Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreidimensional geformten

Stahlbauteils aus einem eine metallische Beschichtung aufweisendem Stahlblech, das aufgeheizt und anschließend durch Warmumformen in das Stahlbauteil umgeformt wird, wobei das verwendete Stahlblech eine Fe-AI-basierte Legierung als metallische

Beschichtung aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Stahlblech zur Herstellung eines oder mehrerer durch Warmumformung erzeugter Stahlbauteile, das mit einer metallischen Beschichtung versehen ist, die aus einer Fe-AI-basierten Legierung gebildet ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein geformtes Stahlbauteil, das durch Warmumformen eines solchen Stahlblechs hergestellt ist.

Beim Erhitzen von Stahl auf Temperaturen oberhalb von ca. 500°C in einer Sauerstoff enthaltenden Atmosphäre bildet sich auf der Stahloberfläche eine Oxidschicht, sogenannter Zunder. Die Zunderbildung ist in der Regel unerwünscht, da sie erhebliche Probleme bereitet. So kann das Einpressen des Zunders beim Umformen des Stahlblechs zu

Oberflächenmarkierungen bzw. zu einer unbefriedigenden oder gar inakzeptablen

Oberflächenqualität führen. Der Zunder erhöht wegen seiner hohen Härte den Verschleiß der das umzuformende Stahlblech tragenden Transportrollen sowie der Umformwerkzeuge. Das Entfernen des Zunders verursacht zusätzliche Kosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Probleme der Verzunderung weitgehend vermieden werden.

Insbesondere liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Stahlblech zur Verfügung zu stellen, das mit einer gegen Zunder schützenden metallischen Beschichtung speziell für durch Warmumformen herzustellende Bauteile versehen ist.

Hinsichtlich des Verfahrens wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den auf Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüchen angegeben. Hinsichtlich des Stahlblechs wird die oben genannte Aufgabe durch ein

Stahlblech mit den im Anspruch 7 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Stahlblechs sind in den auf Anspruch 7 rückbezogenen Ansprüchen angegeben.

Um das Stahlblech bzw. ein daraus durch Warmumformen (Presshärten) hergestelltes Stahlbauteil vor Verzunderung zu schützen, wird erfindungsgemäß eine Fe-AI-basierte Legierung durch einen galvanischen Beschichtungsprozess und/oder eine physikalische Gasphasenabscheidung, wobei die so erzeugte Beschichtung 30 - 60 Gew.-% Fe, Rest AI und optional 0,1 - 10 Gew.-% Mg und/oder 0,1 - 5 Gew.-% Ti und/oder 0,1 - 10 Gew.-% Si und/oder 0,1 - 10 Gew.-% Li und/oder 0,1 - 10 Gew.-% Ca enthält, direkt auf das Stahlblech appliziert und bereits vor dem für das Warmumformen durchzuführenden Aufheizen des beschichteten Stahlblechs eine bis über 900°C stabile Fe-Al-Phase aufweist.

Im Unterschied zu einer Beschichtung mit einer intermetallischen Legierungsschicht, die durch eine„Vorglühung" erzeugt wird, wird erfindungsgemäß die Fe-basierte bzw. Fe-Al- basierte Legierung direkt appliziert. Dazu eignen sich besonders galvanische

Beschichtungsverfahren sowie eine physikalische Gasphasenabscheidung (sogenannte PVD-Verfahren). Beide Verfahren ermöglichen einen kontinuierlichen Beschichtungsprozess. Auch eine Kombination beider Beschichtungsverfahren sowie die Kombination mit

Schmelztauchverfahren liegen im Rahmen der vorliegenden Erfindung zur Erlangung der Fe- Al-basierten Beschichtung.

Die erfindungsgemäße Beschichtung hat folgende Vorteile:

1 . Die Reaktion der Beschichtung mit den Ofenbauteilen der Warmumformanlage,

insbesondere den keramischen Transportrollen, ist durch die bereits stabilisierte Fe-

Al-Phase unterbunden. Das hat positive Auswirkungen auf die Oberflächenqualität des beschichteten Stahlblechs und verringert den Wartungsaufwand bezüglich des Ofens. 2. Die bereits vorlegierte Beschichtung lässt sich aufgrund besserer Emissivität

(Absorptionsfähigkeit) deutlich schneller erwärmen, was eine Verkürzung des

Warmumformprozesses ermöglicht. Dies führt zu einer Erhöhung der Produktivität und einer Reduzierung der Herstellungskosten der erzeugten pressgehärteten Stahlbauteile. 3. Der Verschleiß des Umformwerkzeuges ist durch die Vermeidung von Anbackungen in Folge von noch nicht durchlegierten („teigigen") Beschichtungsbestandteilen herabgesetzt. Auch dadurch werden Stillstandzeiten minimiert und Kosten gespart. Die optionalen Legierungsbestandteile Magnesium, Titan, Silizium, Lithium und Calcium haben ein höheres Korrosionspotenzial als Eisen, wodurch ein gewisser kathodischer Schutz in eventuell beschädigten Bereichen der pressgehärteten Beschichtung begünstigt wird. Aufgrund der Tendenz zur Bildung einer niedrigschmelzenden Phase mit Aluminium und der damit verbundenen Gefahr von flüssigphaseninduzierten Rissen wird bei der

erfindungsgemäßen Beschichtung auf die Verwendung von Zink als Legierungselement verzichtet.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Fe-Al- basierte Legierung mindestens 28 Gew.-% AI, besonders bevorzugt mindestens 38 Gew.-% AI enthält. Hierdurch wird die Schutzwirkung gegen Verzunderung erhöht, ohne den

Grundwerkstoff negativ zu beeinflussen.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung enthält die Fe-AI-basierte Legierung 0, 1 - 10 Gew.-% Mg und/oder 0,1 - 5 Gew.-% Ti. Die Legierungsbestandteile Magnesium und Titan haben einen positiven Effekt auf die Oberfläche der Beschichtung. Versuche haben gezeigt, dass sich in einem weiten Prozessfenster eine optimale Rauheit einstellt, die zum einen zu einem verbesserten Korrosionsschutz durch eine reduzierte Grundrauheit (Ra, Rz) führt, und zum anderen eine erhöhte Spitzenzahl (RPc) ergib, durch welche die Lackhaftung der im KTL-Prozess aufgetragenen Lackschicht verbessert wird.

Vorteilhaft ist auch, wenn die Fe-AI-basierte Legierung nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung 0, 1 - 10 Gew.-% Li und/oder 0, 1 - 10 Gew.-% Ca enthält. Versuche haben gezeigt, dass hierdurch der kathodische Korrosionsschutz deutlich verbessert werden kann. Dies gilt insbesondere auch für die Zugabe von Magnesium.

Besonders gute Ergebnisse hinsichtlich der Schutzwirkung gegen Verzunderung sowie Korrosion lassen sich erzielen, wenn die Fe-AI-basierte Legierung nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung maximal 20 Gew.-%, insbesondere maximal 15 Gew.-% und bevorzugt maximal 12 Gew.-% der aus Mg, Ti, Si, Li und Ca bestehenden

Legierungselemente enthält. Eine Temperierung des bereits beschichteten oder unbeschichteten Stahlsubstrats vor der Anwendung des PVD-Verfahrens, oder die nachträgliche Temperierung auf 250 - 500°C bewirken hierbei eine Verbesserung der Schichthaftung. Wird im Anschluss

schmelztauchbeschichtet, erübrigt sich eine zusätzliche Erwärmung.

Zur Erzeugung von gewichtsreduzierten Stahlbauteilen mit sehr hohen mechanischen Eigenschaften kann das Stahlblech in weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahren während des Warmumformens und/oder im Anschluss an das Warmumformen durch rasches Abkühlen gehärtet werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen (Versuchen) näher erläutert. Versuch 1 :

Ein Grundwerkstoff, zum Beispiel ein presshärtbarer Stahl vom Typ 22MnB5, wurde mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) im kontinuierlichen Beschichtungsprozess mit ca. 60 Gew.-% AI und ca. 39 Gew.-% Fe sowie ca. 1 Gew.-% Ti beschichtet. Erreicht wurde dies durch das simultane Abscheiden von Eisen und Titan mittels eines

Elektronenstrahlverdampfers sowie das Abscheiden von Aluminium in einem separaten thermischen PVD-Prozessschritt. Es ergab sich eine Schichtdicke von ca. 8 μηη. Diese Schicht wurde anschließend in einem Durchlaufofen thermisch bei ca. 500°C und einer Behandlungszeit (Haltezeit) von ca. 60 Sekunden nachverdichtet. Die thermische

Nachverdichtung dient der Haftverbesserung der Schichten sowie einer ersten

Legierungsbildung durch Feststoffdiffusion.

Das so im kontinuierlichen Bandbeschichtungsprozess erzeugte Stahlband wurde anschließend, in Anlehnung an die Weiterverarbeitungsprozesse beim Kunden, zu Platinen geschnitten und dem Presshärteprozess zugeführt. Während der von 6 Minuten auf 3 Minuten verkürzten Aufheizphase im Labor-Presshärteofen stellte sich ein metallischer

Überzug (Beschichtung) mit ca. 55 Gew.-% Fe und ca. 45 Gew.-% AI sowie eine nur ca. 150 nm dicke Aluminium- und Titanoxidschicht ein. Der Überzug wies eine für die

Weiterverarbeitung, insbesondere Lackierung gut geeignete Grundrauheit von Ra = 0,8 - 1 μηι und RPC = 150 - 200 auf. Es wurde festgestellt, dass weder an den keramischen Transportrollen des Durchlaufofens noch an den Umformwerkzeugen Aluminiumanhaftungen nachzuweisen waren.

Es wurde überraschenderweise auch festgestellt, dass die im Unterschied zu einem Referenzblech mit einem Aluminium-Silizium-Überzug reduzierte Grundrauheit zu einer Verbesserung des Korrosionsschutzes an im KTL-Verfahren beschichteten Stahlbauteilen führt.

Versuch 2:

Ein Grundwerkstoff, z.B. presshärtbarer Stahl vom Typ 22MnB5, wurde mittels

physikalischer Gasphasenabscheidung im kontinuierlichen Beschichtungsprozess mit ca. 50 Gew.-% AI und ca. 45 Gew.-% Fe sowie ca. 5 Gew.-% Mg beschichtet. Erreicht wurde dies durch das simultane Abscheiden von Aluminium und Magnesium mittels Jet-PVD aus getrennten Tiegeln sowie das Abscheiden von Eisen in einem separaten

Beschichtungsschritt mittels Elektronenstrahlverdampfung. Die so erhaltene Schichtdicke betrug ca. 8 μηη. Diese Schicht wurde anschließend in einem Durchlaufofen thermisch bei ca. 400°C ca. 60 Sekunden lang nachverdichtet. Die thermische Nachverdichtung dient der Haftverbesserung der Schichten sowie einer ersten Legierungsbildung durch

Feststoffdiffusion.

Das so im kontinuierlichen Bandbeschichtungsprozess erzeugte Stahlband wurde anschließend, in Anlehnung an die Weiterverarbeitungsprozesse beim Kunden, zu Platinen geschnitten und dem Presshärteprozess zugeführt. Während der von 6 Minuten auf 3, 5 Minuten verkürzten Aufheizphase im Labor-Presshärteofen stellte sich ein metallischer Überzug (Beschichtung) mit ca. 55 Gew.-% Fe, ca. 42 Gew.-% AI und ca. 3 Gew.-%

Magnesium sowie eine ca. 1 μηη dicke Aluminium- und Magnesiumoxidschicht ein. Der Überzug wies eine für die Weiterverarbeitung, insbesondere Lackierung gut geeignete Grundrauheit von Ra = 1 - 2,2 μηι und RPC = 100 - 120 auf. Es wurde festgestellt, dass weder an den keramischen Transportrollen des Durchlaufofens noch an den Umformwerkzeugen Aluminiumanhaftungen nachzuweisen waren.

Ferner wurde überraschenderweise auch festgestellt, dass die Korrosionstiefe in das Stahlblech, festgestellt durch automobiltypische Untersuchungen an einem Ritz und der Blechkante, an im KTL-Verfahren beschichteten Bauteilen aufgrund des vorhandenen Magnesiums deutlich geringer ausfällt als bei Stahlfeinblech mit einer Aluminium-Silizium- Standardbeschichtung.

Versuch 3:

Auf einen Grundwerkstoff, z.B. presshärtbarer Stahl vom Typ 22MnB5, wurde zuerst eine ca. 4 μηη dicke Fe-Schicht elektrolytisch aufgebracht. Anschließend, nach der Erwärmung des Substrats auf 350°C, wurde mittels eines thermischen PVD-Prozesses eine ca. 6 μηη dicke Aluminium-Magnesium-Schicht appliziert. Beide Legierungsbestandteile (AI und Mg) wurden aus zwei getrennten Tiegeln gleichzeitig abgeschieden. Die resultierende Al-Schicht hatte einen Mg-Anteil von ca. 10 Gew.-%.

Diese Schicht bewirkt auf dem Stahlsubstrat verbleibend auch einen in der Regel passiven Korrosionsschutz am pressgehärteten Bauteil.

Das so im kontinuierlichen Bandbeschichtungsprozess erzeugte Stahlband wurde anschließend, in Anlehnung an die Weiterverarbeitungsprozesse beim Kunden, zu Platinen geschnitten und dem Presshärteprozess zugeführt. Während der von 6 Minuten auf 3, 5 Minuten verkürzten Aufheizphase im Labor-Presshärteofen stellte sich ein metallischer Überzug (Beschichtung) mit ca. 60 Gew.-% Fe, ca. 37 Gew.-% AI und ca. 3 Gew.-%

Magnesium sowie eine ca. 1 μηη dicke Aluminium- und Magnesiumoxidschicht ein. Der Überzug wies eine für die Weiterverarbeitung, insbesondere Lackierung gut geeignete

Grundrauheit von Ra = 1 - 2,2 μηι und RPC = 100 - 120 auf.

Es wurde festgestellt, dass weder an den keramischen Transportrollen des Durchlaufofens noch an den Umformwerkzeugen Aluminiumanhaftungen nachzuweisen waren.

Zudem wurde überraschenderweise festgestellt, dass die Korrosionstiefe in das

Stahlsubstrat, festgestellt durch automobiltypische Untersuchungen am Ritz und der Blechkante, an im KTL-Verfahren beschichteten Bauteilen aufgrund des vorhandenen Magnesiums deutlich geringer ausfällt als bei Stahlfeinblech mit einer Aluminium-Silizium- Standardbeschichtung.