DE-102017208727-B4 - Verbesserung der Kaltumformeignung aluminiumbasierter Beschichtung durch Zulegieren von Erdalkalimetallen

Abstract

Stahlflachprodukt für eine Kaltumformung bestehend aus einem mit einem Schutzüberzug überzogenen Stahlsubstrat, wobei der Schutzüberzug aus einer inneren Al-Si-haltigen und einer äußeren Erdalkalioxid- und/oder Übergangsmetalloxid-haltigen Schicht besteht und wobei das Stahlsubstrat eine Zusammensetzung aufweist enthaltend (in Gew.-%): - bis zu 0,09 Kohlenstoff - bis zu 0,3 Silizium - bis zu 0,9 Mangan - bis zu 0,025 Phosphor - bis zu 0,02 Schwefel - bis zu 0,1 Aluminium - bis zu 0,14 Titan und/oder Niob - bis zu 0,001 Bor, sowie ggf. - weitere Zulegierungen ausgewählt aus der Gruppe bis zu 0,01 N, bis zu 0,15 Cu, bis zu 0,15 Cr, bis zu 0,15 Ni, bis zu 0,025 Mo, und/oder bis zu 0,05 Sn, und - Rest Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen.

Inventors

• Janko Banik
• Manuela Ruthenberg
• Maria Köyer

Assignees

• THYSSENKRUPP STEEL EUROPE AG

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20170523

Claims (10)

1. Stahlflachprodukt für eine Kaltumformung bestehend aus einem mit einem Schutzüberzug überzogenen Stahlsubstrat, wobei der Schutzüberzug aus einer inneren Al-Si-haltigen und einer äußeren Erdalkalioxid- und/oder Übergangsmetalloxid-haltigen Schicht besteht und wobei das Stahlsubstrat eine Zusammensetzung aufweist enthaltend (in Gew.-%): - bis zu 0,09 Kohlenstoff - bis zu 0,3 Silizium - bis zu 0,9 Mangan - bis zu 0,025 Phosphor - bis zu 0,02 Schwefel - bis zu 0,1 Aluminium - bis zu 0,14 Titan und/oder Niob - bis zu 0,001 Bor, sowie ggf. - weitere Zulegierungen ausgewählt aus der Gruppe bis zu 0,01 N, bis zu 0,15 Cu, bis zu 0,15 Cr, bis zu 0,15 Ni, bis zu 0,025 Mo, und/oder bis zu 0,05 Sn, und - Rest Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen.
2. Stahlflachprodukt nach Anspruch 1 , wobei das Stahlsubstrat eine Streckgrenze im Bereich von 100 bis 400 MPa und eine Zugfestigkeit im Bereich von 250 bis 600 MPa aufweist.
3. Stahlflachprodukt nach Anspruch 1 oder 2 , wobei der Schutzüberzug einen Erdalkali- und/oder Übergangsmetall-Gehalt von 0,05 bis 2 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 0,5 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,15 bis 0,4 Gew.-% aufweist.
4. Stahlflachprodukt nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 3 , wobei der Schutzüberzug bis zu 5 Gew.-% Fe enthält.
5. Verfahren zum Herstellen eines Stahlflachprodukts nach einem der Ansprüche 1 bis 4 umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines Stahlsubstrats aufweisend eine Zusammensetzung enthaltend maximal (in Gew.-%): - bis zu 0,09 Kohlenstoff - bis zu 0,3 Silizium - bis zu 0,9 Mangan - bis zu 0,025 Phosphor - bis zu 0,02 Schwefel - bis zu 0,1 Aluminium - bis zu 0,14 Titan und/oder Niob - bis zu 0,001 Bor, sowie ggf. - weitere Zulegierungen ausgewählt aus der Gruppe bis zu 0,01 N, bis zu 0,15 Cu, bis zu 0,15 Cr, bis zu 0,15 Ni, bis zu 0,025 Mo, und/oder bis zu 0,05 Sn, und Rest Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen, - Glühen des Stahlsubstrats bei einer Temperatur im Bereich von 650 - 950 °C, - Abkühlen des Stahlsubstrats auf eine Temperatur im Bereich von 550 - 640 °C, und - Schmelztauchbeschichten des Stahlsubstrats mit einer Aluminium-, Silizium- und Erdalkali- und/oder Übergangsmetall-haltigen Schmelze.
6. Verfahren nach Anspruch 5 , wobei der Erdalkali- und/oder Übergangsmetall-Gehalt in der Schmelze 0,05 bis 2 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 0,5 Gew.-%, mehr bevorzugt 0,15 bis 0,4 Gew.-% beträgt.
7. Verfahren zum Herstellen eines Stahlbauteils, umfassend die Schritte: - Bereitstellen eines Stahlflachprodukts nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , und - Kaltpressformen des Stahlflachprodukts zu dem Stahlbauteil.
8. Stahlbauteil hergestellt nach Anspruch 7 , aufweisend einen Reibwert im Bereich von 0,05 bis 0,2, mehr bevorzugt 0,1 bis 0,15.
9. Verwendung mindestens eines Erdalkali- oder Übergangsmetalls in einer Menge von 0,05 bis 2 Gew.-% als zusätzlichen Legierungsbestandteil in einem Aluminium-Silizium-haltigen Schutzüberzug zur Reduzierung der tribologischen Eigenschaften eines kaltumformbaren Stahlflachprodukts.
10. Verwendung mindestens eines Erdalkali- oder Übergangsmetalls in einer Menge von 0,05 bis 2 Gew.-% als zusätzlichen Legierungsbestandteil in einem Aluminium-Silizium-haltigen Schutzüberzug zur Reduzierung des Korrosionsverhaltens eines kaltumformbaren Stahlflachprodukts.

Description

Technisches Gebiet Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stahlflachprodukt für eine Kaltumformung sowie ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Stahlflachprodukts. Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlbauteils sowie das gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltene Stahlbauteil. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung mindestens eines Erdalkali- oder Übergangsmetalls zur Verbesserung der tribologischen Eigenschaften und zum Absenken des Reibwertes eines kaltumformbaren Stahlflachprodukts. Unter den Begriff „Stahlflachprodukt“ werden im Sinne der vorliegenden Erfindung alle Walzprodukte, deren Länge sehr viel größer ist als ihre Dicke verstanden. Hierzu zählen Stahlbänder und -bleche sowie daraus gewonnene Zuschnitte und Platinen. Unter der Begriffswahl einer inneren Al-Si-haltigen und einer äußeren Erdalkalioxid- und/oder Übergangsmetalloxid-haltigen Schicht wird im Sinne der vorliegenden Erfindung verstanden, dass der Schichtaufbau keinen scharf abgegrenzten Schichtaufbau aufweist, sondern vielmehr eine Legierung vorliegt, in der - in Folge der Sauerstoffaffinität der jeweiligen Komponenten - diese in der inneren oder äußeren Schicht in erhöhter Konzentration vorliegen. Technischer Hintergrund Aluminium-Silizium-haltige Schutzüberzüge sind aus dem Stand der Technik bekannt und kommen seit Jahren in verschiedenen Anwendungsbereichen zum Einsatz. So zum Beispiel in der Automobilindustrie als temperatur- und korrosionsbeständiger Überzug, beispielsweise für Komponenten wie Auspuffanlagen oder Hitzeschilder. Im Stand der Technik finden sich verschiedene Beschichtungs- und Umformtechnologien, die sich überwiegend mit dem Korrosionsschutz, dem Verhalten beim Warmumformen oder der Erzeugung oxidischer Funktionsschichten befassen, wie die folgenden Schriften verdeutlichen: Die WO 2009/047183 A1 beschreibt ein zweischichtiges AlSi-/Zn-Überzugssystem zur Anwendung im Warmpresshärten. Ein ähnliches zweischichtiges AlSi-/Zn-Überzugssystem wird auch in der DE 10 2009 007 909 A1 beschrieben. Die WO 2015/036151 A1 offenbart Al-Zn-Mg-basierte Beschichtungen für warmumformbare Stähle, wobei Mg in deutlichen Mengen zur Einstellung des Korrosionsverhaltens eingesetzt wird. Thematisch verwandt ist die WO 2016/034476 A1, die Al- oder AlSi-Überzüge mit 0,1-0,5 Gew.% Erdalkali- oder Übergangsmetallanteilen beschreibt. Die WO 2015/117754 A1 betrifft die plasmaelektrolytische Oxidation zur Erzeugung hartkeramischer, mikrometerdicker Oxidschichten aus Al-, Mg-, Ti- oder Zr-Legierungen. Die DE 10 2004 059 566 B3 befasst sich mit einem Verfahren zum Schmelztauchbeschichten höherfester Stähle, bei dem eine Eisenoxidschicht gezielt erzeugt und anschließend reduziert wird, um Haftungsprobleme im Schmelztauchbad zu vermeiden. In der DE 10 2009 007 909 A1 werden Beschichtungsvarianten und Prozessführung zur Stabilisierung warmumgeformter, beschichteter Bauteile offenbart. Ein Vorteil der Aluminium-Silizium-haltigen Schutzüberzüge besteht darin, dass diese aufgrund der sich bildenden passiven Aluminiumoxidschicht in vielen Atmosphären bessere Korrosionseigenschaften aufweisen als Zink-basierte Schutzüberzüge und ferner deutlich beständiger gegenüber Temperaturen von bis zu 800 °C sind. Das Anwendungsgebiet der derzeit existierenden Aluminium-Silizium-haltigen Schutzsysteme ist aufgrund ihrer relativ hohen Sprödigkeit, die neben der Haftungsproblematik insbesondere zu höheren Reibwerten führt, stark eingeschränkt. Zusammenfassung der Erfindung Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde ein Stahlflachprodukt, insbesondere für eine Kaltumformung bereitzustellen, das gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten kaltumformbaren Stahlflachprodukten verbesserte tribologische Eigenschaften aufweist. Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Stahlflachprodukt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Das erfindungsgemäße Stahlflachprodukt besteht aus einem mit einem Schutzüberzug überzogenen Stahlsubstrat, wobei der Schutzüberzug aus einer inneren Al-Si-haltigen und einer äußeren Erdalkalioxid- und/oder Übergangsmetalloxid-haltigen Schicht besteht und wobei das Stahlsubstrat eine Zusammensetzung aufweist enthaltend (in Gew.-%): - bis zu 0,09 Kohlenstoff- bis zu 0,3 Silizium- bis zu 0,9 Mangan- bis zu 0,025 Phosphor- bis zu 0,02 Schwefel- bis zu 0,1 Aluminium- bis zu 0,14 Titan und/oder Niob- bis zu 0,001 Bor, sowie ggf.- weitere Zulegierungen ausgewählt aus der Gruppe bis zu 0,01 N, bis zu 0,15 Cu, bis zu 0,15 Cr, bis zu 0,15 Ni, bis zu 0,025 Mo, und/oder bis zu 0,05 Sn, und- Rest Eisen sowie unvermeidbare Verunreinigungen. Vorzugsweise weist das Stahlflachprodukt eine Zusammensetzung auf enthaltend (in Gew.-%):- bis zu 0,06 Kohlenstoff,- bis zu 0,12 Silizium,- bis zu 0,3 Mangan, mehr bevorzugt bis zu 0,2 Mangan