Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen gehärteter Stahlbauteile.

Es ist bekannt, hochfeste Bauteile aus Stahlblech durch Härten herzustellen. Insbesondere werden derartige Bauteile durch Abschreckhärten auch Umwandlungshärten aus dem austenitischen Zustand erzeugt.

Abschreckhärten bedeutet, dass ein Gegenstand aus einer härtbaren Stahllegierung, wie einem Bor-Mangan-Stahl auf eine Temperatur gebracht wird, bei der das Gefüge weitgehend oder vollständig in der Form des Austenit oder Gamma Eisen vorliegt. Austenit besitzt eine kubisch-flächenzentrierte Struktur mit einer maximalen Löslichkeit für Kohlenstoff von 2,06%.

Im Austenit kann wesentlich mehr Kohlenstoff gelöst werden als im Ausgangszustand des Stahlmaterials vorliegenden Ferrit. Während des Aufheizens zum Zwecke der Austenitbildung geht der Kohlenstoff des vorhandenen Zementits (Eisenkarbid FeaC) im Austenit in Lösung. Schreckt man diesen kohlenstoffreichen Austenit nun ab, kann durch die kinetische Hemmung keine Rückumwandlung in Ferrit und Zementit stattfinden. Das Eisengitter kann nicht mehr in das kubisch-raumzentrierte o-Eisen übergehen. Es klappt stattdessen in ein kubischraumzentriertes Gitter um, welches zudem durch den Kohlenstoff tetragonal verspannt ist, da Kohlenstoff ausgeschieden wird, weil die Kohlenstofflöslichkeit bei dieser Struktur verringert ist. Diese Struktur heißt Martensit. Hierfür muss jedoch mit einer hohen Geschwindigkeit abgekühlt werden, dass die kinetische Hemmung greift. Diese Mindestgeschwindigkeit ist die sogenannte kritische Härtegeschwindigkeit.

Zur Herstellung eines derart härtbaren Stahlblechmaterials wird ein Stahlband durch Erschmelzen einer härtbaren Stahllegierung, Vergießen derselben zu Brammen, üblicherweise im Stranggussverfahren, Warmwalzen in einer Warm band Straße und Kaltwalzen in einer Kaltwalzstraße der so erhaltenen Brammen zu einem Stahlband erzeugt. Das Stahlband ist üblicherweise mehrere hundert bis über tausend Meter lang, wenige Millimeter oder nur Bruchteile von Millimetern dick und ist zu sogenannten Coils oder Bunden aufgewickelt.

Beim Warm- und Kaltwalzen wird die Bramme in der Dicke massiv reduziert, wobei sie sich entsprechend längt. Die Breite wird durch geeignete Maßnahmen jedoch weitestgehend beibehalten. Bei der Dickenreduzierung handelt es sich nicht um eine Umformung im Sinne dieser Offenbarung.

Es ist nicht unüblich, ein solches kaltgewalztes Band in einer Verzinkungsanlage zu verzinken, dies kann durch Elektrolytisches Beschichten, PVD-Beschichten und Schmelztauchverzinken erfolgen. Hierfür wird das Band vom Bund abgewickelt und am Ende wieder aufgewickelt.

Um Stahlblechbauteile zu erzeugen, wird das Stahlband von dem Bund abgewickelt und von einem solchen Stahlband Stücke abgeschnitten, sogenannte Platinen. Diese Platinen sind somit ebene Stahlbleche begrenzter Ausdehnung. Um gehärtete Stahlblechbauteile zu erzeugen können diese Platinen auf zweierlei Art und Weise weiterverarbeitet werden.

Bei dem sogenannten direkten Verfahren, auch Presshärteverfahren genannt, werden die Platinen durch Aufheizen, üblicherweise in einem Ofen, austenitisiert und anschließend in einem relativ kälteren Umformwerkzeug mit einem einzigen Schritt in ein Blechbauteil umgeformt. Die Umformung erfolgt hierbei im noch heißen Zustand des Bleches. Ist die Umformung im Werkzeug erfolgt und das Werkzeug vollständig geschlossen, liegen die Werkzeugoberflächen an dem Blechbauteil an. Hierdurch wird die Wärme in das (gekühlte) Werkzeug abgeführt und zwar mit einer Geschwindigkeit, die über der kritischen Härtegeschwindigkeit liegt. Hierdurch wird die oben skizzierte Härtung durch Umwandlung in ein martensitisches Gefüge erzielt.

Bei dem sogenannten indirekten Verfahren, auch Formhärteverfahren genannt, wird die Platine in einem üblicherweise mehrstufigen Um form prozess, üblicherweise hauptsächlich durch eine Kombination von Tiefziehen, Beschneiden und/oder Nachformen im kaltem Zustand des Blechs, zu einem Bauteilrohling umgeformt. Dieser Bauteilrohling wird anschließend üblicherweise in einem Ofen austenitisiert und im noch heißen Zustand in ein Werkzeug (Formhärtewerkzeug) eingelegt. Das Formhärtewerkzeug führt üblicherweise keine eigentliche Umformung mehr durch, obwohl dies bei aufgefederten Bauteilrohling und/oder einer Endformung in geringem Umfang möglich ist. Ist das Werkzeug vollständig geschlossen legt sich die Oberfläche des Werkzeuges an die Oberfläche des Bauteilrohlings an und führt die Wärme ab, so dass der Bauteilrohling zum Bauteil gehärtet wird.

In beiden Fällen, also beim direkten und indirekten Verfahren, ist das Produkt ein gehärtetes Stahlbauteil. Beim direkten Verfahren kommen üblicherweise Stahlbänder mit Aluminium-Silizium- Beschichtung oder verzinkte bzw. legierungsverzinkte Stahlbänder oder unbeschichtete Stahlbänder zum Einsatz.

Beim indirekten Verfahren mit vorgeschaltete Kaltumformung kommen üblicherweise verzinkte bzw. legierungsverzinkte Stahlbänder oder unbeschichtete Stahlbänder zum Einsatz. Da die Aluminium-Silizium-Beschichtung bei Raumtemperatur sehr spröde ist, kann es bei der Kaltumformung zum Abplatzen der Beschichtung kommen, weshalb diese Beschichtungsvariante üblicherweise nur für das direkte Verfahren ohne vorgeschaltete Kaltumformung eingesetzt wird.

Verzinkt bzw. legierungsverzinktes Stahlband im Sinne der Erfindung ist jenes Stahlband bzw. Stahlblechplatine welche eine Beschichtung mit Zink bzw. einer Legierung auf Basis von Zink aufweist. Auf Basis von Zink bedeutet, dass Zink den größten Legierungsbestandteil der Beschichtung aufweist und insbesondere mehr als 50 Gew.-% der Beschichtung aufweist. Aber Legierung wie ZnNi, ZnCr, ZnMg oder andere sind durchaus denkbar.

Vorteilhafterweise kann diese Schicht eine Dicke von 5 pm bis 20 pm je Seite aufweisen. Dies kann einen guten Korrosionsschutz gewährleisten. Insbesondere kann die Beschichtung ein Z80 oder Z120 oder Z140 oder Z180 nach DIN EN 10346 sein.

Zinkbasierte Korrosionsschutzschichten können einen vergleichsweise hohen Zinkanteil von 85 Gew.-% bis 99 Gew.-% aufweisen und enthalten neben unvermeidbaren Verunreinigungen noch Aluminium im Bereich von 0,2 bis 2 Gew.-%. Des Weiteren können weitere sauerstoffaffine Elemente wie Magnesium enthalten sein.

Besonders bevorzugt kann die metallische Korrosionsschutzschicht mittels Schmelztauchverfahren wie Feuerverzinken aufgebracht sein. Dieses kann ein einfaches und robustes Verfahren zur Aufbringung darstellen.

Eine Zinkschicht wandelt sich während der Wärmebehandlung zum Zwecke des Austenitisierens um in eine Schicht die als Zink-Eisen-Schicht bezeichnet wird. Unter dem Einfluss von Wärme kommt es zu einer Diffusion des Grundwerkstoffs (Eisen) in die Zinkschicht und zur Ausbildung einer heterogenen Zink-Eisen-Schicht, wobei an der Oberfläche auch Zinkoxide und Oxide von in der Zinkbeschichtung vorliegenden Legierungselementen wie Aluminium vorliegen können. Die Mechanismen hierfür sind bekannt und in Patenten der Anmelderin beschrieben. Des Weiteren ist es bekannt, dass man Coils sowohl stahlwerksseitig für die Lagerung und den Transport mit sog. Prelubes bedien kann, als auch später auf den Platinen, üblicherweise kurz vor der Umformung, sog. Ziehöle oder Spot Lubricants als Umform- oder Ziehhilfsmittel aufgebracht werden können.

Allerdings wird im Gegensatz zur konventionellen Kaltumformung beim indirekten Verfahren nach vorausgegangener Kaltumformung der verzinkten oder legierungsverzinkten Platinen zu Bauteilrohlingen, das auf den Bauteilrohlingen vorhandene Öl bei den im Ofen zur Austenitisierung vorherrschenden hohen Temperaturen verbrannt bzw. zersetzt und es kann insbesondere bei Verwendung von Ziehölen in der Kaltumformung ein unerwünschter Oberflächeneffekt, die sog. „Elefantenhaut" starker Ausprägung entstehen, der auch nach dem Reinigen mit beispielsweise Schleuderradstrahlen (SRS) oder Trockeneisstrahlen (nach einem Patent der Anmelderin) noch sichtbar ist. Die Ursache scheint hierbei zu sein, dass sich Öl bei der Erwärmung wie in einer Bratpfanne lokal ansammelt, wobei in Bereichen der dünneren Ölschicht eine Oxidbildung der Zn-Fe-Oberfläche der vormaligen Zinkschicht verstärkt auftritt. Dieser Effekt tritt ausschließlich beim indirekten Verfahren bei der Wärmebehandlung von verzinkten oder legierungsverzinkten Bauteilrohling zum Zweck einer Austenitisierung bei Verwendung von Ziehölen als Ziehhilfsmittel in der Kaltumformung der Bauteilrohlinge auf.

Bei üblichen Kaltumformteilen die keine weitere Wärmebehandlung zum Zweck einer Austenitisierung mit anschließender Härtung erfahren ist die Beölungsmenge und - Zusammensetzung hinsichtlich des unerwünschten Oberflächeneffekts der sog. „Elefantenhaut" starker Ausprägung nicht kritisch, da hier der Faktor Wärmebehandlung fehlt.

Dasselbe gilt analog auch für unbeschichtete sog. blanke Kaltumformteile, selbst wenn diese im Rahmen des indirekten Verfahrens eine Wärmebehandlung zum Zweck einer Austenitisierung mit anschließender Härtung erfahren, da hier der Faktor Zink- bzw. Zinklegierungsbeschichtung fehlt.

Bei Bauteilen, welche nach dem direkten Verfahren hergestellt werden, treten diese unerwünschten Oberflächeneffekte unabhängig von der Beschichtung der Stahlbänder ebenfalls nicht auf, da eben keine Kaltumformung, sondern nur eine Warmumformung erfolgt und somit der Faktor Verwendung von Ziehöl als Ziehhilfsmittel in der Kaltumformung fehlt. Bei Bauteilen mit Aluminium-Silizium-Beschichtung und unbeschichteten Bauteilen würde zudem selbst bei Verwendung von Ziehöl der Faktor Zink- bzw. Zinklegierungsbeschichtung fehlen. Dies wird in der Übersichtsdarstellung in Figur 5 gezeigt.

Verzinkte Bleche sind insbesondere zur Vermeidung von Weißrost bei Transport und Lagerung mit einer Stahlwerksbeölung/Coilbeölung, einem sog. Prelube versehen (z.B. ANTICORIT PL 3802 39 S) dabei liegt die aufgetragene Menge üblicherweise zwischen 0,5 g/m ² und 1 g/m ² .

Bei der Kaltumformung von Stahlblechbauteilen allgemein, also auch zum Beispiel im oben skizzierten indirekten Verfahren, ist bei umformkritischen Bauteilen/-bereichen zudem eine zumindest lokale Zusatzbeölung mit Umformschmierstoffen, sogenannten Ziehölen (z.B. KTL N16) erforderlich, dabei liegt die aufgetragene Menge üblicherweise zwischen 1,5 g/m ² (bei leichter) und 3 g/m ² bei schwerer Umformung.

Umformkritische Bauteile/-bereiche im Sinne der Erfindung liegen beispielsweise vor, wenn nach der Umformung im späteren Fertigteilbereich die Gefahr einer Blechdickenreduzierung von größer 15% insbesondere größer 20% vorliegt und/oder im Fertigteil- und/oder Abfallbereich im Grenzformänderungsdiagramm der Formänderungsanalyse die Gefahr einer Sicherheit gegen Einschnürung von kleiner 25% insbesondere kleiner 20% zur Grenzformänderungskurve vorliegt. Während eine maximal zulässige Blechdickenreduzierung der Bauteile im Fahrzeugbau beispielsweise aufgrund von Crashanforderungen definiert wird, sind Einschnürungen als Vorstufe von Rissbildungen darüber hinaus auch aus Gründen der Prozesssicherheit der Kaltumformung zu vermeiden.

Umformkritische Bauteile/-bereiche im Sinne der Erfindung liegen beispielsweise ebenfalls vor, wenn während der Umformung die Gefahr von Zinkabrieb, d.h. Abrieb von mehr als 0,1 g/m ² bzw. die Gefahr von Zinkanhaftungen von größer 0,1 g/m ² im Umformwerkzeug vorliegt. Dies ist insbesondere bei Umformvorgängen mit kleinen Radien von kleiner 20 mm und/oder großen Umschlingungswinkeln von größer 40° und/oder steilen Zargen mit Zargenwinkeln kleiner 20° und/oder großen Ziehtiefen von größer 50 mm der Fall.

Aus der W02018060082A1 ist ein Verfahren bekannt zum Herstellen eines Bauteils aus einem mit einem Al-Si-Schutzüberzug überzogenen Stahlprodukt umfassend die folgenden Schritte:

- Bereitstellen eines Substrats bestehend aus einem mit einem Al-Si-Schutzüberzug überzogenen Stahlprodukt, - Erwärmen des Substrats auf eine Temperatur TI derart, dass der Al-Si-Schutzüberzug nur teilweise mit Fe des Stahlprodukts vorlegiert wird, - Abkühlen des vorlegierten Substrats auf Raumtemperatur,- Aufträgen eines Korrosionsschutzöls auf die Oberfläche des vorlegierten Substrats, wobei das Korrosionsschutzöl aus einer Zusammensetzung besteht, die Fettsäureester enthält, - Transportieren des mit dem Korrosionsschutzöl versehenen vorlegierten Substrats,- Erwärmen des mit dem Korrosionsschutzöl versehenen vorlegierten Substrats auf eine Temperatur T2 derart, dass der Al-Si-Schutzüberzug vollständig mit Fe des Stahlprodukts durchlegiert wird und das Korrosionsschutzöl rückstandsfrei entfernt wird, und - Umformen des wiedererwärmten Substrats zu dem Bauteil.

Aus der EP3278895B1 sind ein Stahlblech für ein Warmumformen, ein Verfahren zu seiner Herstellung und ein so hergestelltes warmungeformtes Bauteil bekannt. Das Stahlblech ist ein härtbares Stahlblech der Zusammensetzung in Masse-% C: 0.100% bis 0.600%, Si: 0.50% bis 3.00%, Mn: 1.20% bis 4.00%, Ti: 0.005% bis 0.100%, B: 0.0005% bis 0.0100%, P: 0.100% oder weniger, S: 0.0001% bis 0.0100%, AI: 0.005% bis 1.000% und N: 0.0100% oder weniger, Rest Eisen und Verunreinigungen, wobei die Rauigkeit des Stahlbandes Rz>2.5 pm erfüllt und 50 mg/m ² bis 1500 mg/m ² einer Ölbeschichtung auf der Oberfläche aufgebracht ist.

Aus der DE10000138A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Formteilen bekannt. Bei dem Verfahren zur Herstellung von Formteilen, bei dem ein Formteilmaterial an einem Formwerkzeug zur Anlage kommend verformt wird, ist vorgesehen, dass nach einer Vorverformung des Formteilmaterials bis zur weitgehenden Anlage an dem Formwerkzeug an mindestens einer Stelle, an der das Formteilmaterial an dem Formwerkzeug anliegt, ein Gleitmedium zwischen Formteilmaterial und Formwerkzeug eingebracht wird und das Formteilmaterial dann durch den Umformdruck in seine endgültige Form gebracht wird. Bei einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dazu an mindestens einer Stelle, an der das Formteilmaterial (3, 12) während des Verformens vor dem Erreichen der endgültigen Form an dem Formwerkzeug (2, 10, 11, 16, 17) anliegt, ein Gleitmedium zwischen Formteilmaterial (3, 12) und Formwerkzeug (2, 10, 11) einbringbar.

Die Fahrzeughersteller haben bezüglich der Anwendung und Unterscheidung der entsprechenden Schmiermittel eigene Vorschriften und Normen herausgegeben, wobei hier hervorzuheben ist, dass sich diese Vorschriften und Normen sämtlich auf übliche Kaltumformteile und ihre Weiterverarbeitung als Kaltumformbauteile im Fahrzeugbau beziehen und nicht auf Kaltumformteile die im Rahmen eines indirekten Härteverfahrens vor der Weiterverarbeitung im Fahrzeugbau eine Wärmebehandlung zum Zweck einer Austenitisierung erfahren. Der VDA hat eine Empfehlung für die Verwendung von Ölen bei der Kaltumformung entwickelt und als VDA 230-213 veröffentlicht. Diese Norm legt die Qualitätsanforderungen an Schlussbeschichtungen für unbeschichtete und beschichtete Stahl- und Aluminiumwerkstoffe für den Karosseriebau fest, so genannte Prelubes, Prelubes 2 und Hotmelts in den Definitionen nach VDA 230-213. Mit material- oder anwendungsbedingten Einschränkungen oder Erweiterungen gilt diese Norm auch für Platinenwaschöle, Ziehöle und Korrosionsschutzöle allgemeiner Art.

Als Prelube sind beispielsweise Multidraw PL 61 der Fa. Zeller+Gmelin, Eislingen und Anticorit PL 3802-39 S der Fa. Fuchs, Mannheim genannt. Als Ziehhilfsmittel (= Spot lubricants, zur partiellen Nachbefettung) sind beispielsweise AP 167/22 der Fa. Hermann Bantieon GmbH, Ulm und KTL N16 der Fa. Zeller+Gmelin, Eislingen genannt. Grundsätzlich wird gefordert, dass die Gesamtmenge aller Beölungen 3 g/m ² , in Ausnahmefällen nach Absprache 4 g/m ² , nicht überschreiten darf. Dies gilt für jede Stelle des Bauteils und ist nicht als Durchschnittswert zu ermitteln. Weitere Einschränkungen der (Gesamt-)beölungsmenge werden in Blechkennkarten, technischen Liefervorschriften oder Bauteilzeichnungen vermerkt und sind entsprechend vorrangig zu berücksichtigen. Auftragsmethode und Schichtgewicht bzw. Beölungsgrad der Produkte sind so zu wählen, dass einerseits eine gleichmäßig geschlossene Oberflächenbenetzung der zu schützenden Teile, zum anderen keine Behinderung oder Belästigung bei der Verarbeitung durch übermäßige Filmdicke eintritt (z. B. Adhäsion, Öldämpfe beim Schweißen usw.). Es wird darauf hingewiesen, dass in jedem Fall alle Auswirkungen in Bezug auf die daraus resultierenden Eigenschaften zu beachten und zu bewerten sind (z. B. kann ein geringeres Schichtgewicht zur Beeinträchtigung des Korrosionsschutzes und des Reibverhaltens und ein hohes Schichtgewicht zu einem unerwünschten Ölaustritt aus den gelagerten Coils sowie zur Beeinträchtigung der Verträglichkeit gegenüber Klebstoffen und der Entfernbarkeit führen).

Die Firma Zeller und Gmelin stellt unter dem Namen MULTIDRAW KTL N 16 beispielsweise ein Ziehöl her, welches nicht wassermischbar ist und synthetische Fettungsmittel sowie phosphorund schwefelhaltige Additive aufweist. Die technischen Eigenschaften sind Dichte/15°C kg/m ³ 900 DIN 51 757, Viskosität/40°C mm ² /s 160 DIN 51 562, Flammpunkt °C > 200 DIN ISO 2592. Dieses Öl soll bei leichtem Umformen bis 1,5 g/m ² und bei schwerem Umformen bis 3 g/m ² aufgebracht werden.

Derartige Ziehöle haben auch eine korrosionsinhibierende Wirkung, sind aber insbesondere durch Additive auf die Schmierung in Umformbereichen abgestimmt. Bei der Austenitisierung im Ofen vor dem Härten werden die im indirekten Verfahren kalt umgeformten (und aus Kostengründen üblicherweise nicht gewaschenen) Bauteilrohlinge auf über Ac3 (z.B. auf 900°C) erwärmt.

Bei der Austenitisierung im Ofen erwärmt und verbrennt/zersetzt sich das Öl und es kann ein unerwünschter Oberflächeneffekt, die sog. „Elefantenhaut" starker Ausprägung entstehen, der auch nach dem Reinigen noch sichtbar ist. Die Ursache scheint hierbei zu sein, dass sich Öl bei der Erwärmung wie in einer Bratpfanne lokal ansammelt, wobei in Bereichen der dünneren Ölschicht eine Oxidbildung der Zn-Fe-Oberfläche der vormaligen Zinkschicht verstärkt auftritt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem derartige gehärtete Stahlbauteile aus verzinkten oder legierungsverzinkten Stahlbändern mit einer besseren Oberflächengüte geschaffen werden.

Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen werden in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfinder haben herausgefunden, dass nicht alle Öle gleich reagieren. So erzeugen die Ziehöle, offenbar aufgrund ihrer Additive bereits ab einer geringeren Menge insbesondere über 2 g/m ² eine unerwünschte Elefantenhaut starker Ausprägung und sind daher von der Menge her kritischer zu betrachten als die Prelubes bzw. Stahlwerksbeölungen die dem Korrosionsschutz dienen.

Zur Herstellung von umformkritischen Bauteilen/-bereichen ist jedoch eine ausreichende Schmierung in der Kaltumformung erforderlich.

Erfindungsgemäß wird daher die Menge an Ziehöl auf 0,1 g/m ² bis 2 g/m ² begrenzt.

Im Allgemeinen gelten die Mengenangaben von Prelube und Ziehöl und Kombinationen daraus für jede Stelle des Bauteils und sind nicht als Durchschnittswert zu betrachten.

Für den Fall, dass mit einer solchen Menge an Ziehöl und dem vorhandenen Prelube eine zufriedenstellende Umformung nicht möglich ist, wird anstelle des Ziehöls in Umformkritischen Bereichen oder insgesamt die Menge an Prelube zwischen 1 g/m ² und 3 g/m ² eingestellt. Eine solche Menge an Prelube ist zwar gegenüber dem Stand der Technik ungewöhnlich hoch, sichert aber im Zusammenspiel mit den abgesenkten Mengen an Ziehöl einerseits eine gute Umformbarkeit und andererseits eine gute Oberflächenqualität mit geringer Elefantenhaut. Darüber hinaus kann bei der Wärmebehandlung zum Zwecke der Austenitisierung jegliche Ölmenge bei den vorherrschenden hohen Temperaturen im Ofen verbrannt bzw. zersetzt werden, wobei vorteilhafterweise keine Restmenge an Öl in nachfolgende Prozesse eingetragen werden kann.

Im Sinne der Erfindung ist eine Coilbeölung bzw. ein Prelube jene Beölung welche in der Norm VDA230-213 unter Kapitel „3.2.1 Prelube" definiert ist. Ein Ziehschmiermittel bzw. Ziehöl bzw. Umformöl bzw. Zusatzbeölung im Sinne der Erfindung ist jene Beölung welche in der Norm VDA230-213 unter Kapitel „3.3 Spot lubricant" definiert ist. Die Erfindung betrifft somit insbesondere ein Verfahren zum Herstellen gehärteter Stahlbauteile, wobei aus einem Band aus einer härtbaren, verzinkten oder legierungsverzinkten Stahllegierung eine Platine ausgeschnitten wird und anschließend die Platine kalt zu einem Bauteil roh ling umgeformt wird und anschließend zumindest teilbereichsweise auf eine Temperatur aufgeheizt wird, die eine Gefügeänderung hin zum Austenit bewirkt, wobei der zumindest teilbereichsweise austenitisierte Bauteilrohling anschließen einem Formhärtewerkzeug zugeführt wird, in dem der Bauteilrohling mittels eines Ober- und Unterwerkzeuges welche eine zum Bauteilrohling im Wesentlichen korrespondierende Form besitzen formschlüssig gehalten wird, wobei durch das Anliegen des Materials des Bauteil roh lings an den insbesondere gekühlten Werkzeugen dem Stahlmaterial die Wärme so schnell entzogen wird, dass es durch die Abkühlung mit einer Kühlrate über der kritischen Abkühlrate zu einer martensitischen Härtung kommt , wobei das verzinkte Band mit einer Coilbeölung versehen wird und aus dem Stahlband ausgeschnittene Platinen zumindest teilbereichsweise vor der Kaltumformung mit einer Zusatzbeölung versehen werden, wobei die Zusatzbeölung mit einem Ziehschmiermittel mit einer Menge von 0,lg/m ² bis 2g/m2 erfolgt.

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren zum Herstellen gehärteter Stahlbauteile, wobei aus einem verzinkten oder legierungsverzinkten Band aus einer härtbaren Stahllegierung eine Platine ausgeschnitten wird und anschließend die Platine kalt zu einem Bauteilrohling umgeformt wird und anschließend zumindest teilbereichsweise auf zumindest eine Temperatur aufgeheizt wird, die eine Gefügeänderung hin zum Austenit bewirkt, wobei der zumindest teilbereichsweise austenitisierte Bauteilrohling anschließen einem Formhärtewerkzeug zugeführt wird, in dem der Bauteilrohling mittels eines Ober- und Unterwerkzeuges welche eine zum Bauteilrohling im Wesentlichen korrespondierende Form besitzen formschlüssig gehalten wird, wobei durch das Anliegen des Materials des Bauteilrohlings an den insbesondere gekühlten Werkzeugen dem Stahlmaterial die Wärme so schnell entzogen wird, dass es durch die Abkühlung mit einer Kühlrate über der kritischen Abkühlrate zu einer martensitischen Härtung kommt, wobei das verzinkte oder legierungsverzinkte Band mit einer Coilbeölung versehen wird und aus dem Stahlband ausgeschnittene Platinen zumindest teilbereichsweise vor der Kaltumformung mit einer Zusatzbeölung versehen werden, wobei die Zusatzbeölung mit einem Ziehschmiermittel mit einer Menge von 0,1 g/m ² bis 2 g/m ² erfolgt.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Zusatzbeölung zwischen 0,1 g/m ² und 1,5 g/m ² beträgt.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Menge der Coilbeölung mehr als 0,5 g/m ² und bevorzugt mehr als 1,0 g/m ² und insbesondere bevorzugt mehr als 1,5 g/m ² beträgt.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass ein Verhältnis Coilbeölung zu Zusatzbeölung von 3: 1 bis 1:2 bevorzugt 2: 1 bis 1: 1 eingestellt wird, abhängig von der Umformung, wobei bei steigendem Anteil von kritischen Umformbereichen das Verhältnis zunächst zu Gunsten der Zusatzbeölung bis diese 2 g/m ² beträgt und im Anschluss zu Gunsten der Coilbeölung verschoben wird. Dies kann vorteilhafterweise die Umformung weiter erleichtern, ohne das es zur Bildung der „Elefantenhaut" kommt.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Gesamtmenge der Beölung aus Coilbeölung und Zusatzbeölung 4 g/m ² nicht übersteigt. Damit kann eine negative Oberflächenbeeinträchtigung noch gezielter verhindert werden.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Zusatzbeölung nur in Bereichen aufgebracht wird, die besonders umformkritisch sind, während die übrigen Bereiche durch die Coilbeölung geschmiert werden, wobei die teilbereichsweise Zusatzbeölung auf 2 g/m ² oder weniger, insbesondere vorzugsweise 1,5 g/m ² oder weniger eingestellt werden, während die Coilbeölung auf 2 g/m ² oder weniger eingestellt wird.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass bei einer vollflächigen Zusatzbeölung die vollflächige Zusatzbeölung auf 2 g/m ² oder weniger, insbesondere 1,5 g/m ² oder weniger und insbesondere 1 g/m ² oder weniger eingestellt werden, während die Coilbeölung auf 1,5 g/m ² oder mehr insbesondere 2 g/m ² oder weniger insbesondere 2 g/m ² oder weniger eingestellt wird.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Zusatzbeölung direkt auf die Coilbeölung aufgebracht wird. Dies kann einen kosten- und arbeitsintensiven Reinigungsprozess, d.h. eine allfällige Reinigung der Coilbeölung nach dem Transport des Coils vom Stahlhersteller zum Verarbeiter entfallen lassen.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Zusatzbeölung und die Coilbeölung eine unterschiedliche chemische Zusammensetzung aufweisen. Damit kann vorteilhafterweise eine optimale Kombination aus Korrosionsschutz, welche zumeist der Hauptbestandteil der Coilbeölung mit verbesserter Umformeignung, welche zumeist die Zusatzbeölung leistet, erreicht werden.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass verzinkte oder legierungsverzinkte Beschichtung eine Schichtdicke von 5 pm bis 20 pm je Seite aufweist. Dies kann zu verbesserter Korrosionsschutzeigenschaften führen.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass die verzinkte oder legierungsverzinkte Beschichtung mittels eines Schmelztauchverfahrens insbesondere Feuerverzinken aufgebracht wurde. Dieses Verfahren kann eine einfache und kostengünstige Beschichtungsmethode sicherstellen.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Stahlband aus einer härtbaren Stahllegierung, insbesondere einem Bor-Mangan-Stahl besonders bevorzugt eines 22MnB5 oder 20MnB8 oder 34MnB5 gebildet ist.

Eine Weiterbildung sieht vor, dass das Stahlblechbauteil oder die Stahlblechplatine mit der folgenden Zusammensetzung verwendet wird (alle Angaben in Gew.-%):

Kohlenstoff bis 0,4, vorzugsweise 0,15 bis 0,3

Silizium bis 1,9, vorzugsweise 0,11 bis 1,5

Mangan bis 3,0, vorzugsweise 0,8 bis 2,5

Chrom bis 1,5, vorzugsweise 0,1 bis 0,9

Molybdän bis 0,9, vorzugsweise 0,1 bis 0,5

Nickel bis 0,9,

Titan bis 0,2 vorzugsweise 0,02 bis 0,1

Vanadin bis 0,2 Wolfram bis 0,2,

Aluminium bis 0,2, vorzugsweise 0,02 bis 0,07

Bor bis 0,01, vorzugsweise 0,0005 bis 0,005

Schwefel max. 0,01, vorzugsweise max. 0,008

Phosphor max. 0,025, vorzugsweise max. 0,01

Rest Eisen und Verunreinigungen.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung beispielhaft erläutert, es zeigen dabei:

Figur 1: stark schematisiert einen Standardprozess für das indirekte Umformen und

Härten;

Figur 2: stark schematisiert eine vollflächige Coilbeölung und eine nachfolgende teilflächige Zusatzbeölung mit einem Ziehschmiermittel;

Figur 3: schematisiert die Beölungsmengen nach der Erfindung und entsprechend des

Standes der Technik;

Figur 4: Oberflächenbereiche zweier gehärteter Bauteile einmal mit und einmal ohne unerwünschten Oberflächeneffekt (ausgeprägte „Elefantenhaut");

Figur 5: Vergleich unterschiedliche Herstellverfahren für Bauteile und deren möglichen

Problematik hinsichtlich Oberflächeneffekte.

Erfindungsgemäß wird der Effekt ausgenutzt, dass die Kombination aus Coilbeölung und Ziehöl dann eine ausreichende Umformschmierung ohne Bildung einer zu ausgeprägten Elefantenhaut erlaubt, wenn die Mengen aufeinander abgestimmt werden. Überraschenderweise gelingt dies sogar in jenen Fällen, bei welchen die Gesamtmenge an Coilbeölung und Ziehöl größer ist, als im Stand der Technik dargestellt (Figur 3) da hier noch nicht geklärte synergistische Effekte aus Coilbeölung und Ziehöl auftreten, welche die Oberflächeneffekte begünstigen. Zusätzlich kann damit ein Reinigungsschritt des Coils bzw. der Platine nach der Lieferung und vor der Kaltumformung gespart werden, welcher kosten- und arbeitsintensiv ist.

In Figur 1 ist der grundsätzliche Ablauf zu sehen. Man erkennt, dass ein kaltgewalztes Band im Stahlwerk als Coil erzeugt wird. Dieses Coil erhält eine Coilbeölung. Eine Coilbeölung ist im Sinne der Erfindung eine Beölung des gesamten Bandes hauptsächlich zum Zweck des Korrosionsschutzes. Das Coil wird dann in Platinen zerschnitten oder aus dem Coil werden Platinen ausgeschnitten. Diese Platinen erhalten bedarfsweise d.h. bei umformkritischen Bauteilen bzw. in umformkritischen Bauteilbereichen eine Zusatzbeölung für das Umformen. Eine Zusatzbeölung ist nach der Erfindung eine Beölung mit einem Schmierstoff der für die Zwecke der Kaltumformung aufgebracht und hierfür ausgebildet ist. Diese Zusatzbeölung kann vollflächig aber auch nur teilflächig vorgesehen sein.

Anschließend erfolgt die Kaltumformung, insbesondere in Form einer Kombination von Tiefziehen, Beschneiden und/oder Nachformen.

Die so erzeugten Bauteilrohlinge, die im Gegensatz zur Platine nicht mehr eben, sondern dreidimensional ausgeformt sind, werden anschließend erhitzt und formgehärtet.

In Figur 2 ist eine Platine mit noch anhaftender Coilbeölung gezeigt, welche als Platine noch eine Zusatzbeölung erhält. Diese wird jedoch nur in Bereichen aufgebracht, die besonders starken Umformungen unterworfen sind, während die übrigen Bereiche durch die Coilbeölung ausreichend geschmiert sind. Anschließend wird diese Platine umgeformt und insbesondere tiefgezogen.

Die so erzeugten Bauteilrohlinge, die im Gegensatz zur Platine nicht mehr eben sondern dreidimensional ausgeformt sind, werden anschließend ebenfalls erhitzt und formgehärtet.

Dies ist insbesondere bei einer Umformung sinnvoll, bei der die Umformgrade bereichsweise höher bis sehr hoch sind und eine vergleichsweise ungleiche Verteilung der Umformgrade vorliegt. Hierbei kann die teilbereichsweise Zusatzbeölung auf 2 g/m ² oder weniger, insbesondere vorzugsweise 1,5 g/m ² oder weniger oder weniger eingestellt werden, während die Coilbeölung auf 2 g/m ² oder weniger eingestellt wird.

Hierbei wird angestrebt, dass die gesamte Beölung 4 g/m ² nicht übersteigt und vorzugsweise Zumindest ein Verhältnis Coilbeölung zu Zusatzbeölung von 3: 1 bis 1:2 eingestellt wird, abhängig vom Umformgrad. Bei steigendem Umformgrad wird das Verhältnis zu Gunsten der Zusatzbeölung verschoben. Es ist aber erfindungsgemäß auch möglich, auf der Platine eine zusätzliche vollflächige Zusatzbeölung aufzubringen und danach umzuformen. Dies ist insbesondere bei einer Umformung sinnvoll, bei der Zinkabrieb und/oder Zinkanhaftungen im Blechhalter- und/oder Ziehsickenbereich auftreten.

In Figur 3 erkennt man den Unterschied zum Stand der Technik. Im Stand der Technik wird die Coilbeölung auf 1 g/m ² begrenzt, während die Zusatzbeölung üblicher Weise 2,5 g/m ² beträgt. Erfindungsgemäß wird die Zusatzbeölung auf 0,1 g/m ² bis 2 g/m ² eingestellt wird, also weniger als es eigentlich für die Aufgabe als Ziehöl notwendig wäre. Überraschenderweise kann die Coilbeölung auch auf mehr als 1 g/m ² insbesondere mehr als 1,5 g/m ² angehoben werden, also mehr als es für die Korrosionsschutzaufgabe notwendig wäre, während die Zusatzbeölung wie zuvor auf 2 g/m ² oder darunter eingestellt wird, also weniger als es eigentlich für die Aufgabe als Ziehöl notwendig wäre und damit die Kombination aus Coilbeölung und Ziehöl sogar die Gesamtmenge aus dem Stand der Technik überschreitet, ohne das die negativen Oberflächeneffekte auftreten.

Somit nutzt die Erfindung geschickt den synergistischen Schmiereffekt aus.

In Figur 4 werden beispielhaft die auftretenden negativen Oberflächeneffekte gezeigt, wobei das linke Bild den Oberflächeneffekt „Elefantenhaut" anschaulich darstellt, während das rechte Bild entsprechend i.O. -Bauteile zeigt.

Figur 5 zeigt übersichtlich die verschiedenen Verfahren, wobei deutlich wird, dass die Kombination aus dem indirekten Prozess, d.h. Kaltumformung mit anschließender Wärmebehandlung zum Zweck der Austenitisierung, mit verzinkten bzw. legierungsverzinkten Bauteilen die bezeichnete Problematik mit der Oberfläche führen kann, welche erfindungsgemäß vermindert bzw. verhindert wird.