VERFAHREN ZUR WARMUMFORMUNG EINES STAHLBAUTEILS

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Warmumformung eines Stahlbauteils nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Im Fahrzeug-Karosseriebau können insbesondere im Bereich der Fahrgastzelle hoch- oder höchstfeste, warmumgeformte Stahl-Bauteile eingesetzt werden, zum Beispiel für eine B-Säule, eine Tunnelverstärkung oder einen Längsträger. Bei der Warmumformung wird eine Stahl-Platine in einem Ofen bis in den Bereich vollständiger Austenitisierung (bei etwa 920°C) erwärmt. Die Stahl-Platine wird im Heißzustand in ein Umformwerkzeug (zum Beispiel eine Tiefziehpresse) eingelegt und beim Verpressen abschreckgehärtet. Auf diese Weise wird das relativ weiche, ferritisch-perlitische Ausgangsgefüge des Stahl-Bauteils in ein hartes Martensit-Gefüge mit werkstoffabhängigen Festigkeiten im Bereich von über 1000 MPa umgewandelt. Eingesetzt werden üblicherweise bohrlegierte Stähle mit zum Beispiel 0,24% Kohlenstoff, wobei das Umwandlungsverhalten über die Legierung (insbesondere Bor) und die erzielbare Festigkeit über den Kohlenstoffgehalt steuerbar ist.

[0003] Aus der EP 2 242 863 B1 ist ein Verfahren zur Warmumformung eines solchen Stahlbauteils bekannt. Das Stahlbauteil wird vor der Durchführung des Wärmebehandlungsschrittes im Ofen einem prozesstechnisch vorgelagerten Vorbehandlungsschritt unterworfen, in dem auf der Metalloberfläche des Stahlbauteils eine Zunderschutzschicht aus einer Aluminium-Silizium-Legierung gebildet wird. Diese wird in einem Schmelztauchverfahren auf das Stahlbauteil appliziert.

[0004] Während der Wärmebehandlung liegt die Ofentemperatur in einem Bereich von 900 bis 940°C, während die Ofenverweildauer bei ca. 4 bis 10 Minuten liegt. Aus diesem Grunde ist im Stand der Technik - anstelle der oben erwähnten Aluminium-Silizium-Beschichtung - eine klassische Zinkbeschichtung nicht einsetzbar. Eine solche Zinkbeschichtung würde bei den obigen Ofentemperaturen abtropfen oder verbrennen.

[0005] Die als Zunderschutzschicht wirkende Aluminium-Silizium-Beschichtung weist die folgenden Nachteile auf: So ergibt sich durch die Aluminium-Silizium-Beschichtung eine raue harte Oberflächenstruktur des Stahlbauteils, was beim Presshärten zu einem starken Werkzeugverschleiß führt. Zudem ergibt sich ein stark laminar ausgeprägter Schichtaufbau mit stark variierenden Schichteigenschaften sowie eine insgesamt nur geringe Schichthaftung auf dem Grundwerkstoff, die in einer Größenordnung von 20 N/mm² liegt. Außerdem führt die Aluminium-Silizium-Beschichtung zu einer hohen Kantenkorrosions-Neigung des Stahlbauteils sowie zu einer Reduzierung der Kappen-Standzeiten beim Widerstandsschweißen. Die Aluminium-Silizium-Beschichtung beeinträchtigt ferner die Qualität der Schweißverbindung: Aluminium und Silizium verdampfen nämlich beim Schweißvorgang nicht, sondern erstarren in der Schweißnaht, wodurch es dort zu Schwachstellen kommen kann. Zudem ist die AlSi-Beschichtung während und nach der Warmumformung anfällig für Abplatzer oder Beschädigungen. Aufgrund der fehlenden Fernwirkung gegenüber eine Zinkbeschichtung ist ein Korrosionsangriff eher zu erwarten.

[0006] Aus der EP 1 439 240 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Warmumformung eines Stahlbauteils bekannt. Aus der EP 2 848 709 A1 ist ein Verfahren zum Herstellen eines mit einem metallischen, vor Korsion schützenden Überzug versehenen Stahlbauteils bekannt. Aus der Druckschrift "M. Windmann, A. Röttger, W. Theisen: Formation of intermetallic phases in Alcoated hot-stamped 22MnB5 sheets in terms of coating thickness and Si content. In: Surface and Coating Technology, 246, 2014, 17-25." sind Al-Si-Zunderschutzschichten aus Stahlteilen bekannt.

[0007] Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines warmumgeformten Stahlbauteils bereitzustellen, bei dem die Warmumformung in einfacher Weise prozesssicherer und effizienter als im Stand der Technik durchführbar ist.

[0008] Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.

[0009] Die Erfindung beruht auf der Problematik, dass der herkömmliche Warmumformprozess mit einem starken Umformwerkzeug-Verschleiß einhergeht, und zwar aufgrund der rauen, harten Metalloberfläche des Stahlbauteils. Vor diesem Hintergrund wird erfindungsgemäß nach der Auftragung der Zunderschutzschicht ein weiterer Vorbehandlungsschritt durchgeführt, in dem eine Oberflächenoxidation erfolgt. Dadurch wird auf der Zunderschutzschicht eine reaktionsträge, korrosionsfeste Oxidationsschicht gebildet, mittels der ein abrasiver Werkzeugverschleiß im nachgelagerten Umformschritt reduzierbar ist.

[0010] Die Oberflächenoxidation erfolgt prozesstechnisch einfach durch eine Beizpassivierung. Zur Beizpassivierung wird das Stahlbauteil in einem Beizbad mit einer Beizlösung behandelt und anschließend zum Beispiel bei einer Raumtemperatur luftgetrocknet. Die Beizlösung ist die wässrige Lösung von Phosphorsäure.

[0011] Mittels der zusätzlichen Oxidationsschicht wird die Rauigkeit der Metalloberfläche des Stahlbauteils reduziert, wodurch sich der abrasive Werkzeugverschleiß im Umformschritt reduziert. Zudem kann ein frühzeitiger Verschleiß eventuell vorhandener Bauteil-Träger verhindert werden, die das Stahlbauteil durch den Wärmebehandlungsofen transferieren: Beim Ofen-Transfer finden im Stand der Technik nämlich Diffusionsprozesse zwischen der AlSi-Schicht des Stahlbauteils und dem Bauteil-Träger (insbesondere bei Einsatz von Keramikrollen) statt, was zu einem frühzeitigen Ausfall der Keramikrollen führt. Derartige Diffusionsprozesse sind mittels der erfindungsgemäßen zusätzlichen Oxidationsschicht signifikant reduziert. Zudem kann die Ofendurchlaufzeit reduziert werden, da erfindungsgemäß der Legierungsprozess zwischen der AlSi-Schicht mit dem Grundwerkstoff des Stahlbauteils zum Schutz der Bauteil-Trägerrollen nicht vollständig abgeschlossen sein muss. Durch eine bessere Abschirmung des Subtrats können längere zulässige Ofendurchlaufzeiten toleriert werden.

[0012] Zur weiteren Reduzierung der Oberflächen-Rauigkeit des Stahlbauteils erfolgt vor der Durchführung des Wärmebehandlungsschrittes ein dritter Vorbehandlungsschritt. Im dritten Vorbehandlungsschritt wird in einem Tauchbad eine Deckschicht hoher Schmelztemperatur appliziert. Die Deckschicht ist eine Titan-Zirkonium-Schicht oder eine Titanoxidschicht, die die korrosionsfeste Oxidationsschicht überdeckt. Mittels dieser zusätzlichen Deckschicht wird im nachfolgenden Wärmebehandlungsschritt ein Aufschmelzen der darunterliegenden Schichten, das heißt insbesondere der Zunderschutzschicht, verhindert. Durch geeignete Legierung dieser Deckschicht können Herausforderungen des Fließverhaltens bewältigt werden.

[0013] Wie oben erwähnt, kann die Zunderschutzschicht in gängiger Praxis eine Aluminium-Silizium-Schicht sein, die beispielsweise in einem Schmelztauchbeschichtungsprozess oder Coil-Coating-Prozess auf das Stahlbauteil appliziert wird. Alternativ dazu kann die Zunderschutzschicht auch eine Zink- bzw. Zink-Eisen-Beschichtung sein, die bevorzugt in einem Schmelztauchbeschichtungsprozess auf das Stahlbauteil applizierbar ist. Diese weist eine Schmelztemperatur auf, die kleiner ist als die Wärmebehandlungstemperatur (ca. 920°C) im Wärmebehandlungsofen, wodurch Zink schmelzen und vom Stahlbauteil abfließen kann. Um dies zu vermeiden, ist die Zink- bzw. Zink-Eisen-Beschichtung mit der oben erwähnten Deckschicht aus Metalloxid oder aus einer Titan-Zirkonium-Legierung überdeckt, deren Schmelztemperaturen größer als die Wärmebehandlungstemperatur im Ofen ist. Dadurch wird während der Wärmebehandlung ein Aufschmelzen der Zink-/Zink-Eisen-Schicht verhindert.

[0014] Der Ausgangswerkstoff oder das Substrat des Stahlbauteils kann ein Mangan-Bor-legierter Vergütungsstahl sein, zum Beispiel 20MnB5, 22MnB5, 27MnB5, 30MnB5. Die Gesamtschichtdicke des aus der Zunderschutzschicht und der korrosionsfesten Oxidationsschicht sowie gegebenenfalls der zusätzlichen Deckschicht bestehenden Schichtaufbaus kann kleiner als 20 µm sein oder größer als 33 µm sein. Die Oxidationsschicht oder die Deckschicht kann bevorzugt eine Schmelztemperatur größer als 2000°C, eine Biegefestigkeit größer als 300 MPa, eine Druckfestigkeit größer als 2000 MPa sowie eine Vickershärte größer 1600 HV1 aufweisen.

[0015] Über eine Maskierung des Stahlbauteils kann beim Durchlauf durch die Beizpassivierung (Beizanlage) eine Metalloberfläche mit lokal unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften einstellbar sein. Zudem besteht die Möglichkeit, durch gezielte Freiformbeschichtung (das heißt Oxidation) der Coils oder Platinen maßgeschneiderte Eigenschaften zu erzielen. Außerdem verbessert sich mit der Erfindung die Schweißbarkeit und reduziert sich der Kappenverschleiß bei WPS-Kappen. Zudem verbessert sich die Energieeinkopplung beim Laserschneiden und -schweißen, und zwar aufgrund eines höheren Absorptionsgrads des Stahlbauteils. Die zusätzliche korrosionsfeste Oxidationsschicht bildet zudem eine wirksame Wasserstoff-Diffusionsbarriere. Außerdem ergibt sich eine Verbesserung der Möglichkeiten zur Inline-Qualitätssicherung mittels thermographischer Verfahren durch Erhöhung des Emissionsgrads (mattere Oberfläche) sowie eine Verbesserung der Steinschlagfestigkeit in den Korrosionsbereichen.

[0016] Die erfindungsgemäße Oberflächenoxidation im zweiten Vorbehandlungsschritt kann in einer Ausführungsform vollflächig sowie ein- oder beidseitig des Stahlblechteils erfolgen. Alternativ dazu kann die Oberflächenoxidation auch partiell erfolgen, und zwar unter Bildung zumindest eines Flächenabschnittes ohne Oxidationsschicht sowie eines zweiten Flächenabschnittes mit Oxidationsschicht. Diese Flächenabschnitte weisen somit unterschiedliche Oberflächenrauigkeiten auf, die im Umformschritt (das heißt in der Tiefziehpresse) unterschiedliche Haft-Reibkoeffizienten mit der in Kontakt befindlichen Umform-Werkzeugfläche bilden. Auf diese Weise kann während der Warmumformung der Werkstofffluss gesteuert werden.

[0017] Nachfolgend sind weitere Erfindungsaspekte sowie Vorteile der Erfindung beschrieben: So kann im Wärmebehandlungsschritt das Aufheizen des Stahlbauteils auf eine Zieltemperatur von mindestens 945°C erfolgen, und zwar insbesondere unter Verwendung eines Aufheizhaltepunktes im Bereich von 600°C. Die Wärmebehandlung kann bevorzugt in einem Zeitintervall zwischen etwa 100 sec. bis maximal 4000 sec. erfolgen. Bei alternativen Aufheizrouten (Induktion, Konduktion) kann von diesen Werten deutlich nach unten abgewichen werden. Bevorzugt ist das Stahlbauteil ein Stahlblech mit einer Materialdicke im Bereich von 0,4 bis 4 mm, insbesondere im Bereich von 0,5 bis 2,50 mm. Die erfindungsgemäße Oxidationsschicht liegt dabei mindestens vor, idealerweise auch während sowie nach dem Ofendurchlauf vor. Nach der Wärmebehandlung erfolgt in gängiger Praxis ein Transfer in ein oder mehrere Umformwerkzeuge oder Vergütungswerkzeuge zur Umformung oder zur Vergütung. Im Umformwerkzeug erfolgt die Abkühlung bevorzugt auf eine Endtemperatur von unter 600°C, insbesondere auf eine Endtemperatur von unter 400°C.

[0018] Mit den insgesamt drei Vorbehandlungsschritten ergibt sich ein Schichtsystem auf dem Stahlbauteil von insgesamt mindestens fünf unterschiedlichen Schichten. Die Oxidationsschicht verhindert dabei wirkungsvoll den Kontakt zwischen der Umformwerkzeug-Oberfläche und den darunterliegenden Schichten (das heißt zum Beispiel der Zunderschutzschicht). Beispielhaft sind unter der erfindungsgemäßen Oxidationsschicht AI-Fe-Si-Phasen ausgebildet, wobei sich insbesondere zwischen diesen Phasen und dem Bauteil-Grundwerkstoff eine Al-Fe-Phase ausbildet.

[0019] Zudem kann sich an der äußersten Schicht des Grundwerkstoffes (das heißt des Substrats), eine dünne ferritische Schicht ausbilden, die insbesondere eine Schichtdicke von weniger als 100 µm aufweist. Das Stahlbauteil kann ferner makroskopisch unterschiedliche Gefüge enthalten.

[0020] Durch Anwendung gängiger Prozesstechnologien können im Stahlbauteil lokal unterschiedliche Festigkeiten erzielt werden. Beispielhaft kann das Stahlbauteil als ein Tailored-Rolled-Blank, ein Tailored-Welded-Blank oder ein Patch-Blank ausgeführt sein. Außerdem kann das Gefüge restaustenitisiche Bestandteile aufweisen.

[0021] Die erfindungsgemäß hergestellten Stahlbauteile können in unterschiedlichen Branchen eingesetzt werden, und zwar beispielhaft in einem Fahrzeug, insbesondere einem Landfahrzeug, einem Personenkraftwagen oder einem Lastkraftwagen. Ein Einsatz als Sicherheitsprofil in gepanzerten Fahrzeugen ist erfindungsgemäß möglich.

[0022] Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.

[0023] Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen sowie deren Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

[0024] Es zeigen:

Fig. 1

den Schichtaufbau an einem fertiggestellten Stahlbauteil nach der Warmumformung;

Fig. 2

in einem vereinfachten Blockschaltbild die Prozessschritte zur Herstellung des in der Fig. 1 gezeigten Stahlbauteils;

Fig. 3 bis 6

den Schichtaufbau an der Oberfläche des Stahlbauteils in unterschiedlichen Prozessschritten;

Fig. 7

in einem zweiten Ausführungsbeispiel den Schichtaufbau an einem fertiggestellten Stahlbauteil in einer Ansicht entsprechend der Fig. 1; und

Fig. 8

ein weiteres Ausführungsbeispiel in einer Ansicht entsprechend der Fig. 1.

[0025] In der Fig. 1 ist beispielhaft ein durch Diffusionsvorgänge im Ofen gebildetes Beschichtungssystem eines fertiggestellten Stahlbauteils 1 nach der Warmumformung gezeigt. Der Grundwerkstoff (Substrat) 3 des Stahlbauteils 1 ist beispielhaft 22MnB5. Unmittelbar auf dem Grundwerkstoff 3 ist eine Diffusionszone 5 ausgebildet, an der nach außen weitere Legierungsschichten folgen, nämlich eine Eisen-Aluminium-Silizium-Zone 7, eine Eisen-Aluminium-Zone 9, eine Eisen-Aluminium-Silizium-Mangan-Zone 11, eine Eisen-Aluminium-Zone 13 sowie eine Aluminiumoxid-Zone 15, eine Oxidationsschicht 17 und als Deckschicht 19 eine Titanoxidschicht gebildet ist.

[0026] Der in der Fig. 1 mit der Bezugsziffer 2 gekennzeichnete laminarer Aufbau entspricht einem Beschichtungssystem, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist. Zusätzlich ist der laminare Aufbau mit der Oxidationsschicht 17 und mit der Deckschicht 19 überdeckt. Diese reduzieren unter anderem die Rauigkeit der Metalloberfläche des Stahlbauteils 1, wodurch sich der abrasive Werkzeugverschleiß im Umformschritt sowie beim Ofentransfer reduziert.

[0027] Nachfolgend wird anhand der Fig. 2 bis 6 das Verfahren zur Herstellung des in der Fig. 1 gezeigten Stahlbauteils 1 beschrieben: So wird in der Fig. 2 der Grundwerkstoff 3 des Stahlbauteils 1 zunächst einer Vorbehandlung I zur Vorbereitung für die Warmumformung unterworfen. Die Vorbehandlung I weist unter anderem die in der Fig. 2 gezeigten Prozessschritte Ia, Ib und Ic auf. Im Prozessschritt la erfolgt eine Schmelztauchbeschichtung, in der auf dem Stahlbauteil-Grundwerkstoff 3 die Aluminium-Silizium-Schicht 15 appliziert wird. Diese dient während der Wärmebehandlung als eine Zunderschutzschicht. Im nachfolgenden Prozessschritt Ib erfolgt eine Beizpassivierung, bei der das Stahlbauteil 1 in einem Beizbad mit einer Beizlösung behandelt und anschließend bei Raumtemperatur luftgetrocknet wird. Die Beizlösung kann beispielhaft eine wässrige Lösung einer Säure, einer Base oder PH-Wert - neutral sein, zum Beispiel Phosphorsäure, mittels der sich die reaktionsträge sowie korrosionsfeste Oxidationsschicht 17 auf der Aluminium-Silizium-Schicht 15 bildet. Anschließend wird in einem dritten Prozessschritt Ic eine weitere Schmelztauchbeschichtung durchgeführt, bei der als Deckschicht die Titanoxidschicht 19 aufgebracht wird.

[0028] In der Fig. 3 ist das Stahlbauteil 1 nach erfolgtem Prozessschritt la gezeigt, das heißt mit der AlSi-Schicht 15. In der Fig. 4 ist das Stahlbauteil 1 nach dem Prozessschritt Ib (das heißt nach der Beizpassivierung) mit der zusätzlichen Oxidationsschicht 17 gezeigt, während in der Fig. 5 das Stahlbauteil 1 nach dem Prozessschritt Ic dargestellt ist, und zwar mit der zusätzlichen Deckschicht 19.

[0029] Im Anschluss an die Vorbehandlung I wird das Stahlbauteil 1 in einen Wärmebehandlungsofen transferiert, in dem die Wärmebehandlung II durchgeführt wird. Hierzu wird das Stahlbauteil 1 auf eine Zieltemperatur von zum Beispiel mindestens 945°C aufgeheizt, und zwar exemplarisch für eine vordefinierte Prozessdauer, die im Bereich von zum Beispiel 100 bis maximal 4000 sec. liegen kann. Durch Diffusionsvorgänge im Ofen bildet sich das in der Fig. 6 gezeigte Beschichtungssystem auf der Oberfläche des Stahlbauteil 1. Das noch im Heißzustand befindliche Stahlbauteil 1 wird dann einer Warmumformung III unterworfen, bei der das Stahlbauteil 1 sowohl warmumgeformt als auch abschreckgehärtet wird.

[0030] In dem obigen Ausführungsbeispiel ist die Zunderschutzschicht 15 eine AI-Si-Schicht. Anstelle dessen kann die Zunderschutzschicht 15 auch eine Zink- bzw. Zink-Eisen-Beschichtung sein.

[0031] Diese kann bevorzugt in einem Schmelztauchbeschichtungsprozess auf das Stahlbauteil 1 appliziert werden.

[0032] In der Fig. 7 ist ein Stahlbauteil 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt, dessen Beschichtungssystem im Wesentlichen identisch mit dem in der Fig. 1 gezeigten Beschichtungssystem ist. Alternativ zur Fig. 1 ist in der Fig. 7 die Deckschicht 19 weggelassen, so dass die Oxidationsschicht 17 nach außen freigelegt ist.

[0033] In der Fig. 8 ist ein weiteres Stahlbauteil 1 gezeigt, bei dem die Oxidationsschicht 17 ebenfalls nach außen freigelegt ist. Die Oberfläche des Stahlbauteils 1 ist in der Fig. 8 in einen Flächenabschnitts 21 ohne Oxidationsschicht 17 und in einem Flächenabschnitt 23 mit Oxidationsschicht 17 unterteilt. Die beiden Flächenabschnitte 21, 23 weisen unterschiedliche Oberflächenrauigkeiten auf, die im folgenden Umformschritt III unterschiedliche Haft-Reibkoeffizienten zur Umform-Werkzeugfläche bilden, wodurch während der Warmumformung der Werkstofffluss steuerbar ist. Derart unterschiedliche Flächenabschnitte 21, 23 sind zum Beispiel über eine Maskierung des Stahlbauteils 1 beim Durchlauf durch die Beizpassivierung (Beizanlage) einstellbar.

Ansprüche

1. Verfahren zur Warmumformung eines Stahlbauteils (1), das in einem Wärmebehandlungsschritt (II) in einen Bereich vollständiger oder teilweiser Austenitisierung erwärmt wird, und das erwärmte Stahlbauteil (1) in einem Umformschritt (III) sowohl warmumgeformt als auch abschreckgehärtet wird, wobei dem Wärmebehandlungsschritt (II) ein erster Vorbehandlungsschritt (la) prozesstechnisch vorgelagert ist, in dem das Stahlbauteil (1) zum Schutz vor Verzunderung im Wärmebehandlungsschritt (II) mit einer korrosionsfesten Zunderschutzschicht (15) versehen wird, wobei vor der Durchführung des Wärmebehandlungsschritts (II) in einem zweiten Vorbehandlungsschritt (Ib) eine Oberflächenoxidation erfolgt, in der eine reaktionsträge, korrosionsfeste Oxidationsschicht (17) auf der Zunderschutzschicht (15) gebildet wird, mittels der ein abrasiver Werkzeugverschleiß im Umformschritt (III) reduziert wird, wobei die Oberflächenoxidation im zweiten Vorbehandlungsschritt (Ib) durch Beizpassivierung erfolgt, und zur Beizpassivierung das Stahlbauteil (1) in einem Beizbad mit einer Beizlösung behandelt wird und anschließend getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Beizlösung eine wässrige Lösung von Phosphorsäure ist, dass vor der Durchführung des Wärmebehandlungsschritts (II) ein dritter Vorbehandlungsschritt (Ic) erfolgt, in dem in einem Schmelztauchbad eine Deckschicht (19) hoher Schmelztemperatur auf der korrosionsfesten Oxidationsschicht (17) gebildet wird, und dass mittels der Deckschicht (19) im nachfolgenden Wärmebehandlungsschritt (II) ein Aufschmelzen der darunter liegenden Schichten (15, 17) verhindert wird, wobei die Deckschicht (19) eine Metalloxidschicht, nämlich eine Titanoxidschicht oder eine Titan-Zirkonium-Schicht, ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zunderschutzschicht (15) eine Aluminium-Silizium-Schicht ist, die bevorzugt in einem Schmelztauchbeschichtungsprozess oder Coil-Coating-Prozess auf das Stahlbauteil (1) appliziert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zunderschutzschicht (15) eine aluminiumhaltige Schicht ist, die bevorzugt in einem Schmelztauchbeschichtungsprozess oder Coil-Coating-Prozess auf das Stahlbauteil (1) appliziert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zunderschutzschicht (15) eine Zink- bzw. Zink-Eisen-Beschichtung ist, die bevorzugt in einem Schmelztauchbeschichtungsprozess auf das Stahlbauteil (1) appliziert wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenoxidation im zweiten Vorbehandlungsschritt (Ib) partiell erfolgt, und zwar unter Bildung zumindest eines Flächenabschnitts (21) ohne Oxidationsschicht (17) und eines Flächenabschnitts (23) mit Oxidationsschicht (17), und dass die Flächenabschnitte (21, 23) unterschiedliche Oberflächenrauigkeiten aufweisen, die im Umformschritt (III) unterschiedliche Haft-Reibkoeffizienten zur Umform-Werkzeugfläche bilden, wodurch während der Warmumformung der Werkstofffluss steuerbar ist, und dass die partielle Oberflächenoxidation über eine Maskierung des Stahlbauteils (1) beim Durchlauf durch die Beizpassivierung im zweiten Vorbehandlungsschritt (I_b) eingestellt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangswerkstoff oder Substrat (3) des Stahlbauteils (1) ein Mangan-Bor-legierter Vergütungsstahl ist, insbesondere 20MnB5, 22MnB5, 27MnB5, 30MnB5.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtschichtdicke (s) vor dem Wärmebehandlungsschritt kleiner als 20 µm ist oder größer als 33 µm ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oxidationsschicht (17) und/oder die Deckschicht (19) eine Schmelztemperatur größer als 2000°C, eine Biegefestigkeit größer als 300 MPa, eine Druckfestigkeit größer als 2000 MPa und eine Vickershärte größer als 1600 HV1 aufweist.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zunderschutzschicht (15), die Oxidationsschicht (17) und die Deckschicht (19) vor dem Wärmebehandlungschritt (II) auf das Substrat (3) des Stahlbauteils (1) aufgebracht werden, und dass die sich während des Wärmebehandlungsschrittes (II) durch Diffusionsvorgänge unter der Oxidationsschicht (17) weitere Phasen bzw. Schichten (5 bis 15) ausbilden, insbesondere eine Al-Fe-Si-Phase (7), eine Al-Fe-Zone (9), eine Al-Fe-Si-Mn-Zone (11), eine Fe-Al-Zone (13) und eine Aluminiumoxid-Zone.

Claims

1. Method for hot forming a steel component (1), which is heated in a heat treatment step (II) into a region of complete or partial austenitization, and the heated steel component (1) is both hot-formed and quench-hardened in a forming step (III), wherein a first pre-treatment step (Ia), in which the steel component (1) is provided with a corrosion-resistant scale protection layer (15) to protect it from scaling in the heat treatment step (II), is upstream of the heat treatment step (II) in terms of process technology, wherein, before the heat treatment step (II) is carried out, surface oxidation takes place in a second pre-treatment step (Ib), in which an inert, corrosion-resistant oxidation layer (17) is formed on the scale protection layer (15), by means of which an abrasive tool wear in the forming step (III) is reduced, wherein the surface oxidation in the second pre-treatment step (Ib) is carried out by means of pickling passivation, and for pickling passivation, the steel component (1) is treated with a pickling solution in a pickling bath and is subsequently dried, characterized in that the pickling solution is an aqueous solution of phosphoric acid, in that a third pre-treatment step (Ic), in which a cover layer (19) of high melting temperature is formed on the corrosion-resistant oxidation layer (17) in a hot-dip immersion bath, is carried out before the heat treatment step (II) is carried out, and in that melting of the underlying layers (15, 17) is prevented by means of the cover layer (19) in the subsequent heat treatment step (II), wherein the cover layer (19) is a metal oxide layer, specifically a titanium oxide layer or a titanium-zirconium layer.

2. Method according to Claim 1, characterized in that the scale protection layer (15) is an aluminum-silicon layer, which is preferably applied to the steel component (1) in a hot-dip coating process or coil coating process.

3. Method according to Claim 1, characterized in that the scale protection layer (15) is an aluminum-containing layer, which is preferably applied to the steel component (1) in a hot-dip coating process or coil coating process.

4. Method according to Claim 1, characterized in that the scale protection layer (15) is a zinc or zinc-iron coating, which is preferably applied to the steel component (1) in a hot-dip coating process.

5. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the surface oxidation in the second pre-treatment step (Ib) takes place partially, forming at least one surface section (21) without an oxidation layer (17) and one surface section (23) with an oxidation layer (17), and in that the surface sections (21, 23) have different surface roughnesses, which form different coefficients of adhesive friction at the forming tool surface in forming step (III), whereby the material flow can be controlled during hot forming, and in that the partial surface oxidation is adjusted by masking the steel component (1) as it passes through pickling passivation in the second pre-treatment step (I_b).

6. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the starting material or substrate (3) of the steel component (1) is a manganese-boron-alloyed heat-treatable steel, in particular 20MnB5, 22MnB5, 27MnB5, 30MnB5.

7. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the total coating thickness (s) before the heat treatment step is less than 20 µm or greater than 33 µm.

8. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the oxidation layer (17) and/or the cover layer (19) has a melting temperature higher than 2000 °C, a bending strength greater than 300 MPa, a compressive strength greater than 2000 MPa and a Vickers hardness greater than 1600 HV1.

9. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the scale protection layer (15), the oxidation layer (17) and the cover layer (19) are applied to the substrate (3) of the steel component (1) before the heat treatment step (II), and in that further phases or layers (5 to 15) are formed during the heat treatment step (II) by means of diffusion processes under the oxidation layer (17), in particular an Al-Fe-Si phase (7), an Al-Fe zone (9), an Al-Fe-Si-Mn zone (11), an Fe-AI zone (13) and an aluminum oxide zone.

Revendications

1. Procédé pour le formage à chaud d'une pièce en acier (1), qui, dans une étape de traitement thermique (II), est chauffée dans une plage d'austénitisation complète ou partielle et la pièce en acier (1) chauffée est, dans une étape de formage (III), formée à chaud ainsi que durcie par trempe, l'étape de traitement thermique (II) étant précédée d'un point de vue technique de procédé d'une première étape de prétraitement (la), dans laquelle la pièce en acier (1) est munie d'une couche de protection contre le calaminage (15) résistante à la corrosion pour sa protection contre le calaminage dans l'étape de traitement thermique (II), une oxydation de surface ayant lieu avant l'exécution de l'étape de traitement thermique (II) dans une deuxième étape de prétraitement (Ib), dans laquelle une couche d'oxydation (17) à réaction lente, résistante à la corrosion est formée sur la couche de protection contre le calaminage (15), au moyen de laquelle une usure par abrasion d'outil dans l'étape de formage (III) est réduite, l'oxydation de surface dans la deuxième étape de prétraitement (Ib) ayant lieu par passivation par décapage et, pour la passivation par décapage, la pièce en acier (1) étant traitée dans un bain de décapage comprenant une solution de décapage et étant ensuite séchée, caractérisé en ce que la solution de décapage est une solution aqueuse d'acide phosphorique, en ce qu'une troisième étape de prétraitement (Ic) a lieu avant la réalisation de l'étape de traitement thermique (II), dans laquelle une couche de revêtement (19) de haute température de fusion est formée sur la couche d'oxydation (17) résistante à la corrosion dans un bain d'immersion en masse fondue et en ce que la couche de revêtement (19) empêche une fusion des couches sous-jacentes (15, 17) durant l'étape de traitement thermique (II) consécutive, la couche de revêtement (19) étant une couche d'oxyde métallique, à savoir une couche d'oxyde de titane ou une couche de titane- zirconium.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de protection contre le calaminage (15) est une couche d'aluminium-silicium, qui est appliquée sur la pièce en acier (1) de préférence dans un procédé de revêtement par immersion en masse fondue ou dans un procédé de couchage sur bande.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de protection contre le calaminage (15) est une couche contenant de l'aluminium, qui est appliquée sur la pièce en acier (1) de préférence dans un procédé de revêtement par immersion en masse fondue ou dans un procédé selon la revendication 1de couchage sur bande.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche de protection contre le calaminage (15) est un revêtement de zinc ou de zinc-fer, qui est appliqué sur la pièce en acier (1) de préférence dans un procédé de revêtement par immersion en masse fondue.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'oxydation de surface dans la deuxième étape de prétraitement (Ib) est effectuée partiellement, par la formation d'au moins une section de surface (21) sans couche d'oxydation (17) et d'une section de surface (23) avec une couche d'oxydation (23), et en ce que les sections de surface (21, 23) présentent des rugosités de surface différentes, qui forment dans l'étape de formage (III) des coefficients d'adhérence et de friction différents par rapport à la surface d'outil de formage, rendant le flux de matière régulable durant le formage à chaud et en ce que l'oxydation de surface partielle est réglée via un masquage de la pièce en acier (1) durant le passage à travers la passivation par décapage dans la deuxième étape de prétraitement (I_b).

6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau de départ ou substrat (3) de la pièce en acier (1) est un acier trempé allié de bore-manganèse, en particulier du 20MnB5, du 22MnB5, du 27MnB5, du 30MnB5.

7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'épaisseur totale de couches (s) avant l'étape de traitement thermique est inférieure à 20 µm ou supérieure à 33 µm.

8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche d'oxydation (17) et/ou la couche de revêtement (19) présente(nt) une température de fusion supérieure à 2000 °C, une résistance à la flexion supérieure à 300 MPa, une résistance à la compression supérieure à 2000 MPa et une dureté Vickers supérieure à 1600 HV1.

9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de protection contre le calaminage (15), la couche d'oxydation (17) et la couche de revêtement (19) sont appliquées avant l'étape de traitement thermique (II) sur le substrat (3) de la pièce en acier (1) et en ce que durant l'étape de traitement thermique (II) d'autres phases ou couches (5 à 15) se forment par des processus de diffusion sous la couche d'oxydation (17), en particulier une phase d'AI-Fe-Si (7), une zone d'AI-Fe (9), une zone d'Al-Fe-Si-Mn (11), une zone de Fe-AI (13) et une zone d'alumine.

Zeichnung