithmetische Mittenrauwert R a nach DIN EN 10049:2014-03 1 ,30 bis 2,30 μιη, bevorzugt 1 ,50 bis 2,22 μιη, besonders bevorzugt 1 ,60 bis 2, 10 μιη und der Biegewinkel α nach VDA 238-100 beträgt 54 bis 70°, bevorzugt 54 bis 66°, besonders bevorzugt 54 bis 62°, wobei die Werte erfindungsgemäß so miteinander verknüpft sein müssen, dass die Gleichung der allgemeinen Formel (1) gilt.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Stahlbauteil umfassend ein Substrat enthaltend (alle Angaben in Gew.-%) 0, 15 bis 0,50 bevorzugt 0,20 bis 0,30, besonders bevorzugt 0,21 bis 0,25 C,

0,50 bis 3,0, bevorzugt 0,80 bis 2,00, besonders bevorzugt 1 ,00 bis 1,50 Mn,

0, 10 bis 0,50, bevorzugt 0, 15 bis 0,40, besonders bevorzugt 0,20 bis 0,30 Si,

0,01 bis 1 ,00, bevorzugt 0, 10 bis 0,5, besonders bevorzugt 0, 10 bis 0,40 Cr,

bis zu 0,20, bevorzugt 0,01 bis 0, 10, besonders bevorzugt 0,01 bis 0,04 Ti,

bis zu 0, 10, bevorzugt 0,01 bis 0,05, besonders bevorzugt 0,02 bis 0,05 AI,

bis zu 0, 10, bevorzugt 0,00 bis 0,05, besonders bevorzugt 0,00 bis 0,02 P,

bis zu 0, 1 , bevorzugt 0,001 bis 0, 1 Nb,

bis zu 0,01 N,

bis zu 0,05, bevorzugt 0,00 bis 0,005, besonders bevorzugt 0,00 bis 0,003 S und

bis zu 0, 1 , bevorzugt 0,001 bis 0,05, besonders bevorzugt 0,002 bis 0,0035 B,

Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen, und einen Überzug enthaltend (alle Angaben in Gew.-%)

3 bis 15 Si,

1 bis 3,5 Fe,

bis zu 0,5 Alkali- und/oder Erdalkalimetalle,

Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen, wobei der Biegewinkel a des Stahlbauteils (in °) und der arithmetische Mittenrauwert R a (in μιη) nach DI N EN 10049:2014-03 gemäß der allgemeinen Formel (1) miteinander verknüpft sind . Bevorzugt wird dieses erfindungsgemäße Stahlbauteil durch das erfindungsgemäße Verfahren erhalten.

Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung das erfindungsgemäße Stahlbauteil, wobei es durch Umformen eines entsprechenden Stahlflachproduktes erhalten wird, wobei das Stahlflachprodukt vor dem Umformen bei einer Ofentemperatur T 1 (in K) für eine Dauert ti (in h) behandelt worden ist, so dass p 1 gemäß der Gleichung der allgemeinen Formel (2) einen Wert von 8 bis 30, bevorzugt von 9 bis 30, besonders bevorzugt von 9 bis 26, ganz besonders bevorzugt von 10 bis 22, aufweist

Weiter bevorzugt betrifft die vorliegende Erfindung das erfindungsgemäße Stahlbauteil, wobei das Auflagegewicht des beidseitigen Überzugs 30 bis 360 g/m2, bevorzugt 100 bis 200 g/m 2 , besonders bevorzugt 120 bis 180 g/m 2 , beispielsweise 150 g/m 2 , beträgt.

Bezüglich der einzelnen Merkmale des erfindungsgemäßen Stahlbauteils und der bevorzugten Ausführungsformen gilt das bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens Gesagte entsprechend .

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Stahlbauteil enthaltend (alle Angaben in Gew.-%)

0, 15 bis 0,50 C,

0,50 bis 3,0 Mn,

0, 10 bis 0,50 Si,

0,01 bis 1 ,00 Cr,

bis zu 0,20 Ti,

bis zu 0, 10 AI,

bis zu 0, 10 P,

bis zu 0, 1 Nb,

bis zu 0,01 N,

bis zu 0,05 S und

bis zu 0, 1 B,

Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen als Substrat, mit einem Überzug enthaltend (alle Angaben in Gew.-%)

3 bis 15 Si,

1 bis 3,5 Fe,

bis zu 0,5 Alkali- und/oder Erdalkalimetalle,

Rest AI und unvermeidbare Verunreinigungen, wobei es nach dem Presshärten einen arithmetischen Mittenrauwert R a nach DI N EN 10049:2014-03 von 1,30 bis 2,30 μιτι aufweist.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen beschichteten Stahlbauteils im Automobilsektor, insbesondere als Stoßstangenträger/-verstärkung, Türverstärkung, B-Säulen-Verstärkung, A-Säulen-Verstärkung, Dachrahmen oder Schweller. Bezüglich der einzelnen Merkmale der erfindungsgemäßen Verwendung und der bevorzugten Ausführungsformen gilt das bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens Gesagte entsprechend .

Figuren

Figur 1 zeigt eine beispielhafte Topographiemessung in überhöhter Darstellung zur Veranschaulichung der Oberflächenrauheit.

Figur 2 zeigt eine beispielhafte Darstellung (Schliffbild) von zwei verschiedenen Topologien an der Oberfläche von erfindungsgemäßen Stahlbauteilen, darin bedeuten :

(1) Einbettmasse, welche zur Erzeugung des Schliffbildes erforderlich ist

(2) Oberflächenprofil, welches zur Messung des arithmetischen Mitten rauwertes abgetastet werden kann

(3) AlSi-Überzug an der Oberfläche des beschichteten Stahlflachproduktes

Beispiele

Die nachfolgenden Ausführungsbeispiele dienen der näheren Erläuterung der Erfindung .

Es werden Stahlflachprodukte (Kaltband) der in Tabelle 1 genannten Analyse in Form von Platinen eingesetzt. Dabei wurde das Kaltband beschichtet und die Platinen herausgetrennt. Bei dem Überzug der exemplarisch eingesetzten Stahlflachprodukte handelt es sich um einen so genannte AlSi-Überzug der unter anderem durch Feuerbeschichten eingestellt werden kann, der aus 9 bis 10 Gew.-% Si, 2 bis 3,5 Gew.-% Eisen, Rest Aluminium besteht. Die so beschaffenen und beschichteten Stahlflachprodukte werden auf eine Temperatur Ti (siehe Tabelle) für eine Dauer ti (siehe Tabelle) erwärmt, anschließend in ein Pressformwerkzeug eingelegt, dort warm zu dem Stahlbauteil geformt und dabei so schnell wie möglich durch den Kontakt mit einem üblichen Warmumformwerkzeug innerhalb von ca . 15 Sekunden abgekühlt, dass ein Härtegefüge (mit einem Martensitanteil von mind . 80%, Rest: Bainit (0-20%), Restaustenit (0-5%), Ferrit (0-5%) im Stahlsubstrat des Stahlflachprodukts entsteht. Das Presshärten erfolgt bei folgenden Prozessparametern: Taupunkt < 278, 15 K, Transferzeit Ofen zu Werkzeug 6 s, Schließdauer des Werkzeugs 15 s.

Für die Versuche werden Ofentemperatur T Ofenverweildauer ti, Blechdicke und Auflagegewicht variiert und dementsprechend Proben für den Biegeversuch hergestellt. Die Messung erfolgt an jeweils 5 Proben mit gleichen Verarbeitungseigenschaften im Biegeversuch nach VDA238-100 (Probenlage„Längs" , d.h . Biegeachse quer zur Walzrichtung). Aus den 5 Proben wird das arithmetische Mittel gebildet. Der arithmetische Mittenrauwert R a wird in μιτι als Durchschnittswert aus 40 Messungen, 20 auf Ober- und Unterseite der Proben, jeweils quer zur Walzrichtung der Probe bestimmt. Die Bestimmung erfolgt nach DIN EN 10049:2014-03 (A c = 2,5 mm, Tastnadel R = 5 μιη).

Tabelle 1 : Zusammensetzung der eingesetzten Schmelze, aller Angaben in Gew.-%, Rest Fe

In Tabelle 2 werden die Prozessparameter und die erhaltenen Biegewinkel angegeben. Tabelle 2: Prozessparameter und erhaltene Biegewinkel

V9 1233 0, 1667 33,3 1,66 50,3

V Vergleichsversuch

Ti Ofentemperatur

tl Ofenverweildauer

Pi skalarer Produktionsparameter

a arithmetischer Mittenrauwert

α Biegewinkel nach VDA238-100 (Probenlage längs, d .h. Biegeachse quer zur Walzrichtung)

Gewerbliche Anwendbarkeit

Das erfindungsgemäß hergestellte Stahlbauteil weist ein verbessertes Crashverhalten auf und kann daher vorteilhaft im Automobilsektor verwendet werden.




 
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