WO2024179867A1 - Method of hot press forming, with improved properties - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for producing a sheet steel molded part by hot forming a sheet steel blank.
- Step sheet blanks are understood here to mean blanks from flat steel products, such as blanks.
- a “steel flat product” or a “sheet metal product” we mean rolled products such as steel strips or sheets from which “sheet metal blanks” (also called blanks) are cut for the manufacture of, for example, bodywork components.
- sheet metal parts or “sheet metal components” are made from such sheet metal blanks, whereby the terms “formed sheet metal part” and “sheet metal component” are used synonymously here.
- the steels from which the steel substrates of sheet steel blanks are made, which are processed according to the state of the art and the invention explained here, include in particular the so-called "MnB steels", which are standardized in EN 10083-3.
- MnB steels which are standardized in EN 10083-3.
- a typical example of such a steel is the steel known as 22MnB5, which can be found in the 2004 steel key under the material number 1.5528.
- Steels of the type specified above allow for reliable process control during hot forming of the steel sheet blanks made from them to form a steel sheet molded part. Due to their composition, they have the special feature that the steel sheet molded part made from them by hot forming can be given high strengths through heat treatment. For this purpose, the component obtained by hot forming can be cooled in a targeted manner in the hot forming tool. At the same time, however, steel sheet blanks and the steel sheet molded parts hot formed from them, which consist of steels of the type in question here, are sensitive to corrosive attacks due to the high Mn content of their steel substrate. Therefore, such steel sheet blanks are usually coated with metallic protective coatings before hot forming to form the respective steel sheet molded part, which are intended to protect the steel substrate against corrosion.
- EP 2086755 B1 discloses a method for producing a hot-formed, coated steel component, in which a protective layer consisting of aluminum or an aluminum alloy containing, in mass %, 8 - 11% Si and 2 - 4% Fe is applied to a steel strip with a thickness of 20 to 33 ⁇ m by hot-dip coating.
- the steel strip consists of a steel which consists of, in mass %, between 0.15 - 0.5% C, between 0.5 - 3% Mn, between 0.1 - 0.5% Si, between 0.01 - 1% Cr, less than 0.2% Ti, less than 0.1% Al, less than 0.1% P, less than 0.05% S and between 0.0005 - 0.08% B, the remainder being iron and unavoidable impurities.
- Blanks are cut from the coated steel strip and then heated in a furnace at a constant furnace temperature for a specific annealing time, with the respective annealing time and furnace temperature being selected depending on the thickness of the blank.
- the furnace temperatures and annealing times in a furnace temperature-annealing time coordinate system are in a field with the following corner points: Point A - 930 °C, 3 min / Point B - 930 °C, 6 min / point C - 880 °C, 13 min / point D - 880 °C, 4 min.
- furnace temperatures and annealing times should be selected that are arranged in the furnace temperature-annealing time coordinate system in a field determined by the corner points E 940 °C, 4 min / F - 940 °C, 8 min / G - 900 °C, 6.5 min / H - 900 °C, 13 min.
- the blanks heated in this way are hot-formed to form a steel component, removed from the forming tool and cooled from the hot-forming temperature to 400 °C with a cooling rate of at least 50 °C/s.
- a method for producing a hot-formed, coated steel component is also known from DE 10 2017 120 128 Al.
- a roller hearth furnace is used to heat the coated steel sheet blanks.
- the roller hearth furnace has several zones with different furnace temperatures. In particular, a peak heating zone with temperatures of 1080°C and more is set up in order to achieve rapid heating.
- Heating coated sheet steel blanks on an industrial scale presents several challenges:
- the steel sheet blanks must be heated for a certain time to ensure sufficient diffusion of iron from the steel substrate into the aluminum-based protective coating.
- Sufficient diffusion of iron into the protective coating is achieved by setting the appropriate furnace temperature and annealing time. Greater diffusion can be achieved by using a higher furnace temperature or a longer annealing time.
- both the higher furnace temperature and the longer annealing time also have disadvantages. Longer annealing times lead to longer overall process times, which negatively affects efficiency in the industrial environment.
- heating is typically carried out in a roller hearth furnace, through which the steel sheet blanks are moved at a constant speed. Longer annealing times therefore lead to larger dimensions of the roller hearth furnaces. Consequently, it is advantageous to keep the total time that a steel sheet blank spends in the roller hearth furnace as low as possible.
- Higher furnace temperatures have the disadvantage that energy consumption and effort increase disproportionately. For example, setting up a peak heating zone with temperatures of 1080 °C as in DE 10 2017 120 128 Al requires stronger thermal insulation and significantly higher energy consumption.
- the steel sheet blanks be annealed for a particularly long time at lower temperatures.
- This has the further advantage that scrap can be reduced.
- the flow can occasionally be interrupted during the ongoing production process, i.e. the steel sheet blanks, which should actually be moved through the roller hearth furnace at a constant speed, are no longer moved or are moved more slowly.
- the steel sheet blanks are stored in an area with a certain temperature for longer than planned. This is not particularly critical if the area is low temperature. If, on the other hand, the steel sheet blank is in an area with a high temperature for too long, the diffusion process has progressed too far and the sheet metal component produced cannot be used because the further processing properties, such as weldability, are impaired as a result.
- the proportion of scrap is therefore correspondingly smaller if the proportion of high temperature zones can be reduced.
- Another boundary condition is the temperature of the steel sheet blank at the end of the heating process, i.e. when leaving the roller hearth furnace.
- the steel sheet blank in order to achieve a predominantly martensitic structure during forming, the steel sheet blank must have a temperature above the ACl temperature when placed in the forming tool, at which the formation of austenite begins during a heating process.
- the steel sheet blank In order to achieve a completely martensitic structure, the steel sheet blank must even have a temperature above the AC3 temperature when placed in the forming tool.
- the The temperature of the steel sheet blank at the end of the heating process may be correspondingly higher, as a certain amount of cooling occurs during the transfer time.
- the object of the present invention is to provide an improved method for producing a sheet steel molded part under these conditions.
- This object is achieved by a method for producing a sheet steel molded part comprising the following work steps: a) providing a sheet steel blank with a thickness d of at least 0.7 mm and a maximum of 3.5 mm comprising a steel substrate which consists of a steel which has 0.04 - 0.45 wt.% C, 0.1 - 3 wt.% Mn and optionally up to 0.01 wt.% B, and wherein the sheet steel blank has an aluminum-based anti-corrosion coating on at least one side; b) heating the sheet steel blank in an oven, i. wherein the sheet steel blank passes through the oven:
- a steel sheet blank which consists of a steel suitably composed in accordance with the explanations below (work step a)).
- the steel sheet blank has an aluminum-based anti-corrosion coating on at least one side.
- the anti-corrosion coating is preferably applied to both sides of the steel sheet blank. It is therefore a one-sided or a two-sided anti-corrosion coating.
- the two large surfaces of the steel sheet blank that are opposite one another are referred to as the two sides of the steel sheet blank.
- the narrow surfaces are referred to as edges.
- the steel sheet blank then passes through at least two heating zones, which are designated as the third and fourth heating zones. Additional heating zones, such as the first, second or fifth heating zones, can be added optionally.
- the numbering of the heating zones is to be understood as a chronological sequence, so that the steel sheet blank passes through the heating zones in ascending order.
- the optional heating zones are of course omitted if they are not present. If, for example, the first heating zone of the optional heating zones is present, but the second or fifth heating zone is not, the steel sheet blank passes through Steel sheet blanks are heated in the first, third and fourth heating zones (in this order) one after the other.
- step b) ii) is also to be understood as meaning that the parameters tl, TI, t2, T2, t5 and T5 are only set if the associated optional heating zones are implemented. In the event that one of the optional heating zones under b) i) is not implemented, its associated parameters are not set either.
- the entire step b) can alternatively be described as follows: b) Heating the steel sheet blank in an oven, i. whereby the steel sheet blank passes through the oven:
- a fifth heating zone with a fifth temperature T5 whereby for steel sheet blanks with a thickness d ⁇ 1.5 mm the following parameters are set:
- heating zones arranged one after the other are arranged directly next to one another, which means that a transfer time from one heating zone to an immediately adjacent heating zone is not more than 5 seconds, in particular not more than 2 seconds.
- a transfer time from one heating zone to an immediately adjacent heating zone is not more than 5 seconds, in particular not more than 2 seconds.
- the fourth heating zone and the fifth heating zone are arranged directly adjacent to one another.
- the first and third heating zones are preferably arranged directly adjacent to one another.
- the steel sheet blank does not pass through any other heating zones than those mentioned.
- the steel sheet blank therefore passes through exactly the first, second, third, fourth and fifth heating zones. In the case of optional heating zones, these can of course be omitted.
- a heating zone with a temperature in a temperature interval is understood to mean a furnace area with a temperature in this interval.
- the temperature does not necessarily have to be constant across the entire heating zone. It is only important that the temperature is within the temperature interval at all points within the heating zone. For example, if the first heating zone is required to have a temperature TI in the range of 700°C - 850°C This includes cases where the first heating zone consists, for example, of two areas having temperatures of 760°C and 820°C.
- the total time in the oven for sheet steel blanks with a thickness d ⁇ 1.5 mm is preferably a maximum of 840 s, in particular a maximum of 720 s, preferably a maximum of 420 s, in particular a maximum of 300 s.
- the total time in the oven for sheet steel blanks with a thickness d > 1.5 mm is preferably a maximum of 900 s, in particular a maximum of 720 s, preferably a maximum of 480 s, in particular a maximum of 420 s. This ensures that the desired layer structure is achieved. At the same time, the energy consumption for heating is not too high.
- the total time in the oven corresponds to the sum of the time periods tl, t2, t3, t4, t5.
- the time periods of unrealized, optional heating zones are included in the sum as zero.
- the time period tl for sheet steel blanks with a thickness d ⁇ 1.5 mm is at least 90 s and a maximum of 360 s, in particular a maximum of 240 s, preferably a maximum of 150 s.
- the time period tl is preferably at least 90 s, in particular at least 120 s and a maximum of 580 s, in particular a maximum of 360 s, preferably a maximum of 180 s.
- the temperature Tl is preferably at least 720 °C, in particular at least 750 °C, preferably at least 770 °C and a maximum of 830 °C, in particular a maximum of 820 °C, preferably a maximum of 800 °C.
- the temperature Tl is preferably at least 730 °C, in particular at least 760 °C and a maximum of 840 °C, in particular a maximum of 830 °C, preferably a maximum of 800 °C.
- the time period t2 for sheet steel blanks with a thickness d ⁇ 1.5 mm is at least 30 s, preferably at least 40 s, in particular at least 45 s and a maximum of 90 s, in particular a maximum of 80 s, preferably a maximum of 70 s.
- the time period t2 is preferably at least 30 s, in particular at least 40 s, preferably at least 60 s and a maximum of 90 s, in particular a maximum of 360 s, preferably a maximum of 80 s.
- the temperature T2 for sheet steel blanks with a thickness d ⁇ 1.5 mm is preferably at least 930 °C, in particular at least 940 °C and maximum 980 °C, in particular maximum 970 °C, preferably a maximum of 960 °C.
- the temperature T2 is preferably at least 940 °C, in particular at least 950 °C and a maximum of 980 °C, in particular a maximum of 970 °C.
- the time period t3 for sheet steel blanks with a thickness d ⁇ 1.5 mm is at least 60 s and a maximum of 540 s, in particular a maximum of 300 s, preferably a maximum of 180 s.
- the time period t3 is preferably at least 60 s and a maximum of 600 s, in particular a maximum of 360 s, preferably a maximum of 180 s.
- the temperature T3 is preferably at least 720 °C, in particular at least 750 °C, preferably at least 800 °C and a maximum of 880 °C, in particular a maximum of 860 °C.
- the temperature T3 is preferably at least 720 °C, in particular at least 750 °C, preferably at least 800 °C and a maximum of 900 °C, in particular a maximum of 880 °C, preferably a maximum of 860 °C.
- the time period t4 for sheet steel blanks with a thickness d ⁇ 1.5 mm is at least 30 s, preferably at least 45 s, in particular at least 50 s and a maximum of 120 s, in particular a maximum of 90 s, preferably a maximum of 70 s.
- the time period t4 is preferably at least 30 s, in particular at least 40 s, preferably at least 50 s and a maximum of 150 s, in particular a maximum of 120 s, preferably a maximum of 90 s.
- the temperature T4 is preferably at least 930 °C, in particular at least 940 °C and a maximum of 980 °C, preferably a maximum of 970 °C, in particular a maximum of 960 °C.
- the temperature T4 is preferably at least 940 °C, in particular at least 950 °C and a maximum of 980 °C, in particular a maximum of 970 °C.
- the time period t5 for sheet steel blanks with a thickness d ⁇ 1.5 mm is at least 5 s, preferably at least 10 s, in particular at least lös and a maximum of 30 s, in particular a maximum of 20 s.
- the time period tö is preferably at least 10 s, in particular at least lös, preferably at least 20 s and a maximum of 50 s, in particular a maximum of 40 s, preferably a maximum of 30 s.
- the temperature T5 is preferably at least 750 °C, in particular at least 800 °C, preferably at least 830 °C and a maximum of T4-30 °C, preferably a maximum of T4-60 °C, in particular a maximum of T4-80 °C.
- the temperature T5 is preferably at least 750 °C, in particular at least 800 °C, preferably at least 830 °C and a maximum of T4-30 °C, in particular a maximum of T4-60 °C, preferably a maximum of T4-80 °C.
- the following parameters are set for sheet steel blanks with a thickness d ⁇ 1.5 mm:
- a special variant of all the previously mentioned designs which includes exactly the third and fourth heating zones, has the advantage that it is easy to implement, since only one furnace with two heating zones is required.
- the adhesion of the protective coating material to the rollers of the roller hearth furnace is reduced, since the protective coating material does not melt as quickly.
- a special variant of all the previously listed designs, which includes exactly the first, third and fourth heating zones, has the advantage that heating can be achieved even more slowly.
- a special variant of all the previously mentioned designs which includes exactly the second, third and fourth heating zones, has the advantage that the relatively short second heating zone allows for rapid heating at the beginning.
- the time period t2 is short enough that the The blank has not yet reached the temperature for molten phases. The temperature at which significant diffusion occurs is therefore quickly reached. Heating is then continued slowly so that there is sufficient time for diffusion before the blank reaches the temperature at which molten phases appear. This means that the total time in the oven can be shortened, while at the same time roll adhesion is reduced.
- a special variant of all the previously listed designs which includes exactly the first, second, third and fourth heating zones, has the advantage that, on the one hand, the temperature of the blank is slowly increased due to the upstream first heating zone.
- the subsequent combination of the second, third and fourth heating zones leads to the blank maintaining a relatively constant temperature as it passes through these three zones due to the change from a hot to a cooler to a hot heating zone. This makes the process particularly stable.
- the temperature of the blank is lowered before it leaves the furnace. This means that less cooling power is required in the subsequent forming process in a forming tool, as the blank does not have to be cooled down as much.
- the cooling water supply can therefore be reduced and the holding time in the tool can also be reduced. This saves costs and increases the economic efficiency of the process.
- the steel sheet blank at least partially exceeds the AC3 temperature of the steel sheet blank.
- the temperature T E inig of the steel sheet blank when inserted into the forming tool (work step c)) is at least partially above Ms+100 °C, where Ms denotes the martensite start temperature.
- partially exceeding a temperature means that at least 30%, in particular at least 60%, of the volume of the blank exceeds a corresponding temperature.
- At least 30% of the blank has an austenitic structure, i.e. the transformation from ferritic to austenitic structure does not have to be completed when placed in the forming tool. Rather, up to 70% of the volume of the blank when placed in the forming tool can consist of other structural components, such as tempered bainite, tempered martensite and/or not or partially recrystallized ferrite. For this purpose, certain areas of the blank can be kept at a lower temperature than others during heating. To do this, the heat supply can be directed only at certain sections of the blank, or the parts that are to be heated less can be shielded from the heat supply.
- Maximum strength properties of the resulting sheet metal part can be achieved by ensuring that the temperature at least partially reached in the sheet metal blank is between Ac3 and 1000 °C, preferably between 850 °C and 950 °C.
- An optimally uniform distribution of properties can be achieved by completely heating the blank in step b).
- the average heating rate r of the sheet metal blank during heating in step b) is at least 3 K/s, preferably at least 5 K/s, in particular at least 10 K/s, preferably at least 15 K/s.
- the average heating rate r is to be understood as the average heating rate from 30°C to 700°C.
- the dew point of the furnace atmosphere in the furnace is at least -25 °C, preferably at least -20 °C, preferably at least -15 °C, in particular at least -5 °C, particularly preferably at least 0 °C, in particular at least 5 °C and a maximum of +25 °C, preferably a maximum of +20 °C, in particular a maximum of +15 °C.
- the blank heated in this way is removed from the oven and placed in a forming tool within a transfer time t Tr ans of preferably no more than 20 s, in particular no more than 15 s. Such rapid transport is necessary in order to avoid excessive cooling before deformation.
- the temperature T E ini g of the steel sheet blank when it is placed in the forming tool (work step c)) is at least partially above Ms+100 °C, preferably above 600 °C, in particular above 650 °C, particularly preferably above 700 °C.
- Ms denotes the martensite start temperature.
- the temperature is at least partially above the ACl temperature. In all of these variants, the temperature is in particular a maximum of 900 °C. These temperature ranges ensure good formability of the material overall.
- the tool When the blank is inserted, the tool typically has a temperature between room temperature (RT) and 200 °C, preferably between 20 °C and 180 °C, in particular between 50 °C and 150 °C.
- the tool can be tempered at least in some areas to a temperature T W z of at least 200 °C, in particular at least 300 °C, in order to only partially harden the component.
- the tool temperature Twz is preferably a maximum of 600 °C, in particular a maximum of 550 °C. It only has to be ensured that the tool temperature Twz is below the desired target temperature Tziei.
- the residence time in the tool twz is preferably at least 2s, in particular at least 3s, particularly preferably at least 5s.
- the maximum residence time in the tool is preferably 25s, in particular a maximum of 20s.
- the target temperature Tziei of the sheet metal part is at least partially below 400 °C, preferably below 300 °C, in particular below 250 °C, preferably below 200 °C, particularly preferably below 180 °C, in particular below 150 °C.
- the target temperature Tziei of the sheet metal part is particularly preferably below Ms-50 °C, where Ms denotes the martensite start temperature.
- the target temperature of the sheet metal part is preferably at least 20 °C, particularly preferably at least 50 °C.
- the martensite start temperature of a steel within the scope of the inventive specifications is according to the formula:
- Ms [°C] (490.85 — 302.6 %C — 30.6 %Mn - 16.6 %Ni — 8.9 %Cr + 2.4 %Mo — 11.3 %Cu + 8.58 %Co + 7.4 %W — 14.5 %Si) [°C/wt.%], where C% is the C content, %Mn is the Mn content, %Mo is the Mo content, %Cr is the Cr content, %Ni is the Ni content, %Cu is the Cu content, %Co is the Co content, %W is the W content and %Si is the Si content of the respective steel in wt.%.
- AC3[°C] (902 - 225*%C + 19*%Si - ll*%Mn - 5*%Cr + 13*%Mo - 20*%Ni +55*%V)[°C/wt. %], where %C is the C content, %Si is the Si content, %Mn is the Mn content, %Cr is the Cr content, %Mo is the Mo content, %Ni is the Ni content and +%V is the vanadium content of the respective steel (Brandis H 1975 TEW-Techn. Ber. 1 8-10).
- the blank is not only formed into the sheet metal part, but is also quenched to the target temperature at the same time.
- the cooling rate in the tool rwz to the target temperature is in particular at least 27 K/s, preferably at least 30 K/s, in particular at least 50 K/s, in a special design at least 100 K/s.
- the sheet metal part is preferably cooled to a cooling temperature TAB of less than 100 °C within a cooling time t AB of 0.5 to 600 s. This is usually done by air cooling.
- the steel substrate of the steel sheet blank used in the process is made of a steel containing 0.04 - 0.45 wt.% C, 0.1 - 3 wt.% Mn and optionally up to 0.01 wt.% B.
- the structure of the steel can be converted into a martensitic or partially martensitic structure by hot forming.
- the structure of the steel substrate of the sheet steel molded part is therefore preferably a martensitic or at least partially martensitic structure, since this has a particularly high hardness.
- the steel substrate is a steel which, in addition to iron and unavoidable impurities (in wt. %), consists of
- Ca ⁇ 0.01 wt.% and optionally one or more of the elements “Cr, B, Mo, Ni, Cu, Nb, Ti, V” in the following contents
- V ⁇ 0.3 wt.%.
- the elements P, S, N, Sn and As are impurities that cannot be completely avoided during steel production. In addition to these elements, other elements may be present as impurities in the steel. These other elements are summarized under the "unavoidable impurities".
- the total content of unavoidable impurities is preferably a maximum of 0.2% by weight, preferably a maximum of 0.1% by weight.
- the optional alloying elements Cr, B, Nb and Ti, for which a lower limit is specified, can also be present in the steel substrate as unavoidable impurities in contents below the respective lower limit. In this case, they are also counted as unavoidable impurities, the total content of which is limited to a maximum of 0.2% by weight, preferably a maximum of 0.1% by weight.
- the individual upper limits for the respective contamination of these elements are preferably as follows:
- the C content of the steel is a maximum of 0.37 wt.% and/or at least 0.06 wt.%. In particularly preferred embodiments, the C content is in the range of 0.06 - 0.09 wt.% or in the range of 0.12 - 0.25 wt.% or in the range of 0.33 - 0.37 wt.%.
- the Si content of the steel is a maximum of 1.00 wt.% and/or at least 0.06 wt.%.
- the Mn content of the steel is a maximum of 2.4 wt.% and/or at least 0.75 wt.%. In particularly preferred variants, the Mn content is in the range of 0.75 - 0.85 wt.% or in the range of 1.0 - 1.6 wt.%.
- the Al content of the steel is a maximum of 0.75% by weight, in particular a maximum of 0.5% by weight, preferably a maximum of 0.25% by weight.
- the Al content is preferably at least 0.02%. It has also been shown that it can be helpful if the sum of the contents of silicon and aluminum is limited.
- the sum of the contents of Si and Al (usually referred to as Si+Al) is therefore a maximum of 1.5 wt.%, preferably a maximum of 1.2 wt.%.
- the sum of the contents of Si and Al is at least 0.06 wt.%, preferably at least 0.08 wt.%.
- the maximum Ca content is 0.01 wt.%, in particular a maximum of 0.007 wt.%, preferably a maximum of 0.005 wt.%. If the Ca content is too high, the probability increases that non-metallic inclusions involving Ca will form, which will impair the purity of the steel and also its toughness. For this reason, an upper limit of the Ca content of no more than 0.005 wt.%, preferably a maximum of 0.003 wt.%, should be observed.
- the elements P, S and N are typical impurities that cannot be completely avoided during steel production.
- the P content is a maximum of 0.03% by weight.
- the S content is preferably a maximum of 0.012%.
- the N content is preferably a maximum of 0.009% by weight.
- the steel also contains chromium with a content of 0.08 - 1.0 wt.%.
- the Cr content is preferably a maximum of 0.75 wt.%, in particular a maximum of 0.5 wt.%.
- the sum of the contents of chromium and manganese is preferably limited.
- the sum is a maximum of 3.3% by weight, in particular a maximum of 3.15% by weight.
- the sum is at least 0.5% by weight, preferably at least 0.75% by weight.
- the steel optionally also contains boron in a content of 0.001 - 0.005 wt.%.
- the B content is a maximum of 0.004 wt.%.
- the steel can contain molybdenum with a content of maximum 0.5 wt.%, in particular maximum 0.1 wt.%.
- the steel can optionally contain nickel with a content of maximum 0.5 wt.%, preferably maximum 0.15 wt.%.
- the steel can also contain copper with a content of maximum 0.2 wt.%, preferably maximum 0.15 wt.%.
- the steel can optionally contain one or more of the microalloying elements Nb, Ti and V.
- the optional Nb content is at least 0.02 wt. % and a maximum of 0.08 wt. %, preferably a maximum of 0.04 wt. %.
- the optional Ti content is at least 0.01 wt.
- the optional V content is a maximum of 0.3 wt. %, preferably a maximum of 0.2 wt. %, in particular a maximum of 0.1 wt. %, preferably a maximum of 0.05 wt. %.
- the sum of the contents of Nb, Ti and V is preferably limited.
- the sum is a maximum of 0.1% by weight, in particular a maximum of 0.068% by weight. Furthermore, the sum is preferably at least 0.015% by weight.
- the corrosion protection coating mentioned is preferably produced by hot-dip coating the flat steel product.
- the flat steel product is passed through a liquid melt which consists of 0.1 - 15 wt.% Si, preferably more than 1.0 wt.% Si, optionally 2-4 wt.% Fe, optionally up to 5 wt.% alkali or alkaline earth metals, preferably up to 1.0 wt.% alkali or alkaline earth metals, and optionally up to 15 wt.% Zn, preferably up to 10 wt.% Zn and optionally further components, the total contents of which are limited to a maximum of 2.0 wt.%, and the remainder being aluminum.
- the optional content of alkali or alkaline earth metals is preferably at least 0.1 wt.%.
- the Si content of the melt is 0.4-3.5 wt.%.
- the Si content of the melt in this variant is preferably at least 0.5 wt.%, in particular at least 0.7 wt.%.
- the Si content of the melt is also preferably at most 2.5 wt.%, in particular at most 2.0 wt.%. It has been shown that the method according to the invention can be used particularly well with coatings in which the diffusion of iron into the coating occurs relatively quickly, i.e. where there is a high diffusion rate. These are in particular coatings with a low Si content, since Si hinders the diffusion of iron into the coating.
- the Si content of the melt is 7-12 wt.%, in particular 8 - 10 wt.%.
- the optional content of alkali or alkaline earth metals in the melt comprises 0.1 - 1.0 wt.% Mg, in particular 0.1 - 0.7 wt.% Mg, preferably 0.1 - 0.5 wt.% Mg.
- the optional content of alkali or alkaline earth metals in the melt can comprise in particular at least 0.0015 wt.% Ca, in particular at least 0.01 wt.% Ca.
- the optional content of alkali or alkaline earth metals in the melt preferably consists of 0.1 - 1.0 wt.% Mg, in particular 0.1 - 0.7 wt.% Mg. preferably 0.1 - 0.5 wt.% Mg and optionally at least 0.0015 wt.% Ca, in particular at least 0.01 wt.% Ca.
- the alloy layer lies on the steel substrate and is directly adjacent to it.
- the alloy layer is essentially made of aluminum and iron.
- the alloy layer preferably consists of 25 - 50 wt.% Fe, 5 - 20 wt.% Si, optional further components whose total content is limited to a maximum of 5.0 wt.%, preferably 2.0 wt.%, and the remainder aluminum.
- the optional further components include in particular the other components of the melt (i.e. optionally alkali or alkaline earth metals, in particular Mg or Ca) and the remaining parts of the steel substrate in addition to iron.
- the alloy layer consists of 25 - 50 wt.% Fe, 0.5 - 5.0 wt.% Si, optional further components whose total content is limited to a maximum of 5.0 wt.%, preferably 2.0 wt.%, and the remainder aluminum.
- the optional additional components here also include in particular the other components of the melt (i.e. alkali or alkaline earth metals, in particular Mg or Ca) and the remaining components of the steel substrate in addition to iron.
- the Al base layer lies on the alloy layer and is directly adjacent to it.
- the composition of the Al base layer preferably corresponds to the composition of the melt of the melt bath. This means that it consists of up to 15% by weight Si, optionally 2-4% by weight Fe, optionally 5.0% by weight alkali or alkaline earth metals, preferably up to 1.0% by weight alkali or alkaline earth metals, optionally up to 15% by weight Zn, preferably up to 10% by weight Zn and optionally further components, the total contents of which are limited to a maximum of 2.0% by weight, and the remainder aluminum.
- Preferred compositions of the Al base layer correspond to the preferred melt compositions.
- the Si content of the Al base layer is 0.4-3.5 wt.%.
- the Si content of the Al base layer in this variant is at least 0.5 wt.%, in particular at least 0.7 wt.%.
- the Si content of the Al base layer is preferably at most 2.5 wt.%, in particular at most 2.0 wt.%.
- the Si content of the Al base layer is 7-12 wt.%, in particular 8-10 wt.%.
- the optional content of alkali or alkaline earth metals comprises 0.1 - 1.0 wt.% Mg, in particular 0.1 - 0.7 wt.% Mg, preferably 0.1 - 0.5 wt.% Mg.
- the optional content of alkali or alkaline earth metals in the Al base layer can comprise in particular at least 0.0015 wt.% Ca, in particular at least 0.1 wt.% Ca.
- the optional content of alkali or alkaline earth metals consists of 0.1 - 1.0 wt.% Mg, in particular 0.1 - 0.7 wt.% Mg, preferably 0.1 - 0.5 wt.% Mg and optionally at least 0.0015 wt.% Ca, in particular at least 0.1 wt.% Ca.
- the Si content in the alloy layer is lower than the Si content in the Al base layer.
- the corrosion protection coating preferably has a thickness of 5 - 60 pm, in particular 10 - 40 pm.
- the coating weight of the corrosion protection coating is in particular 30 - 360 ⁇ for corrosion protection coatings on both sides or 15 - 180 in the one-sided variant.
- the coating weight of the anti-corrosive coating is preferably 100 - 200 ⁇ for coatings on both sides or 50 - 100 ⁇ for coatings on one side.
- the coating weight of the anti-corrosive coating is particularly preferably 120 - 180 ⁇ for coatings on both sides or 60 - for coatings on one side.
- the thickness of the alloy layer is preferably less than 20 pm, particularly preferably less than 16 pm, particularly preferably less than 12 pm, in particular less than 10 pm.
- the thickness of the Al base layer results from the difference between the thicknesses of the anti-corrosive coating and the alloy layer.
- the thickness of the Al base layer is preferably at least lpm, even with thin anti-corrosive coatings.
- the flat steel product comprises an oxide layer arranged on the anti-corrosive coating. The oxide layer lies in particular on the Al base layer and preferably forms the outer finish of the anti-corrosive coating.
- the oxide layer consists in particular of more than 80% by weight of oxides, with the majority of the oxides (i.e. more than 50% by weight of the oxides) being aluminum oxide.
- hydroxides and/or magnesium oxide are present in the oxide layer alone or as a mixture.
- the remainder of the oxide layer not taken up by the oxides and optionally present hydroxides consists of silicon, aluminum, iron and/or magnesium in metallic form.
- zinc oxide components are also present in the oxide layer.
- the oxide layer of the flat steel product has a thickness greater than 50 nm.
- the thickness of the oxide layer is a maximum of 1 pm, preferably a maximum of 500 nm.
- the steel sheet blanks provided are preferably obtained by coating a flat steel product in the manner explained above and cutting it into steel sheet blanks. Consequently, the preferred variants of the anti-corrosive coating on the flat steel product explained above apply analogously to the anti-corrosive coating of the steel sheet blank.
- the invention further relates to a method for reducing waste in a method for producing a sheet steel molded part, in particular a method as previously explained.
- the method for producing a sheet steel molded part comprises the following steps: a) providing a sheet steel blank with a thickness d of at least 0.7 mm and a maximum of 3.5 mm, comprising a steel substrate consisting of a steel that has 0.04 - 0.45 wt.% C, 0.1 - 3 wt.% Mn and optionally up to 0.01 wt.% B, and wherein the sheet steel blank has an aluminum-based anti-corrosion coating on at least one side; b) heating the sheet steel blank in an oven, i. wherein the sheet steel blank passes through the oven:
- a fifth heating zone with a fifth temperature where T5 ⁇ T4; c) inserting the heated sheet metal blank into a forming tool, wherein the transfer time t T rans required for removing the blank from the furnace and inserting the blank is at most 20 s, preferably at most 15 s; d) hot press forming the sheet metal blank to form the sheet metal part, wherein during the hot press forming the blank is cooled to the target temperature Tziei over a duration twz of more than 1 s at a cooling rate r W z which is at least partially more than 27 K/s and is optionally held there; e) removing the sheet metal part cooled to the target temperature from the tool.
- the scrap in such a process is reduced by the following steps: i. for each heating zone, a maximum period of time is specified for which a steel sheet blank can be additionally stored in this heating zone due to an interruption in the process, ii. if the passage of the steel sheet blank through the furnace is interrupted, it is determined in which heating zone the steel sheet blank is stored for the duration of the interruption, iii. after the steel sheet blank has been interrupted, it is checked whether the additional period of time the steel sheet blank was stored in the heating zone due to the interruption exceeds the maximum period of time for this heating zone.
- the process for producing a sheet steel molded part is carried out by moving the sheet metal blank through a roller hearth furnace at a constant speed in step b).
- the roller hearth furnace has several heating zones with different temperatures. If there is an interruption in the production process, the movement of the sheet metal blanks through the roller hearth furnace stops or slows down. Sheet metal blanks that were stored for too long in the roller hearth furnace during the interruption are completely sorted out and not used. In a roller hearth furnace that is 30 - 50 m long, this can affect a large number of sheet metal blanks.
- the method according to the invention is based on the knowledge that not all of the sheet metal blanks that were usually disposed of are no longer suitable for further processing. Due to the different heating zones with different temperatures, different effects on the sheet metal blanks arise depending on which heating zone the sheet metal blanks are stored in during the interruption. In the particularly hot heating zones, even short additional periods of time lead to the diffusion process in the coating progressing to such an extent that the sheet metal blank is no longer suitable for forming and use as a sheet metal molded part. In contrast, the sheet metal blanks in the heating zones that are not so hot can survive a longer additional period of time without this having any significant effects. Or in other words: The process windows are much narrower in terms of time for the hot heating zones than for the heating zones with lower temperatures.
- a maximum period of time is specified for which a steel sheet blank can be additionally stored in this heating zone due to an interruption in the flow.
- the process window in terms of time is therefore specified for each heating zone. If the flow of the steel sheet blank through the furnace is interrupted, it is then determined in which heating zone the steel sheet blank is stored for the duration of the interruption. For each sheet blank in the furnace, it is therefore determined which process window should be used by establishing in which heating zone the sheet blank is stored during the interruption. After the interruption, the steel sheet blank is then checked to see whether the additional period of time the steel sheet blank was stored in the heating zone due to the interruption exceeds the maximum period of time for this heating zone. It is therefore checked whether the sheet blank was still processed within the relevant process window.
- the steel sheet blank for which the check in step iii) was positive i.e. the maximum time period was exceeded
- the number of steel sheet blanks rejected i.e. scrap
- the usual procedure which involves rejecting all steel sheet blanks that have been in the furnace for too long during the interruption.
- the maximum duration of the third heating zone is greater than the maximum duration of the fourth heating zone and/or the maximum duration of the first heating zone is greater than the maximum duration of the second heating zone and/or the maximum duration of the third heating zone is greater than the maximum duration of the second heating zone and/or the maximum duration of the fifth heating zone is greater than the maximum duration of the fourth heating zone.
- Heating zones with lower temperatures therefore have a longer maximum duration than heating zones with higher temperatures.
- the heating zones are designed as in the previously explained method for producing a sheet steel molded part.
- tailored blanks Areas of different thickness of the sheet metal blank (so-called “tailored blanks”) can be created in different ways:
- One or more special cold rolling passes in which individual areas are rolled more intensively or more frequently, result in a lower material thickness and thus a lower thickness in these areas (so-called “tailor rolled blanks”);
- patches are applied to an existing sheet metal blank in order to thicken it in certain areas.
- the patches can also protrude beyond the existing sheet metal blank, or only overlap a fraction of the sheet metal blank and be connected using resistance spot welding or laser welding, so that a variant of welding together (“tailor welded blanks") using resistance spot welding or laser welding is partially or essentially created.
- the patches can also be applied using structural adhesives. In the latter two cases, sheet metal cuts made from different materials can also be used and joined together.
- Areas of different thicknesses have the advantage that individual areas of the final sheet metal part (see below) can be specifically reinforced or given a higher ductility. In this way, it is possible to make those parts that are subject to particular stress (for example during a crash) more stable, while other parts are made thinner to reduce the weight of the component. The result is a weight-optimized component that has targeted reinforcements in the areas of high stress. At the same time, more ductile areas of the component absorb the energy over a greater distance in the event of a crash and reduce the stress on the passengers.
- the various annealing parameters (tl, TI, t2, T2, 7) depending on whether the thickness of the steel sheet blanks is greater than 1.5 mm or less than or equal to 1.5 mm.
- the steel sheet blanks with different thicknesses described here it may happen that all areas have a thickness greater than 1.5 mm or all areas have a thickness less than or equal to 1.5 mm.
- the respective parameter sets must be used.
- the parameters are preferably set so that both sets of relations are fulfilled, i.e. so that
- corresponding steel sheets were produced in a conventional manner by producing slabs with the compositions given in Table 1 with a thickness of 200 - 280 mm and a width of 1000 - 1200 mm. These were heated in a pusher furnace to a temperature between 1250 °C and 1300 °C and kept for between 30 and 450 minutes until the temperature in the core of the slabs was reached and the slabs were thus heated through. The slabs were discharged from the pusher furnace at their heating through temperature and subjected to hot rolling. The tests were carried out as continuous hot strip rolling.
- the slabs were first pre-rolled to an intermediate product with a thickness of 40 mm, whereby the intermediate products, which can also be referred to as pre-strips in hot strip rolling, each had an intermediate product temperature in the range of 1050 °C to 1150 °C at the end of the pre-rolling phase.
- the pre-strips were fed to the finish rolling immediately after pre-rolling so that the intermediate product temperature corresponds to the initial rolling temperature for the finish rolling phase.
- the pre-strips were rolled out to hot strips with a final thickness in the range of 3 - 7 mm and final rolling temperatures in the range of 800 °C to 950 °C, cooled to a coiling temperature in the range of 550 °C to 660 °C and wound into coils at the coiling temperature and then cooled in still air.
- the hot strips were then descaled in the conventional way by pickling before being subjected to cold rolling.
- the cold-rolled flat steel products were heated in a continuous annealing furnace to an annealing temperature between 650 °C and 850 °C and held at annealing temperature for 100 s each before being cooled at a cooling rate of 1 K/s to an immersion temperature in the range of 650 °C to 800 °C.
- the cold strips were passed through a molten coating bath with a temperature in the range of 650 °C to 730 °C at their respective immersion temperatures.
- the composition of the coating bath is given in Table 2.
- the coated strips were blown off in a conventional manner, producing coatings with different layer thicknesses (see Table 2).
- the strips were then cooled in a conventional manner. Blanks were cut from the steel strips produced in this way and used for further tests.
- sheet metal part samples 1 to 46 in the form of profile-shaped components (hat profiles) with a blank surface of approx. 200 x 400 mm were hot-pressed from the respective blanks.
- Table 3 shows the thickness of the flat steel product, the type of steel used according to Table 1 and the coating used according to Table 2 for each test.
- the blanks were heated in a roller hearth furnace with five separately controllable zones. The five zones of the furnace were set so that the blanks passed through the heating zones specified in Table 3. For this purpose, of course, several zones of the furnace were set to the same temperature where necessary in order to represent a correspondingly longer heating zone. For example, for test 1, all zones of the furnace were set to the same temperature.
- the total time in the furnace, which includes heating and holding, is designated as dead.
- Table 3 shows for each test how long the blank was heated in which zone. Empty cells in Table 3 mean that the respective heating zone was not present.
- the example number in Table 3 is preceded by a "V".
- the dew point of the furnace atmosphere was -5 °C in all cases.
- the blanks were then removed from the heating device and placed in a forming tool which had been cooled to room temperature.
- the transfer time T rans which consists of the removal from the heating device, transport to the tool and placement in the tool, was around 10 s.
- the temperature T E inig of the blanks when placed in the forming tool was in all cases above the respective martensite start temperature +100 °C.
- the blanks were formed into the respective sheet metal parts in the forming tool, whereby the sheet metal parts were cooled in the tool at a cooling rate of about 50 K/s to a target temperature T Z iei of less than 200°C.
- the dwell time in the tool was about 6 to 10 s.
- the samples were cooled in air to room temperature.
- the sheet steel parts produced in this way were then tested for their processability.
- the weldability of the sheet metal parts was tested in accordance with SEP 1220-2. The results are shown in Table 3. If the weldability is sufficient, the example is marked with "OK” (OK), otherwise with "NOK” (NOT OK). It is clear that longer periods in the first and third zones are not problematic, as these zones have a lower temperature. On the other hand, the sheet steel blanks should not be stored for too long in the second and fourth zones, as this significantly impairs weldability. This is due to the thickness of the alloy layer. This was measured on cross sections of the produced sheet metal parts and is also given in Table 3. Weldability is guaranteed up to an alloy layer thickness of 15 pm, while weldability is no longer possible for thicknesses above 15 pm.
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Abstract
The invention relates to a method for producing a pressed flat steel sheet part by way of a special heating method prior to forming. The invention also relates to a method for reducing refuse during the production of pressed flat steel sheet parts, in particular in the production method according to the invention.
Description
Verfahren zum Warmpressformen mit verbesserten Eigenschaften Process for hot press forming with improved properties
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlblechformteil mittels Warmumformen eines Stahlblechzuschnittes. The invention relates to a method for producing a sheet steel molded part by hot forming a sheet steel blank.
Als „Stahlblechzuschnitte“ werden hier Zuschnitte von Stahlflachprodukten, wie beispielsweise Platinen, verstanden. Wenn von einem „Stahlflachprodukt“ oder auch von einem „Blechprodukt“ die Rede ist, so sind damit Walzprodukte, wie Stahlbänder oder -bleche, gemeint aus den für die Herstellung von beispielsweise Karosseriebauteilen „Blechzuschnitte“ (auch Platinen genannt) abgeteiltwerden. „Blechformteile“ oder „Blechbauteile“ sind aus derartigen Blechzuschnitten hergestellt, wobei hier die Begriffe „Blechformteil“ und „Blechbauteil“ synonym verwendet werden. “Steel sheet blanks” are understood here to mean blanks from flat steel products, such as blanks. When we talk about a “steel flat product” or a “sheet metal product”, we mean rolled products such as steel strips or sheets from which “sheet metal blanks” (also called blanks) are cut for the manufacture of, for example, bodywork components. “Formed sheet metal parts” or “sheet metal components” are made from such sheet metal blanks, whereby the terms “formed sheet metal part” and “sheet metal component” are used synonymously here.
Alle Angaben zu Gehalten der in der vorliegenden Anmeldung angegebenen Stahlzusammensetzungen sind auf das Gewicht bezogen, sofern nicht ausdrücklich anders erwähnt. Alle nicht näher bestimmten, im Zusammenhang mit einer Stahllegierung stehenden "%-Angaben" sind daher als Angaben in "Gew.-%" zu verstehen. Mit Ausnahme der auf das Volumen (Angabe in "Vol.-%") bezogenen Angaben zum Restaustenit-Gehalt des Gefüges eines erfindungsgemäßen Blechformteils beziehen sich Angaben zu den Gehalten der verschiedenen Gefügebestandteile jeweils auf die Fläche eines Schliffs einer Probe des jeweiligen Erzeugnisses (Angabe in Flächenprozent "Flächen-%“), soweit nicht ausdrücklich anders angegeben. In diesem Text gemachte Angaben zu den Gehalten der Bestandteile einer Atmosphäre beziehen sich auf das Volumen (Angabe in „VoL-%“). All information on the contents of the steel compositions specified in the present application is based on weight, unless expressly stated otherwise. All unspecified "% data" in connection with a steel alloy are therefore to be understood as data in "wt. %". With the exception of the data on the residual austenite content of the structure of a sheet metal molding according to the invention, which is based on the volume (data in "vol. %), data on the contents of the various structural components refer to the area of a cross-section of a sample of the respective product (data in area percent "area %"), unless expressly stated otherwise. Data provided in this text on the contents of the components of an atmosphere refer to the volume (data in "Vol. %").
Werden im vorliegenden Text Formeln oder Bedingungen genannt, in denen anhand von Gehalten bestimmter Legierungselemente Werte berechnet oder gebildet werden, so werden die betreffenden Gehalte an Legierungselementen jeweils in Gew.-% in diese Formeln oder Bedingungen eingesetzt, sofern nichts anderes angegeben ist. Where formulae or conditions are used in this text in which values are calculated or formed on the basis of contents of certain alloying elements, the relevant contents of alloying elements are entered in these formulae or conditions in % by weight, unless otherwise stated.
Mechanische Eigenschaften, wie Zugfestigkeit, Streckgrenze, Dehnung, die hier berichtet werden, sind im Zugversuch gemäß DIN-EN ISO 6982-1, Probenform 2 (Anhang B Tab. Bl) (Stand 2020-06) ermittelt worden, soweit nicht ausdrücklich anders angegeben. Der Biegewinkel wird gemäß der VDA-Norm 238-100 ermittelt.
Das Gefüge wurde an Längsschliffen bestimmt, die einer Ätzung mit 3% Nital (alkoholische Salpetersäure) unterzogen worden sind. Der Anteil an Restaustenit wurde röntgendiffraktometrisch bestimmt. Mechanical properties such as tensile strength, yield strength, elongation reported here were determined in tensile tests according to DIN-EN ISO 6982-1, specimen form 2 (Appendix B Tab. Bl) (as of 2020-06), unless expressly stated otherwise. The bending angle is determined according to VDA standard 238-100. The microstructure was determined on longitudinal sections that had been etched with 3% Nital (alcoholic nitric acid). The amount of retained austenite was determined by X-ray diffraction.
Zu den Stählen, aus denen die Stahlsubstrate von Stahlblechzuschnitten bestehen, die gemäß dem hier erläuterten Stand der Technik und der Erfindung verarbeitet werden, gehören insbesondere die so genannten "MnB-Stähle", welche in der EN 10083-3 genormt sind. Ein typisches Beispiel für einen solchen Stahl ist der unter der Bezeichnung 22MnB5 bekannte Stahl, der im Stahlschlüssel 2004 unter der Werkstoffnummer 1.5528 zu finden ist. The steels from which the steel substrates of sheet steel blanks are made, which are processed according to the state of the art and the invention explained here, include in particular the so-called "MnB steels", which are standardized in EN 10083-3. A typical example of such a steel is the steel known as 22MnB5, which can be found in the 2004 steel key under the material number 1.5528.
Stähle der voranstehend angegebenen Art erlauben eine betriebssichere Prozessführung bei der Warmumformung der aus ihnen bestehenden Stahlblechzuschnitte zu einem Stahlblechformteil. Dabei weisen sie aufgrund ihrer Zusammensetzung die Besonderheit auf, dass den aus ihnen durch Warmumformen gefertigten Stahlblechformteil durch eine Wärmebehandlung hohe Festigkeiten verliehen werden können. Hierzu kann das durch die Warmumformung erhaltene Bauteil noch im Warmumformwerkzeug gezielt abgekühlt werden. Gleichzeitig sind jedoch Stahlblechzuschnitte und die aus ihnen warm umgeformten Stahlblechformteile, die aus Stählen der hier in Rede stehenden Art bestehen, aufgrund des hohen Mn-Gehalts ihres Stahlsubstrats empfindlich gegen korrosive Angriffe. Deshalb werden solche Stahlblechzuschnitte in der Regel vor der Warmumformung zu dem jeweiligen Stahlblechformteil mit metallischen Schutzüberzügen belegt, die das Stahlsubstrat gegen Korrosion schützen sollen. Steels of the type specified above allow for reliable process control during hot forming of the steel sheet blanks made from them to form a steel sheet molded part. Due to their composition, they have the special feature that the steel sheet molded part made from them by hot forming can be given high strengths through heat treatment. For this purpose, the component obtained by hot forming can be cooled in a targeted manner in the hot forming tool. At the same time, however, steel sheet blanks and the steel sheet molded parts hot formed from them, which consist of steels of the type in question here, are sensitive to corrosive attacks due to the high Mn content of their steel substrate. Therefore, such steel sheet blanks are usually coated with metallic protective coatings before hot forming to form the respective steel sheet molded part, which are intended to protect the steel substrate against corrosion.
Aus der EP 2086755 Bl ist ein Verfahren zum Herstellen eines warmumgeformten, beschichteten Stahlbauteils bekannt, bei dem durch Schmelztauchbeschichten eine aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, die, in Masse-%, 8 - 11 % Si und 2 - 4 % Fe enthält, bestehende Schutzschicht auf ein Stahlband mit einer Stärke von 20 bis 33 pm aufgebracht wird. Das Stahlband besteht aus einem Stahl, der aus, in Masse-%, zwischen 0, 15 - 0,5 % C, zwischen 0,5 - 3 % Mn, zwischen 0, 1 - 0,5 % Si, zwischen 0,01 - 1 % Cr, weniger als 0,2 % Ti, weniger als 0, 1 % AI, weniger als 0,1 % P, weniger als 0,05 % S und zwischen 0,0005 - 0,08 % B, Rest Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen besteht. Von dem beschichteten Stahlband werden Platinen abgeteilt, die anschließend über eine bestimmte Glühdauer in einem Ofen mit einer konstanten Ofentemperatur erwärmt werden, wobei die jeweilige Glühdauer und Ofentemperatur in Abhängigkeit von der Dicke der Platine gewählt werden. So liegen bei einer Platine, die 0,7 mm bis 1,5 mm dick ist, die Ofentemperaturen und Glühdauern in einem Ofentemperatur-Glühdauer- Koordinatensystem in einem Feld mit folgenden Eckpunkten: Punkt A - 930 °C, 3 min / Punkt B -
930 °C, 6 min / Punkt C - 880 °C, 13 min / Punkt D - 880 °C, 4 min. Bei einer 1,5 - 3 mm dicken Platine sollen dagegen Ofentemperaturen und Glühdauern gewählt werden, die in dem Ofen- temperatur-Glühdauer-Koordinatensystem in einem durch die Eckpunkte E 940 °C, 4 min / F - 940 °C, 8 min / G - 900 °C, 6,5 min / H - 900 °C, 13 min bestimmten Feld angeordnet sind. Die so erwärmten Platinen werden zu einem Stahlbauteil warmumgeformt, aus dem Umformwerkzeug entnommen und von der Warmumformtemperatur auf 400 °C mit einer Abkühlrate von mindestens 50 °C/s abgekühlt. EP 2086755 B1 discloses a method for producing a hot-formed, coated steel component, in which a protective layer consisting of aluminum or an aluminum alloy containing, in mass %, 8 - 11% Si and 2 - 4% Fe is applied to a steel strip with a thickness of 20 to 33 μm by hot-dip coating. The steel strip consists of a steel which consists of, in mass %, between 0.15 - 0.5% C, between 0.5 - 3% Mn, between 0.1 - 0.5% Si, between 0.01 - 1% Cr, less than 0.2% Ti, less than 0.1% Al, less than 0.1% P, less than 0.05% S and between 0.0005 - 0.08% B, the remainder being iron and unavoidable impurities. Blanks are cut from the coated steel strip and then heated in a furnace at a constant furnace temperature for a specific annealing time, with the respective annealing time and furnace temperature being selected depending on the thickness of the blank. For a blank that is 0.7 mm to 1.5 mm thick, the furnace temperatures and annealing times in a furnace temperature-annealing time coordinate system are in a field with the following corner points: Point A - 930 °C, 3 min / Point B - 930 °C, 6 min / point C - 880 °C, 13 min / point D - 880 °C, 4 min. For a 1.5 - 3 mm thick blank, however, furnace temperatures and annealing times should be selected that are arranged in the furnace temperature-annealing time coordinate system in a field determined by the corner points E 940 °C, 4 min / F - 940 °C, 8 min / G - 900 °C, 6.5 min / H - 900 °C, 13 min. The blanks heated in this way are hot-formed to form a steel component, removed from the forming tool and cooled from the hot-forming temperature to 400 °C with a cooling rate of at least 50 °C/s.
Aus der DE 10 2017 120 128 Al ist ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen eines warmumgeformten, beschichteten Stahlbauteils bekannt. In diesem Fall wird ein Rollenherdofen verwendet, um die beschichteten Stahlblechzuschnitte zu erwärmen. Der Rollenherdofen weist dabei mehrere Zonen mit unterschiedlichen Ofentemperaturen auf. Insbesondere wird eine Spitzenheizzone mit Temperaturen von 1080°C und mehr eingerichtet, um eine schnelle Erwärmung zu erreichen. A method for producing a hot-formed, coated steel component is also known from DE 10 2017 120 128 Al. In this case, a roller hearth furnace is used to heat the coated steel sheet blanks. The roller hearth furnace has several zones with different furnace temperatures. In particular, a peak heating zone with temperatures of 1080°C and more is set up in order to achieve rapid heating.
Die Erwärmung von beschichteten Stahlblechzuschnitten im industriellen Maßstab birgt einige Herausforderungen: Heating coated sheet steel blanks on an industrial scale presents several challenges:
Grundsätzlich müssen die Stahlblechzuschnitte eine bestimmte Zeit erwärmt werden, damit es zu einer ausreichenden Diffusion von Eisen aus dem Stahlsubstrat in den aluminiumbasierten Schutzüberzug kommt. Hierdurch bildet sich eine Aluminium-Eisenlegierung mit einem erhöhten Schmelzpunkt im Schutzüberzug, die das spätere Stahlblechformteil gegen Korrosion schützt. Die ausreichende Diffusion von Eisen in den Schutzüberzug wird durch eine geeignete Einstellung von Ofentemperatur und Glühzeit erreicht. Dabei kann eine größere Diffusion sowohl durch eine höhere Ofentemperatur als auch durch eine längere Glühzeit erreicht werden. Basically, the steel sheet blanks must be heated for a certain time to ensure sufficient diffusion of iron from the steel substrate into the aluminum-based protective coating. This creates an aluminum-iron alloy with an increased melting point in the protective coating, which protects the subsequent steel sheet molded part against corrosion. Sufficient diffusion of iron into the protective coating is achieved by setting the appropriate furnace temperature and annealing time. Greater diffusion can be achieved by using a higher furnace temperature or a longer annealing time.
Sowohl die höhere Ofentemperatur als auch die längere Glühzeit haben jedoch auch Nachteile. Längere Glühzeiten führen zu längeren Gesamtprozesszeiten, was die Effizienz im industriellen Umfeld negativ beeinflusst. Zudem erfolgt die Erwärmung typischerweise in einem Rollenherdofen, durch den die Stahlblechzuschnitte mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt werden. Längere Glühzeiten führen daher zu größeren Abmessungen der Rollenherdöfen. Folglich ist es vorteilhaft, die Gesamtzeit, die ein Stahlblechzuschnitt im Rollenherdofen verbringt, möglichst gering zu halten. Höhere Ofentemperaturen haben dagegen den Nachteil, dass der Energieverbrauch und Aufwand unverhältnismäßig ansteigen. So erfordert die Einrichtung einer Spitzenheizzone mit Temperaturen von 1080 °C wie in der DE 10 2017 120 128 Al stärkere Wärmeisolierungen und einen deutlich höheren Energieverbrauch. Daher ist es vorteilhaft, wenn die Stahlblechzuschnitte
besonders lange bei niedrigeren Temperaturen geglüht werden. Dies hat noch einen weiteren Vorteil, dass der Ausschuss reduziert werden kann. So kann es im laufenden Fertigungsprozess gelegentlich zu einer Unterbrechung des Durchlaufes kommen, d. h. die Stahlblechzuschnitte, die eigentlich mit konstanter Geschwindigkeit durch den Rollenherdofen bewegt werden sollten, werden nicht mehr weiterbewegt oder nur langsamer weiterbewegt. Folglich werden die Stahlblechzuschnitte länger als geplant in einem Bereich mit einer bestimmten Temperatur gelagert. Dies ist eher unkritisch, wenn es sich um einen Bereich mit niedriger Temperatur handelt. Befindet sich der Stahlblechzuschnitt dagegen zu lange in einem Bereich mit hoher Temperatur, ist der Diffusionsvorgang zu weit fortgeschritten und das erzeugte Blechbauteil kann nicht verwendet werden, da sich die Weiterverarbeitungseigenschaften, wie zum Beispiel die Schweißbarkeit, hierdurch verschlechtern Der Anteil des Ausschusses ist also entsprechend kleiner, wenn der Anteil der Zonen mit hoher Temperatur reduziert werden kann. However, both the higher furnace temperature and the longer annealing time also have disadvantages. Longer annealing times lead to longer overall process times, which negatively affects efficiency in the industrial environment. In addition, heating is typically carried out in a roller hearth furnace, through which the steel sheet blanks are moved at a constant speed. Longer annealing times therefore lead to larger dimensions of the roller hearth furnaces. Consequently, it is advantageous to keep the total time that a steel sheet blank spends in the roller hearth furnace as low as possible. Higher furnace temperatures, on the other hand, have the disadvantage that energy consumption and effort increase disproportionately. For example, setting up a peak heating zone with temperatures of 1080 °C as in DE 10 2017 120 128 Al requires stronger thermal insulation and significantly higher energy consumption. It is therefore advantageous if the steel sheet blanks be annealed for a particularly long time at lower temperatures. This has the further advantage that scrap can be reduced. For example, the flow can occasionally be interrupted during the ongoing production process, i.e. the steel sheet blanks, which should actually be moved through the roller hearth furnace at a constant speed, are no longer moved or are moved more slowly. As a result, the steel sheet blanks are stored in an area with a certain temperature for longer than planned. This is not particularly critical if the area is low temperature. If, on the other hand, the steel sheet blank is in an area with a high temperature for too long, the diffusion process has progressed too far and the sheet metal component produced cannot be used because the further processing properties, such as weldability, are impaired as a result. The proportion of scrap is therefore correspondingly smaller if the proportion of high temperature zones can be reduced.
Weiterhin ist zu beachten, zu welchem Zeitpunkt die Stahlblechzuschnitte mit welchen Ofentemperaturen beaufschlagt werden. Hohe Ofentemperaturen am Anfang der Erwärmung führen einerseits zu einer hohen Aufheizrate der Stahlblechzuschnitte und damit zu einem schnellen Fertigungsprozess, können aber andererseits den Nachteil haben, dass sich Material des aluminiumbasierten Schutzüberzugs verflüssigt. Wie bereits erläutert, diffundiert während der Erwärmung Eisen in den aluminiumbasierten Schutzüberzug, wodurch sich der Schmelzpunkt des Schutzüberzugs erhöht. Wird der Stahlblechzuschnitt zu früh einer sehr hohen Ofentemperatur ausgesetzt, ist der Schmelzpunkt des Schutzüberzuges noch nicht ausreichend durch die Diffusion angestiegen, so dass sich vermehrt Flüssigphasen bilden. Diese Flüssigphasen führen zu Rollenanhaftungen von Material des Schutzüberzugs an den Rollen des Rollenherdofens. Diese Rollenanhaftungen müssen dann regelmäßig entfernt werden, was zu kurzen Wartungszyklen und damit einem ineffizienten Fertigungsprozess führt. It is also important to consider at what point the steel sheet blanks are exposed to which furnace temperatures. On the one hand, high furnace temperatures at the beginning of the heating process lead to a high heating rate of the steel sheet blanks and thus to a fast production process, but on the other hand they can have the disadvantage that material of the aluminum-based protective coating liquefies. As already explained, iron diffuses into the aluminum-based protective coating during heating, which increases the melting point of the protective coating. If the steel sheet blank is exposed to a very high furnace temperature too early, the melting point of the protective coating has not yet risen sufficiently through diffusion, so that more liquid phases form. These liquid phases lead to roller adhesions of material from the protective coating to the rollers of the roller hearth furnace. This roller adhesion then has to be removed regularly, which leads to short maintenance cycles and thus an inefficient production process.
Eine weitere Randbedingung ist die Temperatur des Stahlblechzuschnitts am Ende des Erwärmungsvorgangs, d. h. beim Verlassen des Rollenherdofen. Um beispielsweise ein überwiegend martensitisches Gefüge beim Umformen zu erreichen, muss der Stahlblechzuschnitt beim Einlegen ins Umformwerkzeug eine Temperatur oberhalb der ACl-Temperatur aufweisen, bei der die Bildung von Austenit bei einem Erwärmungsvorgang beginnt. Um ein vollständig martensitisches Gefüge zu erreichen, muss der Stahlblechzuschnitt beim Einlegen ins Umformwerkzeug sogar eine Temperatur oberhalb der AC3-Temperatur aufweisen. Je nach Länge der Transferzeit zwischen Verlassen des Rollenherdofens und Einlegen in das Umformwerkzeug, muss die
Temperatur des Stahlblechzuschnitts am Ende der Erwärmung entsprechend höher sein, da es während der Transferzeit zu einer gewissen Abkühlung kommt. Another boundary condition is the temperature of the steel sheet blank at the end of the heating process, i.e. when leaving the roller hearth furnace. For example, in order to achieve a predominantly martensitic structure during forming, the steel sheet blank must have a temperature above the ACl temperature when placed in the forming tool, at which the formation of austenite begins during a heating process. In order to achieve a completely martensitic structure, the steel sheet blank must even have a temperature above the AC3 temperature when placed in the forming tool. Depending on the length of the transfer time between leaving the roller hearth furnace and placing in the forming tool, the The temperature of the steel sheet blank at the end of the heating process may be correspondingly higher, as a certain amount of cooling occurs during the transfer time.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter diesen genannten Randbedingungen ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Stahlblechformteiles bereitzustellen. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen eines Stahlblechformteils umfassend folgende Arbeitsschritte: a) Bereitstellen eines Stahlblechzuschnitts mit einer Dicke d von mindestens 0,7 mm und maximal 3,5 mm umfassend ein Stahlsubstrat, das aus einem Stahl, der 0,04 - 0,45 Gew.-% C, 0, 1 - 3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist, besteht, und wobei der Stahlblechzuschnitt auf mindestens einer Seite einen Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis aufweist; b) Erwärmen des Stahlblechzuschnitts in einem Ofen, i. wobei der Stahlblechzuschnitt im Ofen durchläuft: The object of the present invention is to provide an improved method for producing a sheet steel molded part under these conditions. This object is achieved by a method for producing a sheet steel molded part comprising the following work steps: a) providing a sheet steel blank with a thickness d of at least 0.7 mm and a maximum of 3.5 mm comprising a steel substrate which consists of a steel which has 0.04 - 0.45 wt.% C, 0.1 - 3 wt.% Mn and optionally up to 0.01 wt.% B, and wherein the sheet steel blank has an aluminum-based anti-corrosion coating on at least one side; b) heating the sheet steel blank in an oven, i. wherein the sheet steel blank passes through the oven:
1. optional in einer ersten Zeitspanne tl eine erste Heizzone mit einer ersten Temperatur Tl 1. optionally in a first time period tl a first heating zone with a first temperature Tl
2. optional in einer zweiten Zeitspanne t2 eine zweite Heizzone mit einer zweiten Temperatur T2 2. optionally in a second time period t2 a second heating zone with a second temperature T2
3. in einer dritten Zeitspanne t3 eine dritte Heizzone mit einer dritten Temperatur T3 3. in a third time period t3 a third heating zone with a third temperature T3
4. in einer vierten Zeitspanne t4 eine vierte Heizzone mit einer vierten Temperatur T4 4. in a fourth time period t4 a fourth heating zone with a fourth temperature T4
5. optional in einer fünften Zeitspanne t5 eine fünfte Heizzone mit einer fünften Temperatur T5 ii. wobei für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d < 1,5mm die folgenden Parameter eingestellt werden: 5. optionally in a fifth time period t5 a fifth heating zone with a fifth temperature T5 ii. whereby for steel sheet blanks with a thickness d < 1.5 mm the following parameters are set:
45s < tl < 580s und 700°C < Tl < 850°C 45s < tl < 580s and 700°C < Tl < 850°C
30s < t2 < 90s und 930°C < T2 < 980°C 30s < t2 < 90s and 930°C < T2 < 980°C
60s < t3 < 700s und 700°C < T3 < 880°C 60s < t3 < 700s and 700°C < T3 < 880°C
30s < t4 < 180s und 930°C < T4 < 980°C 30s < t4 < 180s and 930°C < T4 < 980°C
0s < t5 < 45s und 700°C < T5 < T4
iii. und für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d > 1,5 mm folgenden Parameter eingestellt werden: 0s < t5 < 45s and 700°C < T5 < T4 iii. and for sheet steel blanks with a thickness d > 1.5 mm the following parameters must be set:
60s < tl < 640s und 710°C < TI < 840°C 60s < tl < 640s and 710°C < TI < 840°C
30s < t2 < 90s und 940°C < T2 < 980°C 30s < t2 < 90s and 940°C < T2 < 980°C
60s < t3 < 760s und 720°C < T3 < 900°C 60s < t3 < 760s and 720°C < T3 < 900°C
30s < t4 < 200s und 940°C < T4 < 980°C 30s < t4 < 200s and 940°C < T4 < 980°C
Os < t5 < 60s und 700°C < T5 < T4 c) Einlegen des erwärmten Blechzuschnitts in ein Umformwerkzeug, wobei die für das Entnehmen aus dem Ofen und das Einlegen des Zuschnitts benötigte Transferdauer tTrans höchstens 20 s, bevorzugt höchstens 15 s, beträgt; d) Warmpressformen des Blechzuschnitts zu dem Blechformteil, wobei der Zuschnitt im Zuge des Warmpressformens über eine Dauer twz von mehr als 1 s mit einer zumindest teilweise mehr als 27 K/s betragenden Abkühlgeschwindigkeit rWz auf die Zieltemperatur Tziei abgekühlt und optional dort gehalten wird; e) Entnehmen des auf Zieltemperatur abgekühlten Blechformteils aus dem Werkzeug. Os < t5 < 60s and 700°C < T5 < T4 c) inserting the heated sheet metal blank into a forming tool, wherein the transfer time t T rans required for removing the blank from the furnace and inserting the blank is at most 20 s, preferably at most 15 s; d) hot press forming the sheet metal blank to form the sheet metal part, wherein during the hot press forming the blank is cooled to the target temperature Tziei over a period twz of more than 1 s at a cooling rate r W z which is at least partially more than 27 K/s and is optionally held there; e) removing the sheet metal part cooled to the target temperature from the tool.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird somit ein Stahlblechzuschnitt, der aus einem entsprechend den nachstehenden Erläuterungen in geeigneter Weise zusammengesetzten Stahl besteht, bereitgestellt (Arbeitsschritt a)). Dabei weist der Stahlblechzuschnitt auf mindestens einer Seite einen Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis auf. Bevorzugt ist der Korrosionsschutzüberzug auf beiden Seiten des Stahlblechzuschnitts aufgebracht. Es handelt sich also um einen einseitigen oder um einen beidseitigen Korrosionsschutzüberzug. Als die beiden Seiten des Stahlblechzuschnitts werden die beiden sich gegenüberliegenden großen Flächen des Stahlblechzuschnitts bezeichnet. Die schmalen Flächen werden als Kanten bezeichnet. In the method according to the invention, a steel sheet blank is thus provided which consists of a steel suitably composed in accordance with the explanations below (work step a)). The steel sheet blank has an aluminum-based anti-corrosion coating on at least one side. The anti-corrosion coating is preferably applied to both sides of the steel sheet blank. It is therefore a one-sided or a two-sided anti-corrosion coating. The two large surfaces of the steel sheet blank that are opposite one another are referred to as the two sides of the steel sheet blank. The narrow surfaces are referred to as edges.
Während des Erwärmungsschrittes b) durchläuft der Stahlblechzuschnitt dann mindestens zwei Heizzonen, die als dritte und vierte Heizzone bezeichnet sind. Weitere Heizzonen, wie die erste, zweite oder fünfte Heizzone, können optional hinzukommen. Die Nummerierung der Heizzonen ist als eine zeitliche Reihenfolge zu verstehen, so dass der Stahlblechzuschnitt die Heizzonen in aufsteigender Reihenfolge durchläuft. Dabei werden selbstverständlich die optionalen Heizzonen ausgelassen, wenn sie nicht vorhanden sind. Ist von den optionalen Heizzonen beispielsweise die erste Heizzone vorhanden, die zweite oder fünfte Heizzone jedoch nicht, so durchläuft der
Stahlblechzuschnitt hintereinander die erste, dritte und vierte Heizzone (in dieser Reihenfolge). In diesem Sinne ist auch der Schritt b) ii) so zu verstehen, dass die Parameter tl, TI, t2, T2, t5 und T5 nur eingestellt werden, wenn die zugehörigen optionalen Heizzonen realisiert sind. In dem Fall, dass eine der optionalen Heizzonen unter b) i) nicht realisiert wird, werden deren zugehörige Parameter auch nicht eingestellt. Der gesamte Schritt b) kann alternativ auch gleichbedeutend folgendermaßen beschrieben werden: b) Erwärmen des Stahlblechzuschnitts in einem Ofen, i. wobei der Stahlblechzuschnitt im Ofen durchläuft: During the heating step b), the steel sheet blank then passes through at least two heating zones, which are designated as the third and fourth heating zones. Additional heating zones, such as the first, second or fifth heating zones, can be added optionally. The numbering of the heating zones is to be understood as a chronological sequence, so that the steel sheet blank passes through the heating zones in ascending order. The optional heating zones are of course omitted if they are not present. If, for example, the first heating zone of the optional heating zones is present, but the second or fifth heating zone is not, the steel sheet blank passes through Steel sheet blanks are heated in the first, third and fourth heating zones (in this order) one after the other. In this sense, step b) ii) is also to be understood as meaning that the parameters tl, TI, t2, T2, t5 and T5 are only set if the associated optional heating zones are implemented. In the event that one of the optional heating zones under b) i) is not implemented, its associated parameters are not set either. The entire step b) can alternatively be described as follows: b) Heating the steel sheet blank in an oven, i. whereby the steel sheet blank passes through the oven:
1. optional in einer ersten Zeitspanne tl eine erste Heizzone mit einer ersten Temperatur Tl, wobei für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d < 1,5mm die folgenden Parameter eingestellt werden: 1. optionally in a first time period tl a first heating zone with a first temperature Tl, whereby for steel sheet blanks with a thickness d < 1.5 mm the following parameters are set:
45s < tl < 580s und 700°C < Tl < 850°C und für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d >1,5 mm folgenden Parameter eingestellt werden: 45s < tl < 580s and 700°C < Tl < 850°C and for steel sheet blanks with a thickness d >1.5 mm the following parameters must be set:
60s < tl < 640s und 710°C < Tl < 840°C 60s < tl < 640s and 710°C < Tl < 840°C
2. optional in einer zweiten Zeitspanne t2 eine zweite Heizzone mit einer zweiten Temperatur T2, wobei für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d < 1,5mm die folgenden Parameter eingestellt werden: 2. optionally in a second time period t2 a second heating zone with a second temperature T2, whereby for steel sheet blanks with a thickness d < 1.5 mm the following parameters are set:
30s < t2 < 90s und 930°C < T2 < 980°C und für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d >1,5 mm folgenden Parameter eingestellt werden: 30s < t2 < 90s and 930°C < T2 < 980°C and for sheet steel blanks with a thickness d >1.5 mm the following parameters must be set:
30s < t2 < 90s und 940°C < T2 < 980°C 30s < t2 < 90s and 940°C < T2 < 980°C
3. in einer dritten Zeitspanne t3 eine dritte Heizzone mit einer dritten Temperatur T3, wobei für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d < 1,5mm die folgenden Parameter eingestellt werden: 3. in a third time period t3, a third heating zone with a third temperature T3, whereby the following parameters are set for steel sheet blanks with a thickness d < 1.5 mm:
60s < t3 < 700s und 700°C < T3 < 880°C und für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d >1,5 mm folgenden Parameter eingestellt werden: 60s < t3 < 700s and 700°C < T3 < 880°C and for steel sheet blanks with a thickness d >1.5 mm the following parameters must be set:
60s < t3 < 760s und 720°C < T3 < 900°C 60s < t3 < 760s and 720°C < T3 < 900°C
4. in einer vierten Zeitspanne t4 eine vierte Heizzone mit einer vierten Temperatur T4, wobei für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d < 1,5mm die folgenden Parameter eingestellt werden: 4. in a fourth time period t4, a fourth heating zone with a fourth temperature T4, whereby the following parameters are set for steel sheet blanks with a thickness d < 1.5 mm:
30s < t4 < 180s und 930°C < T4 < 980°C
und für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d >1,5 mm folgenden Parameter eingestellt werden: 30s < t4 < 180s and 930°C < T4 < 980°C and for sheet steel blanks with a thickness d >1.5 mm the following parameters must be set:
30s < t4 < 200s und 940°C < T4 < 980°C 30s < t4 < 200s and 940°C < T4 < 980°C
5. optional in einer fünften Zeitspanne t5 eine fünfte Heizzone mit einer fünften Temperatur T5, wobei für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d < 1,5mm die folgenden Parameter eingestellt werden: 5. optionally in a fifth time period t5 a fifth heating zone with a fifth temperature T5, whereby for steel sheet blanks with a thickness d < 1.5 mm the following parameters are set:
Os < t5 < 45s und 700°C < T5 < T4 und für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d >1,5 mm folgenden Parameter eingestellt werden: Os < t5 < 45s and 700°C < T5 < T4 and for steel sheet blanks with a thickness d >1.5 mm the following parameters must be set:
Os < t5 < 60s und 700°C < T5 < T4 Os < t5 < 60s and 700°C < T5 < T4
In einer bevorzugten Variante sind hintereinander angeordnete Heizzonen unmittelbar aneinander anschließend angeordnet, das heißt, dass eine Transferzeit von einer Heizzone zu einer unmittelbar anschließenden Heizzone nicht mehr als 5 Sekunden, insbesondere nicht mehr als 2 Sekunden, beträgt. In bevorzugten Ausführungsformen sind die In a preferred variant, heating zones arranged one after the other are arranged directly next to one another, which means that a transfer time from one heating zone to an immediately adjacent heating zone is not more than 5 seconds, in particular not more than 2 seconds. In preferred embodiments, the
- erste Heizzone und die zweite Heizzone unmittelbar aneinander anschließend angeordnet- first heating zone and second heating zone arranged directly next to each other
- und/oder die zweite Heizzone und die dritte Heizzone unmittelbar aneinander anschließend angeordnet - and/or the second heating zone and the third heating zone are arranged directly adjacent to each other
- und/oder die dritte Heizzone und die vierte Heizzone unmittelbar aneinander anschließend angeordnet - and/or the third heating zone and the fourth heating zone are arranged directly adjacent to each other
- und/oder die vierte Heizzone und die fünfte Heizzone unmittelbar aneinander anschließend angeordnet. - and/or the fourth heating zone and the fifth heating zone are arranged directly adjacent to one another.
Bei Varianten mit einer ersten Heizzone aber keine zweiten Heizzone sind bevorzugt die erste und die dritte Heizzone unmittelbar aneinander anschließend angeordnet. In variants with a first heating zone but no second heating zone, the first and third heating zones are preferably arranged directly adjacent to one another.
In einer bevorzugten Variante durchläuft der Stahlblechzuschnitt keine weitere Heizzone als die genannten Heizzonen. Der Stahlblechzuschnitt durchläuft also genau die erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Heizzone. In Falle von optionalen Heizzonen können diese natürlich entfallen. In a preferred variant, the steel sheet blank does not pass through any other heating zones than those mentioned. The steel sheet blank therefore passes through exactly the first, second, third, fourth and fifth heating zones. In the case of optional heating zones, these can of course be omitted.
Unter einer Heizzone mit einer Temperatur in einem Temperaturintervall ist im Sinne dieser Anmeldung ein Ofenbereich mit einer Temperatur in diesem Intervall zu verstehen. Dabei muss die Temperatur nicht unbedingt über die gesamte Heizzone konstant sein. Wichtig ist nur, dass an allen Punkten innerhalb der Heizzone die Temperatur innerhalb des Temperaturintervall liegt. Wird beispielsweise verlangt, dass die erste Heizzone eine Temperatur TI im Bereich von 700°C - 850°C
aufweist, so schließt dies auch Fälle ein, in denen die erste Heizzone beispielsweise aus zwei Bereichen besteht, die Temperaturen von 760°C und 820°C aufweisen. For the purposes of this application, a heating zone with a temperature in a temperature interval is understood to mean a furnace area with a temperature in this interval. The temperature does not necessarily have to be constant across the entire heating zone. It is only important that the temperature is within the temperature interval at all points within the heating zone. For example, if the first heating zone is required to have a temperature TI in the range of 700°C - 850°C This includes cases where the first heating zone consists, for example, of two areas having temperatures of 760°C and 820°C.
Weiterhin bevorzugt beträgt die Gesamtzeit im Ofen, für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d < 1,5mm maximal 840 s, insbesondere maximal 720 s, bevorzugt maximal 420 s, insbesondere maximal 300s. Ebenso bevorzugt beträgt die die Gesamtzeit im Ofen für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d > 1,5mm maximal 900 s, insbesondere maximal 720 s, bevorzugt maximal 480 s, insbesondere maximal 420s. Hierdurch ist sichergestellt, dass sich der gewünschte Schichtaufbau ergibt. Gleichzeitig ist der Energieverbrauch für die Aufheizung nicht zu hoch. Bei der bevorzugten Variante, bei der der Stahlblechzuschnitt keine weitere Heizzone als die genannten Heizzonen durchläuft, entspricht die Gesamtzeit im Ofen der Summe der Zeitspannen tl, t2, t3, t4, t5. Dabei gehen die Zeitspannen von nicht realisierten, optionalen Heizzonen mit Null in die Summe ein. Furthermore, the total time in the oven for sheet steel blanks with a thickness d < 1.5 mm is preferably a maximum of 840 s, in particular a maximum of 720 s, preferably a maximum of 420 s, in particular a maximum of 300 s. Likewise, the total time in the oven for sheet steel blanks with a thickness d > 1.5 mm is preferably a maximum of 900 s, in particular a maximum of 720 s, preferably a maximum of 480 s, in particular a maximum of 420 s. This ensures that the desired layer structure is achieved. At the same time, the energy consumption for heating is not too high. In the preferred variant, in which the sheet steel blank does not pass through any further heating zones than those mentioned, the total time in the oven corresponds to the sum of the time periods tl, t2, t3, t4, t5. The time periods of unrealized, optional heating zones are included in the sum as zero.
Bevorzugt beträgt die Zeitspanne tl für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d < 1,5mm mindestens 90s und maximal 360s, insbesondere maximal 240s, bevorzugt maximal 150s. Für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke > 1,5mm beträgt die Zeitspanne tl bevorzugt mindestens 90s, insbesondere mindestens 120s und maximal 580s, insbesondere maximal 360s, bevorzugt maximal 180s. Preferably, the time period tl for sheet steel blanks with a thickness d < 1.5 mm is at least 90 s and a maximum of 360 s, in particular a maximum of 240 s, preferably a maximum of 150 s. For sheet steel blanks with a thickness > 1.5 mm, the time period tl is preferably at least 90 s, in particular at least 120 s and a maximum of 580 s, in particular a maximum of 360 s, preferably a maximum of 180 s.
Die Temperatur Tl beträgt für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d < 1,5mm bevorzugt mindestens 720 °C, insbesondere mindestens 750 °C, bevorzugt mindestens 770 °C und maximal 830 °C, insbesondere maximal 820 °C, bevorzugt maximal 800 °C. Für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke >l,5mm beträgt die Temperatur Tl bevorzugt mindestens 730 °C, insbesondere mindestens 760 °C und maximal 840 °C, insbesondere maximal 830 °C, bevorzugt maximal 800 °C. For sheet steel blanks with a thickness d < 1.5 mm, the temperature Tl is preferably at least 720 °C, in particular at least 750 °C, preferably at least 770 °C and a maximum of 830 °C, in particular a maximum of 820 °C, preferably a maximum of 800 °C. For sheet steel blanks with a thickness > 1.5 mm, the temperature Tl is preferably at least 730 °C, in particular at least 760 °C and a maximum of 840 °C, in particular a maximum of 830 °C, preferably a maximum of 800 °C.
Bevorzugt beträgt die Zeitspanne t2 für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d < 1,5mm mindestens 30s, bevorzugt mindestens 40s, insbesondere mindestens 45s und maximal 90s, insbesondere maximal 80s, bevorzugt maximal 70s. Für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke > 1,5mm beträgt die Zeitspanne t2 bevorzugt mindestens 30s, insbesondere mindestens 40s, bevorzugt mindestens 60s und maximal 90s, insbesondere maximal 360s, bevorzugt maximal 80s. Preferably, the time period t2 for sheet steel blanks with a thickness d < 1.5 mm is at least 30 s, preferably at least 40 s, in particular at least 45 s and a maximum of 90 s, in particular a maximum of 80 s, preferably a maximum of 70 s. For sheet steel blanks with a thickness > 1.5 mm, the time period t2 is preferably at least 30 s, in particular at least 40 s, preferably at least 60 s and a maximum of 90 s, in particular a maximum of 360 s, preferably a maximum of 80 s.
Die Temperatur T2 beträgt für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d < 1,5mm bevorzugt mindestens 930 °C, insbesondere mindestens 940 °C und maximal 980 °C, insbesondere maximal
970 °C, bevorzugt maximal 960 °C. Für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke > 1,5mm beträgt die Temperatur T2 bevorzugt mindestens 940 °C, insbesondere mindestens 950 °C und maximal 980 °C, insbesondere maximal 970 °C. The temperature T2 for sheet steel blanks with a thickness d < 1.5 mm is preferably at least 930 °C, in particular at least 940 °C and maximum 980 °C, in particular maximum 970 °C, preferably a maximum of 960 °C. For sheet steel blanks with a thickness > 1.5 mm, the temperature T2 is preferably at least 940 °C, in particular at least 950 °C and a maximum of 980 °C, in particular a maximum of 970 °C.
Bevorzugt beträgt die Zeitspanne t3 für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d < 1,5mm mindestens 60s und maximal 540s, insbesondere maximal 300s, bevorzugt maximal 180s. Für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke > 1,5mm beträgt die Zeitspanne t3 bevorzugt mindestens 60s, und maximal 600s, insbesondere maximal 360s, bevorzugt maximal 180s. Preferably, the time period t3 for sheet steel blanks with a thickness d < 1.5 mm is at least 60 s and a maximum of 540 s, in particular a maximum of 300 s, preferably a maximum of 180 s. For sheet steel blanks with a thickness > 1.5 mm, the time period t3 is preferably at least 60 s and a maximum of 600 s, in particular a maximum of 360 s, preferably a maximum of 180 s.
Die Temperatur T3 beträgt für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d < 1,5mm bevorzugt mindestens 720 °C, insbesondere mindestens 750 °C, bevorzugt mindestens 800 °C und maximal 880 °C, insbesondere maximal 860 °C. Für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke >l,5mm beträgt die Temperatur T3 bevorzugt mindestens 720 °C, insbesondere mindestens 750 °C, bevorzugt mindestens 800 °C und maximal 900 °C, insbesondere maximal 880 °C, bevorzugt maximal 860 °C. For sheet steel blanks with a thickness d < 1.5 mm, the temperature T3 is preferably at least 720 °C, in particular at least 750 °C, preferably at least 800 °C and a maximum of 880 °C, in particular a maximum of 860 °C. For sheet steel blanks with a thickness > 1.5 mm, the temperature T3 is preferably at least 720 °C, in particular at least 750 °C, preferably at least 800 °C and a maximum of 900 °C, in particular a maximum of 880 °C, preferably a maximum of 860 °C.
Bevorzugt beträgt die Zeitspanne t4 für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d < 1,5mm mindestens 30s, bevorzugt mindestens 45s, insbesondere mindestens 50s und maximal 120s, insbesondere maximal 90s, bevorzugt maximal 70s. Für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke >l,5mm beträgt die Zeitspanne t4 bevorzugt mindestens 30s, insbesondere mindestens 40s, bevorzugt mindestens 50s und maximal 150s, insbesondere maximal 120s, bevorzugt maximal 90s. Preferably, the time period t4 for sheet steel blanks with a thickness d < 1.5 mm is at least 30 s, preferably at least 45 s, in particular at least 50 s and a maximum of 120 s, in particular a maximum of 90 s, preferably a maximum of 70 s. For sheet steel blanks with a thickness > 1.5 mm, the time period t4 is preferably at least 30 s, in particular at least 40 s, preferably at least 50 s and a maximum of 150 s, in particular a maximum of 120 s, preferably a maximum of 90 s.
Die Temperatur T4 beträgt für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d < 1,5mm bevorzugt mindestens 930 °C, insbesondere mindestens 940 °C und maximal 980 °C, bevorzugt maximal 970 °C, insbesondere maximal 960 °C. Für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke >l,5mm beträgt die Temperatur T4 bevorzugt mindestens 940 °C, insbesondere mindestens 950 °C und maximal 980 °C, insbesondere maximal 970 °C. For sheet steel blanks with a thickness d < 1.5 mm, the temperature T4 is preferably at least 930 °C, in particular at least 940 °C and a maximum of 980 °C, preferably a maximum of 970 °C, in particular a maximum of 960 °C. For sheet steel blanks with a thickness > 1.5 mm, the temperature T4 is preferably at least 940 °C, in particular at least 950 °C and a maximum of 980 °C, in particular a maximum of 970 °C.
Bevorzugt beträgt die Zeitspanne t5 für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d < 1,5mm mindestens 5s, bevorzugt mindestens 10s, insbesondere mindestens lös und maximal 30s, insbesondere maximal 20s. Für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke >l,5mm beträgt die Zeitspanne tö bevorzugt mindestens 10s, insbesondere mindestens lös, bevorzugt mindestens 20s und maximal 50s, insbesondere maximal 40s, bevorzugt maximal 30s.
Die Temperatur T5 beträgt für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d < 1,5mm bevorzugt mindestens 750 °C, insbesondere mindestens 800 °C, bevorzugt mindestens 830 °C und maximal T4-30 °C, bevorzugt maximal T4-60 °C, insbesondere maximal T4-80 °C. Für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke > l,5mm beträgt die Temperatur T5 bevorzugt mindestens 750 °C, insbesondere mindestens 800 °C, bevorzugt mindestens 830 °C und maximal T4-30 °C, insbesondere maximal T4-60 °C, bevorzugt maximal T4-80 °C. Preferably, the time period t5 for sheet steel blanks with a thickness d < 1.5 mm is at least 5 s, preferably at least 10 s, in particular at least lös and a maximum of 30 s, in particular a maximum of 20 s. For sheet steel blanks with a thickness > 1.5 mm, the time period tö is preferably at least 10 s, in particular at least lös, preferably at least 20 s and a maximum of 50 s, in particular a maximum of 40 s, preferably a maximum of 30 s. For sheet steel blanks with a thickness d < 1.5 mm, the temperature T5 is preferably at least 750 °C, in particular at least 800 °C, preferably at least 830 °C and a maximum of T4-30 °C, preferably a maximum of T4-60 °C, in particular a maximum of T4-80 °C. For sheet steel blanks with a thickness > 1.5 mm, the temperature T5 is preferably at least 750 °C, in particular at least 800 °C, preferably at least 830 °C and a maximum of T4-30 °C, in particular a maximum of T4-60 °C, preferably a maximum of T4-80 °C.
Bei einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung werden für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d < 1,5mm die folgenden Parameter eingestellt werden: In a particularly preferred embodiment, the following parameters are set for sheet steel blanks with a thickness d < 1.5 mm:
90s < tl < 150s und 770 °C < Tl < 800 °C 90s < tl < 150s and 770 °C < Tl < 800 °C
45s < t2 < 70s und 940 °C < T2 < 960 °C 45s < t2 < 70s and 940 °C < T2 < 960 °C
60s < t3 < 180s und 800 °C < T3 < 860 °C 60s < t3 < 180s and 800 °C < T3 < 860 °C
50s < t4 < 70s und 940 °C < T4 < 960 °C lös < tö < 20s und 830 °C < Tö < T4-80 °C und für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d > 1,5 mm die folgenden Parameter eingestellt: 120s < tl < 180s und 760 °C < Tl < 800 °C 60s < t2 < 80s und 950 °C < T2 < 970 °C 60s < t3 < 180s und 800 °C < T3 < 860 °C 50s < t4 < 90s und 950 °C < T4 < 970 °C 20s < tö < 30s und 830 °C < Tö < T4-80 °C, wobei auch hier die erste, zweite und fünfte Heizzone also optional zu verstehen sind. 50s < t4 < 70s and 940 °C < T4 < 960 °C lös < tö < 20s and 830 °C < Tö < T4-80 °C and for steel sheet blanks with a thickness d > 1.5 mm the following parameters are set: 120s < tl < 180s and 760 °C < Tl < 800 °C 60s < t2 < 80s and 950 °C < T2 < 970 °C 60s < t3 < 180s and 800 °C < T3 < 860 °C 50s < t4 < 90s and 950 °C < T4 < 970 °C 20s < tö < 30s and 830 °C < Tö < T4-80 °C, whereby here too the first, The second and fifth heating zones are therefore optional.
Eine spezielle Variante aller zuvor aufgeführten Ausgestaltungen, die genau die dritte und vierte Heizzone umfasst, hat den Vorteil, dass sie leicht umsetzbar ist, da nur ein Ofen mit zwei Heizzonen erforderlich ist. Zudem werden die Rollenanhaftungen von Material des Schutzüberzugs an den Rollen des Rollenherdofens reduziert, da das Material des Schutzüberzuges nicht so schnelle schmelzflüssig wird. A special variant of all the previously mentioned designs, which includes exactly the third and fourth heating zones, has the advantage that it is easy to implement, since only one furnace with two heating zones is required. In addition, the adhesion of the protective coating material to the rollers of the roller hearth furnace is reduced, since the protective coating material does not melt as quickly.
Eine spezielle Variante aller zuvor aufgeführten Ausgestaltungen, die genau die erste, dritte und vierte Heizzone umfasst, hat den Vorteil, dass die Aufheizung noch langsamer realisiert werden kann. A special variant of all the previously listed designs, which includes exactly the first, third and fourth heating zones, has the advantage that heating can be achieved even more slowly.
Eine spezielle Variante aller zuvor aufgeführten Ausgestaltungen, die genau die zweite, dritte und vierte Heizzone umfasst, hat den Vorteil, dass die relativ kurze zweite Heizzone zu Beginn eine schnelle Aufheizung ermöglicht. Gleichzeitig ist die Zeitdauer t2 jedoch kurz genug, dass der
Zuschnitt noch nicht die Temperatur für schmelzflüssige Phasen erreicht. Es wird also schnell die Temperatur erreicht, bei der signifikante Diffusion stattfindet. Anschließend wird nur noch langsam weiter erwärmt, so dass ausreichend Zeit für die Diffusion zur Verfügung steht, bevor die Temperatur des Zuschnittes erreicht wird, bei der schmelzflüssige Phasen auftreten. Somit kann die Gesamtzeit im Ofen verkürzt werden, während gleichzeitig die Rollenanhaftungen reduziert sind. A special variant of all the previously mentioned designs, which includes exactly the second, third and fourth heating zones, has the advantage that the relatively short second heating zone allows for rapid heating at the beginning. At the same time, however, the time period t2 is short enough that the The blank has not yet reached the temperature for molten phases. The temperature at which significant diffusion occurs is therefore quickly reached. Heating is then continued slowly so that there is sufficient time for diffusion before the blank reaches the temperature at which molten phases appear. This means that the total time in the oven can be shortened, while at the same time roll adhesion is reduced.
Eine spezielle Variante aller zuvor aufgeführten Ausgestaltungen, die genau die erste, zweite, dritte und vierte Heizzone umfasst, hat den Vorteil, dass einerseits die Temperatur des Zuschnittes aufgrund der vorgelagerten ersten Heizzone langsam erhöht wird. Die sich anschließende Kombination aus zweiter, dritter und vierter Heizzone führt zu aufgrund des Wechsels von einer heißen zu einer kühleren zu einer heißen Heizzone dazu, dass der Zuschnitt beim Durchlaufen dieser drei Zonen eine relativ gleiche Temperatur hält. Dies macht den Prozess besonders stabil. A special variant of all the previously listed designs, which includes exactly the first, second, third and fourth heating zones, has the advantage that, on the one hand, the temperature of the blank is slowly increased due to the upstream first heating zone. The subsequent combination of the second, third and fourth heating zones leads to the blank maintaining a relatively constant temperature as it passes through these three zones due to the change from a hot to a cooler to a hot heating zone. This makes the process particularly stable.
Durch das Hinzufügen der fünften Zone zu einer der drei oben beschriebenen Varianten ergeben sich weitere Vorteile. So wird die Temperatur des Zuschnittes vor Verlassen des Ofens abgesenkt. Hierdurch ist beim nachfolgenden Umformprozess in einem Umformwerkzeug weniger Kühlleistung erforderlich, da der Zuschnitt nicht so stark heruntergekühlt werden muss. Es kann also die Kühlwasserzufuhr reduziert werden und auch die Zuhaltezeit im Werkzeug reduziert werden. Dies spart Kosten und erhöht die Wirtschaftlichkeit des Prozesses. Adding the fifth zone to one of the three variants described above results in further advantages. The temperature of the blank is lowered before it leaves the furnace. This means that less cooling power is required in the subsequent forming process in a forming tool, as the blank does not have to be cooled down as much. The cooling water supply can therefore be reduced and the holding time in the tool can also be reduced. This saves costs and increases the economic efficiency of the process.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung überschreitet der Stahlblechzuschnitt zumindest teilweise die AC3 Temperatur des Stahlblechzuschnitts. Zudem liegt die Temperatur TEinig des Stahlblechzuschnitts beim Einlegen in das Umformwerkzeug (Arbeitsschritt c)) zumindest teilweise oberhalb von Ms+100 °C, wobei Ms die der Martensitstarttemperatur bezeichnet. In a preferred development, the steel sheet blank at least partially exceeds the AC3 temperature of the steel sheet blank. In addition, the temperature T E inig of the steel sheet blank when inserted into the forming tool (work step c)) is at least partially above Ms+100 °C, where Ms denotes the martensite start temperature.
Unter teilweisem Überschreiten einer Temperatur (hier AC3 bzw. Ms+100 °C) wird im Sinne dieser Anmeldung verstanden, dass mindestens 30 %, insbesondere mindestens 60 %, des Volumens des Zuschnitts eine entsprechende Temperatur überschreiten. For the purposes of this application, partially exceeding a temperature (here AC3 or Ms+100 °C) means that at least 30%, in particular at least 60%, of the volume of the blank exceeds a corresponding temperature.
Beim Einlegen in das Umformwerkzeug weist also mindestens 30 % des Zuschnitts ein austenitisches Gefüge auf, d. h. die Umwandlung vom ferritischen ins austenitische Gefüge muss beim Einlegen in das Umformwerkzeug noch nicht abgeschlossen sein. Vielmehr können bis zu 70 % des Volumens des Zuschnitts beim Einlegen in das Umformwerkzeug aus anderen Gefügebestandteilen, wie angelassenem Bainit, angelassenem Martensit und/oder nicht bzw. teilweise
rekristallisiertem Ferrit bestehen. Zu diesem Zweck können bestimmte Bereiche des Zuschnitts während der Erwärmung gezielt auf einem niedrigeren Temperaturniveau gehalten werden als andere. Hierzu kann die Wärmezufuhr gezielt nur auf bestimmte Abschnitte des Zuschnitts gerichtet werden oder die Teile, die weniger erwärmt werden sollen, gegen die Wärmezufuhr abgeschirmt werden. In dem Teil des Zuschnittmaterials, dessen Temperatur niedriger bleibt, entsteht im Zuge der Umformung im Werkzeug kein oder nur deutlich weniger Martensit, so dass das Gefüge dort deutlich weicher ist als in den jeweils anderen Teilen, in denen ein martensitisches Gefüge vorliegt. Auf diese Weise kann im jeweils geformten Blechformteil gezielt ein weicherer Bereich eingestellt werden, indem beispielsweise eine für den jeweiligen Verwendungszweck optimale Zähigkeit vorliegt, während die anderen Bereiche des Blechformteils eine maximierte Festigkeit besitzen. When placed in the forming tool, at least 30% of the blank has an austenitic structure, i.e. the transformation from ferritic to austenitic structure does not have to be completed when placed in the forming tool. Rather, up to 70% of the volume of the blank when placed in the forming tool can consist of other structural components, such as tempered bainite, tempered martensite and/or not or partially recrystallized ferrite. For this purpose, certain areas of the blank can be kept at a lower temperature than others during heating. To do this, the heat supply can be directed only at certain sections of the blank, or the parts that are to be heated less can be shielded from the heat supply. In the part of the blank material whose temperature remains lower, no or only significantly less martensite is formed during the forming process in the tool, so that the structure there is significantly softer than in the other parts that have a martensitic structure. In this way, a softer area can be specifically set in the respective formed sheet metal part, for example by ensuring optimum toughness for the respective intended use, while the other areas of the sheet metal part have maximized strength.
Maximale Festigkeitseigenschaften des erhaltenen Blechformteils können dadurch ermöglicht werden, dass die zumindest teilweise im Blechzuschnitt erreichte Temperatur zwischen Ac3 und 1000 °C, bevorzugt zwischen 850 °C und 950 °C liegt. Maximum strength properties of the resulting sheet metal part can be achieved by ensuring that the temperature at least partially reached in the sheet metal blank is between Ac3 and 1000 °C, preferably between 850 °C and 950 °C.
Dabei ist die zu überschreitende Mindesttemperatur AC3 gemäß der von HOUGARDY, HP. in Werkstoffkunde Stahl Band 1: Grundlagen, Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf, 1984, p. 229., angegebenen Formel The minimum temperature AC3 to be exceeded is determined according to the formula given by HOUGARDY, HP. in Werkstoffkunde Stahl Volume 1: Grundlagen, Verlag Stahleisen GmbH, Düsseldorf, 1984, p. 229.
Ac3 = (902 - 225*%C + 19*%Si - ll*%Mn - 5*%Cr + 13*%Mo - 20*%Ni + 55*%V) °C mit %C = jeweiliger C-Gehalt, %Si = jeweiliger Si-Gehalt, %Mn = jeweiliger Mn-Gehalt, %Cr = jeweiliger Cr — Gehalt, %Mo = jeweiliger Mo-Gehalt, %Ni jeweiliger Ni-Gehalt und %V = jeweiliger V-Gehalt des Stahls, aus dem der Zuschnitt besteht, bestimmt. Ac3 = (902 - 225*%C + 19*%Si - ll*%Mn - 5*%Cr + 13*%Mo - 20*%Ni + 55*%V) °C with %C = respective C content, %Si = respective Si content, %Mn = respective Mn content, %Cr = respective Cr content, %Mo = respective Mo content, %Ni respective Ni content and %V = respective V content of the steel from which the blank is made.
Eine optimal gleichmäßige Eigenschaftsverteilung lässt sich dadurch erreichen, dass der Zuschnitt im Arbeitsschritt b) vollständig durcherwärmt wird. An optimally uniform distribution of properties can be achieved by completely heating the blank in step b).
Bei einer bevorzugten Ausführungsvariante beträgt die mittlere Aufheizgeschwindigkeit rOfen des Blechzuschnittes beim Erwärmen in Schritt b) mindestens 3 K/s, bevorzugt mindestens 5 K/s, insbesondere mindestens 10 K/s, bevorzugt mindestens 15 K/s. Die mittlere Aufheizgeschwindigkeit roten ist dabei als mittlere Aufheizgeschwindigkeit von 30°C auf 700°C zu verstehen.
Bevorzugt beträgt der Taupunkt der Ofenatmosphäre im Ofen hierbei mindestens -25 °C, bevorzugt mindestens -20 °C, bevorzugt mindestens -15 °C, insbesondere mindestens -5 °C, besonders bevorzugt mindestens 0 °C, insbesondere mindestens 5 °C und maximal +25 °C, bevorzugt maximal + 20 °C insbesondere maximal +15 °C. In a preferred embodiment, the average heating rate r of the sheet metal blank during heating in step b) is at least 3 K/s, preferably at least 5 K/s, in particular at least 10 K/s, preferably at least 15 K/s. The average heating rate r is to be understood as the average heating rate from 30°C to 700°C. Preferably, the dew point of the furnace atmosphere in the furnace is at least -25 °C, preferably at least -20 °C, preferably at least -15 °C, in particular at least -5 °C, particularly preferably at least 0 °C, in particular at least 5 °C and a maximum of +25 °C, preferably a maximum of +20 °C, in particular a maximum of +15 °C.
Der so erwärmte Zuschnitt wird aus dem Ofen entnommen und innerhalb einer Transferdauer tTrans von vorzugsweise höchstens 20 s, insbesondere von maximal 15 s in ein Umformwerkzeug eingelegt. Ein derart schneller Transport ist erforderlich, um eine zu starke Abkühlung vor der Verformung zu vermeiden. The blank heated in this way is removed from the oven and placed in a forming tool within a transfer time t Tr ans of preferably no more than 20 s, in particular no more than 15 s. Such rapid transport is necessary in order to avoid excessive cooling before deformation.
Bevorzugt liegt die Temperatur TEinig des Stahlblechzuschnitts beim Einlegen in das Umformwerkzeug (Arbeitsschritt c)) zumindest teilweise oberhalb von Ms+100 °C, bevorzugt oberhalb von 600 °C, insbesondere oberhalb von 650 °C, besonders bevorzugt oberhalb von 700 °C. Hierbei bezeichnet Ms die Martensitstarttemperatur. Bei einer besonders bevorzugten Variante liegt die Temperatur zumindest teilweise oberhalb der ACl-Temperatur. Bei allen diesen Varianten beträgt die Temperatur insbesondere maximal 900 °C. Durch diese Temperaturbereiche wird insgesamt eine gute Umformbarkeit des Materials gewährleistet. Preferably, the temperature T E ini g of the steel sheet blank when it is placed in the forming tool (work step c)) is at least partially above Ms+100 °C, preferably above 600 °C, in particular above 650 °C, particularly preferably above 700 °C. Here, Ms denotes the martensite start temperature. In a particularly preferred variant, the temperature is at least partially above the ACl temperature. In all of these variants, the temperature is in particular a maximum of 900 °C. These temperature ranges ensure good formability of the material overall.
Das Werkzeug besitzt beim Einlegen des Zuschnitts typischerweise eine Temperatur zwischen Raumtemperatur (RT) und 200 °C, bevorzugt zwischen 20 °C und 180 °C, insbesondere zwischen 50 °C und 150 °C. Optional kann das Werkzeug in einer besonderen Ausführungsform zumindest bereichsweise auf eine Temperatur TWz von mindestens 200 °C, insbesondere mindestens 300°C temperiert sein, um das Bauteil nur partiell zu härten. Weiterhin beträgt die Werkzeugtemperatur Twz bevorzugt maximal 600°C, insbesondere maximal 550°C. Es ist lediglich sicherzustellen, dass die Werkzeugtemperatur Twz unterhalb der gewünschten Zieltemperatur Tziei liegt. Die Verweilzeit im Werkzeug twz beträgt bevorzugt mindestens 2s, insbesondere mindestens 3s, besonders bevorzugt mindestens 5s. Maximal beträgt die Verweilzeit im Werkzeug bevorzugt 25s, insbesondere maximal 20s. When the blank is inserted, the tool typically has a temperature between room temperature (RT) and 200 °C, preferably between 20 °C and 180 °C, in particular between 50 °C and 150 °C. Optionally, in a special embodiment, the tool can be tempered at least in some areas to a temperature T W z of at least 200 °C, in particular at least 300 °C, in order to only partially harden the component. Furthermore, the tool temperature Twz is preferably a maximum of 600 °C, in particular a maximum of 550 °C. It only has to be ensured that the tool temperature Twz is below the desired target temperature Tziei. The residence time in the tool twz is preferably at least 2s, in particular at least 3s, particularly preferably at least 5s. The maximum residence time in the tool is preferably 25s, in particular a maximum of 20s.
Die Zieltemperatur Tziei des Blechformteils liegt zumindest teilweise unterhalb 400 °C, bevorzugt unterhalb 300 °C, insbesondere unterhalb von 250 °C, bevorzugt unterhalb von 200 °C, besonders bevorzugt unterhalb von 180 °C, insbesondere unterhalb von 150 °C. Alternativ liegt die Zieltemperatur Tziei des Blechformteils besonders bevorzugt unter Ms-50 °C, wobei Ms die Martensitstarttemperatur bezeichnet. Weiterhin beträgt die Zieltemperatur des Blechformteils bevorzugt mindestens 20 °C, besonders bevorzugt mindestens 50 °C.
Die Martensitstarttemperatur eines im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorgaben liegenden Stahls ist gemäß der Formel: The target temperature Tziei of the sheet metal part is at least partially below 400 °C, preferably below 300 °C, in particular below 250 °C, preferably below 200 °C, particularly preferably below 180 °C, in particular below 150 °C. Alternatively, the target temperature Tziei of the sheet metal part is particularly preferably below Ms-50 °C, where Ms denotes the martensite start temperature. Furthermore, the target temperature of the sheet metal part is preferably at least 20 °C, particularly preferably at least 50 °C. The martensite start temperature of a steel within the scope of the inventive specifications is according to the formula:
Ms [°C] = (490,85 — 302,6 %C — 30,6 %Mn - 16,6 %Ni — 8,9 %Cr + 2,4 %Mo — 11,3 %Cu + 8,58 %Co + 7,4 %W — 14,5 %Si) [°C/Gew.-%] zu berechnen, wobei hier mit C% der C-Gehalt, mit %Mn der Mn-Gehalt, mit %Mo der Mo-Gehalt, mit %Cr der Cr — Gehalt, mit %Ni der Ni-Gehalt, mit %Cu der Cu-Gehalt, mit %Co der Co-Gehalt, mit %W der W-Gehalt und mit %Si der Si-Gehalt des jeweiligen Stahls in Gew.-% bezeichnet sind. Ms [°C] = (490.85 — 302.6 %C — 30.6 %Mn - 16.6 %Ni — 8.9 %Cr + 2.4 %Mo — 11.3 %Cu + 8.58 %Co + 7.4 %W — 14.5 %Si) [°C/wt.%], where C% is the C content, %Mn is the Mn content, %Mo is the Mo content, %Cr is the Cr content, %Ni is the Ni content, %Cu is the Cu content, %Co is the Co content, %W is the W content and %Si is the Si content of the respective steel in wt.%.
Die ACl-Temperatur und die AC3-Temperatur eines im Rahmen der erfindungsgemäßen Vorgaben liegenden Stahls ist gemäß den Formeln: The ACl temperature and the AC3 temperature of a steel within the scope of the inventive specifications are according to the formulas:
AC1[°C] = (739 — 22*%C - 7*%Mn + 2*%Si + 14*%Cr + 13*%Mo - 13*%Ni +20*%V )[°C/Gew.- %] AC1[°C] = (739 — 22*%C - 7*%Mn + 2*%Si + 14*%Cr + 13*%Mo - 13*%Ni +20*%V )[°C/wt. -%]
AC3[°C] = (902 - 225*%C + 19*%Si - ll*%Mn - 5*%Cr + 13*%Mo - 20*%Ni +55*%V)[°C/Gew.- %] zu berechnen, wobei auch hiermit mit %C der C-Gehalt, mit %Si der Si-Gehalt mit %Mn der Mn- Gehalt mit %Cr der Cr-Gehalt, mit %Mo der Mo-Gehalt, mit %Ni der Ni-Gehalt und mit +%V der Vanadium-Gehalt des jeweiligen Stahls bezeichnet ist (Brandis H 1975 TEW-Techn. Ber. 1 8-10). AC3[°C] = (902 - 225*%C + 19*%Si - ll*%Mn - 5*%Cr + 13*%Mo - 20*%Ni +55*%V)[°C/wt. %], where %C is the C content, %Si is the Si content, %Mn is the Mn content, %Cr is the Cr content, %Mo is the Mo content, %Ni is the Ni content and +%V is the vanadium content of the respective steel (Brandis H 1975 TEW-Techn. Ber. 1 8-10).
Im Werkzeug wird der Zuschnitt somit nicht nur zu dem Blechformteil geformt, sondern gleichzeitig auch auf die Zieltemperatur abgeschreckt. Die Abkühlrate im Werkzeuge rwz auf die Zieltemperatur beträgt insbesondere mindestens 27 K/s, bevorzugt mindestens 30 K/s, insbesondere mindestens 50 K/s, in besonderer Ausführung mindestens 100 K/s. In the tool, the blank is not only formed into the sheet metal part, but is also quenched to the target temperature at the same time. The cooling rate in the tool rwz to the target temperature is in particular at least 27 K/s, preferably at least 30 K/s, in particular at least 50 K/s, in a special design at least 100 K/s.
Nach dem Entnehmen des Blechformteils in Schritt e) erfolgt bevorzugt ein Abkühlen des Blechformteils auf eine Abkühltemperatur TAB von weniger als 100 °C innerhalb einer Abkühldauer tAB von 0,5 bis 600 s. Dies geschieht im Regelfall durch eine Luftabkühlung. After removal of the sheet metal part in step e), the sheet metal part is preferably cooled to a cooling temperature TAB of less than 100 °C within a cooling time t AB of 0.5 to 600 s. This is usually done by air cooling.
Das Stahlsubstrat des im Verfahren verwendeten Stahlblechzuschnitts ist aus einem Stahl, der 0,04 - 0,45 Gew.-% C, 0, 1 - 3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist.
Insbesondere ist das Gefüge des Stahls durch ein Warmumformen in ein martensitisches oder teilweise martensitisches Gefüge umwandelbar. Das Gefüge des Stahlsubstrates des Stahlblechformteils ist also bevorzugt ein martensitisches oder zumindest teilweise martensitisches Gefüge, da dieses eine besonders hohe Härte aufweist. The steel substrate of the steel sheet blank used in the process is made of a steel containing 0.04 - 0.45 wt.% C, 0.1 - 3 wt.% Mn and optionally up to 0.01 wt.% B. In particular, the structure of the steel can be converted into a martensitic or partially martensitic structure by hot forming. The structure of the steel substrate of the sheet steel molded part is therefore preferably a martensitic or at least partially martensitic structure, since this has a particularly high hardness.
Besonders bevorzugt ist das Stahlsubstrat ein Stahl, der neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) aus Particularly preferably, the steel substrate is a steel which, in addition to iron and unavoidable impurities (in wt. %), consists of
C: 0,04 - 0,45 Gew.-%, C: 0.04 - 0.45 wt.%,
Si: 0,02 - 1,2 Gew.-%, Si: 0.02 - 1.2 wt.%,
Mn: 0,5 - 2,6 Gew.-%, Mn: 0.5 - 2.6 wt.%,
AI: 0,02 - 1,0 Gew.-%, Al: 0.02 - 1.0 wt.%,
P: < 0,05 Gew.-%, P: < 0.05 wt.%,
S: < 0,02 Gew.-%, S: < 0.02 wt.%,
N: < 0,02 Gew.-%, N: < 0.02 wt.%,
Sn: < 0,03 Gew.-% Sn: < 0.03 wt.%
As: < 0,01 Gew.-% As: < 0.01 wt.%
Ca: < 0,01 Gew.-% sowie optional einem oder mehreren der Elemente „Cr, B, Mo, Ni, Cu, Nb, Ti, V“ in folgenden Gehalten Ca: < 0.01 wt.% and optionally one or more of the elements “Cr, B, Mo, Ni, Cu, Nb, Ti, V” in the following contents
Cr: 0,08 - 1,0 Gew.-%, Cr: 0.08 - 1.0 wt.%,
B: 0,001 - 0,005 Gew.-% B: 0.001 - 0.005 wt.%
Mo: <0,5 Gew.-% Mo: <0.5 wt.%
Ni: <0,5 Gew.-% Ni: <0.5 wt%
Cu: <0,2 Gew.-% Cu: <0.2 wt.%
Nb: 0,02 - 0,08 Gew.-%, Nb: 0.02 - 0.08 wt.%,
Ti: 0,01 - 0,08 Gew.-% Ti: 0.01 - 0.08 wt.%
V: <0,3 Gew.-% besteht. V: <0.3 wt.%.
Bei den Elementen P, S, N, Sn und As handelt es sich um Verunreinigungen, die bei der Stahlerzeugung nicht vollständig vermieden werden können. Neben diesen Elementen können auch
noch weitere Elemente als Verunreinigungen im Stahl vorhanden sein. Diese weiteren Elemente werden unter den „unvermeidbaren Verunreinigungen“ zusammengefasst. Bevorzugt beträgt der Gehalt an unvermeidbaren Verunreinigungen in Summe maximal 0,2 Gew.-%, bevorzugt maximal 0, 1 Gew.-%. Die optionalen Legierungselemente Cr, B, Nb und Ti, für die eine Untergrenze angegeben ist, können auch in Gehalten unterhalb der jeweilige Untergrenze als unvermeidbare Verunreinigungen im Stahlsubstrat vorkommen. In dem Fall werden sie ebenfalls zu den unvermeidbaren Verunreinigungen gezählt, deren Gesamtgehalt auf maximal 0,2 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,1 Gew.-% begrenzt ist. Bevorzugt sind die individuellen Obergrenzen für die jeweilige Verunreinigung dieser Elemente wie folgt: The elements P, S, N, Sn and As are impurities that cannot be completely avoided during steel production. In addition to these elements, other elements may be present as impurities in the steel. These other elements are summarized under the "unavoidable impurities". The total content of unavoidable impurities is preferably a maximum of 0.2% by weight, preferably a maximum of 0.1% by weight. The optional alloying elements Cr, B, Nb and Ti, for which a lower limit is specified, can also be present in the steel substrate as unavoidable impurities in contents below the respective lower limit. In this case, they are also counted as unavoidable impurities, the total content of which is limited to a maximum of 0.2% by weight, preferably a maximum of 0.1% by weight. The individual upper limits for the respective contamination of these elements are preferably as follows:
Cr: < 0,050 Gew.-%, Cr: < 0.050 wt.%,
B: < 0,0005 Gew.-% B: < 0.0005 wt.%
Nb: < 0,005 Gew.-%, Nb: < 0.005 wt.%,
Ti: < 0,005 Gew.-% Ti: < 0.005 wt.%
Dabei sind diese bevorzugten Obergrenzen als alternativ oder gemeinsam zu betrachten. Bevorzugte Varianten des Stahls erfüllen also eine oder mehrere dieser vier Bedingungen. These preferred upper limits should be considered alternatively or together. Preferred variants of the steel therefore meet one or more of these four conditions.
Bei einer eine bevorzugten Ausführungsform beträgt der C-Gehalt des Stahls maximal 0,37 Gew.- % und/oder mindestens 0,06 Gew.-%. Bei besonders bevorzugten Ausführungsvarianten liegt der C-Gehalt im Bereich von 0,06 - 0,09 Gew.-% oder im Bereich von 0,12 - 0,25 Gew.-% oder im Bereich von 0,33 - 0,37 Gew.-%. In a preferred embodiment, the C content of the steel is a maximum of 0.37 wt.% and/or at least 0.06 wt.%. In particularly preferred embodiments, the C content is in the range of 0.06 - 0.09 wt.% or in the range of 0.12 - 0.25 wt.% or in the range of 0.33 - 0.37 wt.%.
Bei einer eine bevorzugten Ausführungsform beträgt der Si-Gehalt des Stahls maximal 1,00 Gew.- % und/oder mindestens 0,06 Gew.-%. In a preferred embodiment, the Si content of the steel is a maximum of 1.00 wt.% and/or at least 0.06 wt.%.
Der Mn-Gehalt des Stahls beträgt bei einer bevorzugten Variante maximal 2,4 Gew.-% und/oder mindestens 0,75 Gew.-%. Bei besonders bevorzugten Ausführungsvarianten liegt der Mn-Gehalt im Bereich von 0,75 - 0,85 Gew.-% oder im Bereich von 1,0 - 1,6 Gew.-%. In a preferred variant, the Mn content of the steel is a maximum of 2.4 wt.% and/or at least 0.75 wt.%. In particularly preferred variants, the Mn content is in the range of 0.75 - 0.85 wt.% or in the range of 1.0 - 1.6 wt.%.
Der Al-Gehalt des Stahls beträgt bei einer bevorzugten Variante maximal 0,75 Gew.-%, insbesondere maximal 0,5 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,25 Gew.-%. Alternativ oder ergänzend beträgt der Al-Gehalt bevorzugt mindestens 0,02%.
Zudem hat sich gezeigt, dass es hilfreich sein kann, wenn die Summe der Gehalte von Silizium und Aluminium begrenzt sind. Bein einer bevorzugten Variante beträgt daher die Summe der Gehalte von Si und AI (üblicherweise bezeichnet als Si+Al) maximal 1,5 Gew.-%, bevorzugt maximal 1,2 Gew.-%. Ergänzend oder alternativ beträgt die Summe der Gehalte von Si und AI mindestens 0,06 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,08 Gew.-%. In a preferred variant, the Al content of the steel is a maximum of 0.75% by weight, in particular a maximum of 0.5% by weight, preferably a maximum of 0.25% by weight. Alternatively or additionally, the Al content is preferably at least 0.02%. It has also been shown that it can be helpful if the sum of the contents of silicon and aluminum is limited. In a preferred variant, the sum of the contents of Si and Al (usually referred to as Si+Al) is therefore a maximum of 1.5 wt.%, preferably a maximum of 1.2 wt.%. Additionally or alternatively, the sum of the contents of Si and Al is at least 0.06 wt.%, preferably at least 0.08 wt.%.
Calcium (Ca) dient in Stählen zur Einformung von nichtmetallischen Einschlüssen, insbesondere von Mangansulfiden. Durch die rundliche Einformung wird die negative Wirkung der Einschlüsse auf die Warmumformbarkeit, Dauerfestigkeit und Zähigkeit deutlich reduziert. Der maximale Ca- Gehalt beträgt 0,01 Gew.-%, insbesondere maximal 0,007 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,005 Gew.-%. Bei zu hohen Ca-Gehalten wächst die Wahrscheinlichkeit, dass sich nichtmetallische Einschlüsse unter Beteiligung von Ca bilden, die den Reinheitsgrad des Stahles und auch seine Zähigkeit verschlechtern. Aus diesem Grund sollte eine Obergrenze des Ca-Gehalts von höchstens 0,005 Gew-%, vorzugsweise höchstens 0,003 Gew-%, eingehalten werden. Calcium (Ca) is used in steels to form non-metallic inclusions, particularly manganese sulphides. The rounded shape significantly reduces the negative effect of the inclusions on hot formability, fatigue strength and toughness. The maximum Ca content is 0.01 wt.%, in particular a maximum of 0.007 wt.%, preferably a maximum of 0.005 wt.%. If the Ca content is too high, the probability increases that non-metallic inclusions involving Ca will form, which will impair the purity of the steel and also its toughness. For this reason, an upper limit of the Ca content of no more than 0.005 wt.%, preferably a maximum of 0.003 wt.%, should be observed.
Bei den Elementen P, S, N handelt es sich um typische Verunreinigungen, die bei der Stahlerzeugung nicht vollständig vermieden werden können. Bei bevorzugten Varianten beträgt der P-Gehalt maximal 0,03 Gew.-%. Unabhängig davon beträgt der S-Gehalt bevorzugt maximal 0,012%. Zusätzlich oder ergänzend beträgt der N-Gehalt bevorzugt maximal 0,009 Gew.-%. The elements P, S and N are typical impurities that cannot be completely avoided during steel production. In preferred variants, the P content is a maximum of 0.03% by weight. Irrespective of this, the S content is preferably a maximum of 0.012%. In addition or in addition, the N content is preferably a maximum of 0.009% by weight.
Optional enthält der Stahl zudem Chrom mit einem Gehalt von 0,08 - 1,0 Gew.-%. Bevorzugt beträgt der Cr-Gehalt maximal 0,75 Gew.-%, insbesondere maximal 0,5 Gew.-%. Optionally, the steel also contains chromium with a content of 0.08 - 1.0 wt.%. The Cr content is preferably a maximum of 0.75 wt.%, in particular a maximum of 0.5 wt.%.
Im Falle einer optionalen Zulegierung von Chrom ist bevorzugt die Summe der Gehalte von Chrom und Mangan begrenzt. Die Summe beträgt maximal 3,3 Gew.-%, insbesondere maximal 3, 15 Gew.-%. Weiterhin beträgt die Summe mindestens 0,5 Gew.-%, bevorzugt mindestens 0,75 Gew.-%. In the case of an optional alloying of chromium, the sum of the contents of chromium and manganese is preferably limited. The sum is a maximum of 3.3% by weight, in particular a maximum of 3.15% by weight. Furthermore, the sum is at least 0.5% by weight, preferably at least 0.75% by weight.
Bevorzugt enthält der Stahl optional zudem Bor mit einem Gehalt von 0,001 - 0,005 Gew.-%. Insbesondere beträgt der B-Gehalt maximal 0,004 Gew.-%. Preferably, the steel optionally also contains boron in a content of 0.001 - 0.005 wt.%. In particular, the B content is a maximum of 0.004 wt.%.
Optional kann der Stahl Molybdän mit einem Gehalt von maximal 0,5 Gew.-% enthalten, insbesondere maximal 0, 1 Gew.-%. Weiterhin kann der Stahl optional Nickel enthalten mit einem Gehalt von maximal 0,5 Gew.-%, bevorzugt maximal 0, 15 Gew.-%. Optional kann der Stahl zudem Kupfer enthalten mit einem Gehalt von maximal 0,2 Gew.-%, bevorzugt maximal 0, 15 Gew.-%.
Zudem kann der Stahl optional eines oder mehrere der Mikrolegierungselemente Nb, Ti und V enthalten. Dabei beträgt der optionale Nb-Gehalt mindestens 0,02 Gew.-°/o und maximal 0,08 Gew.-°/o, bevorzugt maximal 0,04 Gew.-%. Der optionale Ti-Gehalt beträgt mindestens 0,01 Gew.-°/o und maximal 0,08 Gew.-%, bevorzugt maximal 0,04 Gew.-%. Der optionale V-Gehalt beträgt maximal 0,3 Gew.-°/o, bevorzugt maximal 0,2 Gew.-°/o, insbesondere maximal 0, 1 Gew.-°/o, bevorzugt maximal 0,05 Gew.-%. Optionally, the steel can contain molybdenum with a content of maximum 0.5 wt.%, in particular maximum 0.1 wt.%. Furthermore, the steel can optionally contain nickel with a content of maximum 0.5 wt.%, preferably maximum 0.15 wt.%. Optionally, the steel can also contain copper with a content of maximum 0.2 wt.%, preferably maximum 0.15 wt.%. In addition, the steel can optionally contain one or more of the microalloying elements Nb, Ti and V. The optional Nb content is at least 0.02 wt. % and a maximum of 0.08 wt. %, preferably a maximum of 0.04 wt. %. The optional Ti content is at least 0.01 wt. % and a maximum of 0.08 wt. %, preferably a maximum of 0.04 wt. %. The optional V content is a maximum of 0.3 wt. %, preferably a maximum of 0.2 wt. %, in particular a maximum of 0.1 wt. %, preferably a maximum of 0.05 wt. %.
Im Falle einer optionale Zulegierung von mehreren der Elemente Nb, Ti und V ist bevorzugt die Summe der Gehalte von Nb, Ti und V begrenzt. Die Summe beträgt maximal 0, 1 Gew.-°/o, insbesondere maximal 0,068 Gew.-%. Weiterhin beträgt die Summe bevorzugt mindestens 0,015 Gew.-%. In the case of an optional alloying of several of the elements Nb, Ti and V, the sum of the contents of Nb, Ti and V is preferably limited. The sum is a maximum of 0.1% by weight, in particular a maximum of 0.068% by weight. Furthermore, the sum is preferably at least 0.015% by weight.
Der genannte Korrosionsschutzüberzug wird bevorzugt durch Schmelztauchbeschichten des Stahlflachproduktes erzeugt. Dabei wird das Stahlflachprodukt durch eine flüssige Schmelze geführt, die aus 0, 1 - 15 Gew.-% Si bevorzugt mehr als 1,0 Gew-% Si, optional 2-4 Gew.-% Fe, optional bis zu 5 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, bevorzugt bis zu 1,0 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, und optional bis zu 15 Gew.-% Zn, bevorzugt bis zu 10 Gew.-% Zn und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium besteht. Bevorzugt beträgt der optionale Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen mindestens 0, 1 Gew.-%. The corrosion protection coating mentioned is preferably produced by hot-dip coating the flat steel product. The flat steel product is passed through a liquid melt which consists of 0.1 - 15 wt.% Si, preferably more than 1.0 wt.% Si, optionally 2-4 wt.% Fe, optionally up to 5 wt.% alkali or alkaline earth metals, preferably up to 1.0 wt.% alkali or alkaline earth metals, and optionally up to 15 wt.% Zn, preferably up to 10 wt.% Zn and optionally further components, the total contents of which are limited to a maximum of 2.0 wt.%, and the remainder being aluminum. The optional content of alkali or alkaline earth metals is preferably at least 0.1 wt.%.
Bei einer bevorzugten Variante beträgt der Si-Gehalt der Schmelze 0,4-3, 5 Gew.-%. Bevorzugt beträgt der Si-Gehalt der Schmelze bei dieser Variante mindestens 0,5 Gew.-%, insbesondere mindestens 0,7 Gew.-%. Weiterhin bevorzugt beträgt der Si-Gehalt der Schmelze maximal 2,5 Gew.-%, insbesondere maximal 2,0 Gew.-%. Es hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut bei Beschichtungen einsetzbar ist, bei denen die Diffusion von Eisen in die Beschichtung relativ schnell passiert, also eine hohe Diffusionsgeschwindigkeit vorliegt. Dies sind insbesondere Beschichtungen mit einem geringen Si-Gehalt, da Si die Diffusion von Eisen in den Überzug behindert. In a preferred variant, the Si content of the melt is 0.4-3.5 wt.%. The Si content of the melt in this variant is preferably at least 0.5 wt.%, in particular at least 0.7 wt.%. The Si content of the melt is also preferably at most 2.5 wt.%, in particular at most 2.0 wt.%. It has been shown that the method according to the invention can be used particularly well with coatings in which the diffusion of iron into the coating occurs relatively quickly, i.e. where there is a high diffusion rate. These are in particular coatings with a low Si content, since Si hinders the diffusion of iron into the coating.
Bei einer alternativen Variante beträgt der Si-Gehalt der Schmelze 7-12 Gew.-%, insbesondere 8 - 10 Gew.-%. Bei einer bevorzugten Variante umfasst der optionale Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen in der Schmelze 0,1 - 1,0 Gew.-% Mg, insbesondere 0, 1 - 0,7 Gew.-% Mg, bevorzugt 0,1 - 0,5 Gew.-% Mg. Weiterhin kann der optionale Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen in der Schmelze insbesondere mindestens 0,0015 Gew.-% Ca, insbesondere mindestens 0,01 Gew.-% Ca, umfassen. Weiterhin bevorzugt besteht der optionale Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen in der Schmelze aus 0,1 - 1,0 Gew.-% Mg, insbesondere 0,1 - 0,7 Gew.-% Mg,
bevorzugt 0, 1 - 0,5 Gew.-% Mg und optional mindestens 0,0015 Gew.-% Ca, insbesondere mindestens 0,01 Gew.-% Ca. In an alternative variant, the Si content of the melt is 7-12 wt.%, in particular 8 - 10 wt.%. In a preferred variant, the optional content of alkali or alkaline earth metals in the melt comprises 0.1 - 1.0 wt.% Mg, in particular 0.1 - 0.7 wt.% Mg, preferably 0.1 - 0.5 wt.% Mg. Furthermore, the optional content of alkali or alkaline earth metals in the melt can comprise in particular at least 0.0015 wt.% Ca, in particular at least 0.01 wt.% Ca. Furthermore, the optional content of alkali or alkaline earth metals in the melt preferably consists of 0.1 - 1.0 wt.% Mg, in particular 0.1 - 0.7 wt.% Mg. preferably 0.1 - 0.5 wt.% Mg and optionally at least 0.0015 wt.% Ca, in particular at least 0.01 wt.% Ca.
Beim Schmelztauchbeschichten diffundiert Eisen aus dem Stahlsubstrat in den flüssigen Überzug, so dass der Korrosionsschutzüberzug des Stahlflachproduktes beim Erstarren insbesondere eine Legierungsschicht und eine Al-Basisschicht aufweist. During hot-dip coating, iron diffuses from the steel substrate into the liquid coating, so that the corrosion protection coating of the flat steel product has, in particular, an alloy layer and an Al base layer when it solidifies.
Die Legierungsschicht liegt auf dem Stahlsubstrat auf und grenzt unmittelbar an dieses an. Die Legierungsschicht wird im Wesentlichen aus Aluminium und Eisen gebildet. Bevorzugt besteht die Legierungsschicht aus 25 - 50 Gew.-% Fe, 5 - 20 Gew.-% Si, optionalen weiteren Bestandteilen deren Gehalt in Summe auf höchstens 5,0 Gew.-%, bevorzugt 2,0 Gew.-%, beschränkt sind, und als Rest Aluminium. Die optionalen weiteren Bestandteile beinhalten insbesondere die übrigen Bestandteile der Schmelze (das heißt gegebenenfalls Alkali- oder Erdalkalimetalle, insbesondere Mg bzw. Ca) und die übrigen Anteile des Stahlsubstrates zusätzlich zu Eisen. Bei einer weiteren Variante (Variante mit Si-Gehalt in der Schmelze von 0,5-3, 5 Gew.-%) besteht die Legierungsschicht aus 25 - 50 Gew.-% Fe, 0,5 - 5,0 Gew.-% Si, optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalt in Summe auf höchstens 5,0 Gew.-%, bevorzugt 2,0 Gew.-%, beschränkt sind, und als Rest Aluminium. Die optionalen weiteren Bestandteile beinhalten auch hier insbesondere die übrigen Bestandteile der Schmelze (das heißt gegebenenfalls Alkali- oder Erdalkalimetalle, insbesondere Mg bzw. Ca) und die übrigen Anteile des Stahlsubstrates zusätzlich zu Eisen. The alloy layer lies on the steel substrate and is directly adjacent to it. The alloy layer is essentially made of aluminum and iron. The alloy layer preferably consists of 25 - 50 wt.% Fe, 5 - 20 wt.% Si, optional further components whose total content is limited to a maximum of 5.0 wt.%, preferably 2.0 wt.%, and the remainder aluminum. The optional further components include in particular the other components of the melt (i.e. optionally alkali or alkaline earth metals, in particular Mg or Ca) and the remaining parts of the steel substrate in addition to iron. In a further variant (variant with Si content in the melt of 0.5-3.5 wt.%), the alloy layer consists of 25 - 50 wt.% Fe, 0.5 - 5.0 wt.% Si, optional further components whose total content is limited to a maximum of 5.0 wt.%, preferably 2.0 wt.%, and the remainder aluminum. The optional additional components here also include in particular the other components of the melt (i.e. alkali or alkaline earth metals, in particular Mg or Ca) and the remaining components of the steel substrate in addition to iron.
Die Al-Basisschicht liegt auf der Legierungsschicht und grenzt unmittelbar an diese an. Bevorzugt entspricht die Zusammensetzung der Al-Basisschicht der Zusammensetzung der Schmelze des Schmelzbades. Das heißt, sie besteht aus bis zu 15 Gew.-% Si, optional 2-4 Gew.-% Fe, optional zu 5,0 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, bevorzugt bis zu 1,0% Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, optional bis zu 15 Gew.-% Zn, bevorzugt bis zu 10 Gew.-% Zn und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium. Bevorzugte Zusammensetzungen der Al-Basisschicht entsprechen den bevorzugten Schmelzenzusammensetzungen. The Al base layer lies on the alloy layer and is directly adjacent to it. The composition of the Al base layer preferably corresponds to the composition of the melt of the melt bath. This means that it consists of up to 15% by weight Si, optionally 2-4% by weight Fe, optionally 5.0% by weight alkali or alkaline earth metals, preferably up to 1.0% by weight alkali or alkaline earth metals, optionally up to 15% by weight Zn, preferably up to 10% by weight Zn and optionally further components, the total contents of which are limited to a maximum of 2.0% by weight, and the remainder aluminum. Preferred compositions of the Al base layer correspond to the preferred melt compositions.
Bei einer bevorzugten Variante beträgt der Si-Gehalt der Al-Basisschicht 0,4-3, 5 Gew.-%. Bevorzugt beträgt der Si-Gehalt der Al-Basisschicht bei dieser Variante mindestens 0,5 Gew.-%, insbesondere mindestens 0,7 Gew.-%. Weiterhin bevorzugt beträgt der Si-Gehalt der Al- Basisschicht maximal 2,5 Gew.-%, insbesondere maximal 2,0 Gew.-%. Es hat sich gezeigt, dass das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut bei Beschichtungen einsetzbar ist, bei denen die
Diffusion von Eisen in die Beschichtung relativ schnell passiert, also eine hohe Diffusionsgeschwindigkeit vorliegt. Dies sind insbesondere Beschichtungen mit einem geringen Si-Gehalt, da Si die Diffusion von Eisen in den Überzug behindert. In a preferred variant, the Si content of the Al base layer is 0.4-3.5 wt.%. Preferably, the Si content of the Al base layer in this variant is at least 0.5 wt.%, in particular at least 0.7 wt.%. Furthermore, the Si content of the Al base layer is preferably at most 2.5 wt.%, in particular at most 2.0 wt.%. It has been shown that the method according to the invention can be used particularly well for coatings in which the Diffusion of iron into the coating occurs relatively quickly, meaning that there is a high diffusion rate. This is particularly the case with coatings with a low Si content, since Si hinders the diffusion of iron into the coating.
Bei einer alternativen Variante beträgt der Si-Gehalt der Al-Basisschicht 7-12 Gew.-%, insbesondere 8-10 Gew.-%. In an alternative variant, the Si content of the Al base layer is 7-12 wt.%, in particular 8-10 wt.%.
Bei einer bevorzugten Variante der Al-Basisschicht umfasst der optionale Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen 0,1 - 1,0 Gew.-% Mg, insbesondere 0, 1 - 0,7 Gew.-% Mg, bevorzugt 0, 1 - 0,5 Gew.-% Mg. Weiterhin kann der optionale Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen in der Al- Basisschicht insbesondere mindestens 0,0015 Gew.-% Ca, insbesondere mindestens 0, 1 Gew.-% Ca, umfassen. Weiterhin bevorzugt besteht der optionale Gehalt an Alkali- oder Erdalkalimetallen aus 0,1 - 1,0 Gew.-% Mg, insbesondere 0, 1 - 0,7 Gew.-% Mg, bevorzugt 0,1 - 0,5 Gew.-% Mg und optional mindestens 0,0015 Gew.-% Ca, insbesondere mindestens 0,1 Gew.-% Ca. In a preferred variant of the Al base layer, the optional content of alkali or alkaline earth metals comprises 0.1 - 1.0 wt.% Mg, in particular 0.1 - 0.7 wt.% Mg, preferably 0.1 - 0.5 wt.% Mg. Furthermore, the optional content of alkali or alkaline earth metals in the Al base layer can comprise in particular at least 0.0015 wt.% Ca, in particular at least 0.1 wt.% Ca. Furthermore preferably, the optional content of alkali or alkaline earth metals consists of 0.1 - 1.0 wt.% Mg, in particular 0.1 - 0.7 wt.% Mg, preferably 0.1 - 0.5 wt.% Mg and optionally at least 0.0015 wt.% Ca, in particular at least 0.1 wt.% Ca.
Bei einer weiter bevorzugten Variante des Korrosionsschutzüberzuges ist der Si-Gehalt in der Legierungsschicht geringer als der Si-Gehalt in der Al-Basisschicht. In a further preferred variant of the corrosion protection coating, the Si content in the alloy layer is lower than the Si content in the Al base layer.
Der Korrosionsschutzüberzug hat bevorzugt eine Dicke von 5 - 60 pm, insbesondere von 10 - 40 pm. Das Auflagengewicht des Korrosionsschutzüberzuges beträgt insbesondere 30 - 360^ bei beidseitigen Korrosionsschutzüberzügen bzw. 15 - 180
bei der einseitigen Variante.
Bevorzugt beträgt das Auflagengewicht des Korrosionsschutzüberzuges 100 - 200^ bei beidseitigen Überzügen bzw. 50 - 100^ für einseitige Überzüge. Besonders bevorzugt beträgt das Auflagengewicht des Korrosionsschutzüberzuges 120 - 180^ bei beidseitigen Überzügen bzw. 60 - für einseitige Überzüge. The corrosion protection coating preferably has a thickness of 5 - 60 pm, in particular 10 - 40 pm. The coating weight of the corrosion protection coating is in particular 30 - 360^ for corrosion protection coatings on both sides or 15 - 180 in the one-sided variant. The coating weight of the anti-corrosive coating is preferably 100 - 200^ for coatings on both sides or 50 - 100^ for coatings on one side. The coating weight of the anti-corrosive coating is particularly preferably 120 - 180^ for coatings on both sides or 60 - for coatings on one side.
Die Dicke der Legierungsschicht ist bevorzugt kleiner als 20 pm, besonders bevorzugt kleiner 16pm, besonders bevorzugt kleiner 12pm, insbesondere kleiner 10 pm. Die Dicke der Al-Basisschicht ergibt sich aus der Differenz der Dicken von Korrosionsschutzüberzug und Legierungsschicht. Bevorzugt beträgt die Dicke der Al-Basisschicht auch bei dünnen Korrosionsschutzüberzügen mindestens lpm.
Bei einer bevorzugten Variante umfasst das Stahlflachprodukt eine auf dem Korrosionsschutzüberzug angeordnete Oxidschicht. Die Oxidschicht liegt dabei insbesondere auf der Al- Basisschicht und bildet bevorzugt den äußeren Abschluss des Korrosionsschutzüberzuges. The thickness of the alloy layer is preferably less than 20 pm, particularly preferably less than 16 pm, particularly preferably less than 12 pm, in particular less than 10 pm. The thickness of the Al base layer results from the difference between the thicknesses of the anti-corrosive coating and the alloy layer. The thickness of the Al base layer is preferably at least lpm, even with thin anti-corrosive coatings. In a preferred variant, the flat steel product comprises an oxide layer arranged on the anti-corrosive coating. The oxide layer lies in particular on the Al base layer and preferably forms the outer finish of the anti-corrosive coating.
Die Oxidschicht besteht insbesondere zu mehr als 80 Gew.-% aus Oxiden, wobei der Hauptanteil der Oxide (d.h. mehr als 50 Gew.-% der Oxide) Aluminiumoxid ist. Optional sind in der Oxidschicht zusätzlich zu Aluminiumoxid Hydroxide und / oder Magnesiumoxid alleine oder als Mischung vorhanden. Bevorzugt besteht der der nicht von den Oxiden und optional vorhandenen Hydroxiden eingenommene Rest der Oxidschicht aus Silizium, Aluminium, Eisen und/oder Magnesium in metallischer Form. Für die optionale Ausführungsform mit Zink als Bestandteil der Al-Basisschicht sind auch Zinkoxidbestanddteile in der Oxidschicht vorhanden. The oxide layer consists in particular of more than 80% by weight of oxides, with the majority of the oxides (i.e. more than 50% by weight of the oxides) being aluminum oxide. Optionally, in addition to aluminum oxide, hydroxides and/or magnesium oxide are present in the oxide layer alone or as a mixture. Preferably, the remainder of the oxide layer not taken up by the oxides and optionally present hydroxides consists of silicon, aluminum, iron and/or magnesium in metallic form. For the optional embodiment with zinc as a component of the Al base layer, zinc oxide components are also present in the oxide layer.
Bevorzugt hat die Oxidschicht des Stahlflachproduktes eine Dicke, die größer ist als 50 nm. Preferably, the oxide layer of the flat steel product has a thickness greater than 50 nm.
Insbesondere beträgt die Dicke der Oxidschicht maximal 1 pm, bevorzugt maximal 500 nm. In particular, the thickness of the oxide layer is a maximum of 1 pm, preferably a maximum of 500 nm.
Die bereitgestellten Stahlblechzuschnitte werden bevorzugt erhalten durch Beschichten eines Stahlflachproduktes, in der vorstehend erläuterten Weise, und Zuschneiden zu Stahlblechzuschnitten. Folglich gelten vorstehend erläuterte bevorzugte Varianten des Korrosionsschutzüberzuges auf dem Stahlflachprodukt analog für den Korrosionsschutzüberzug des Stahlblechzuschnitts. The steel sheet blanks provided are preferably obtained by coating a flat steel product in the manner explained above and cutting it into steel sheet blanks. Consequently, the preferred variants of the anti-corrosive coating on the flat steel product explained above apply analogously to the anti-corrosive coating of the steel sheet blank.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Reduzierung von Ausschuss bei einem Verfahren zum Herstellen eines Stahlblechformteils, insbesondere eines Verfahrens wie zuvor erläutert. Dabei umfasst das Verfahren zum Herstellen eines Stahlblechformteils die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines Stahlblechzuschnitts mit einer Dicke d von mindestens 0,7 mm und maximal 3,5 mm umfassend ein Stahlsubstrat, das aus einem Stahl, der 0,04 - 0,45 Gew.-% C, 0, 1 - 3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist, besteht, und wobei der Stahlblechzuschnitt auf mindestens einer Seite einen Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis aufweist; b) Erwärmen des Stahlblechzuschnitts in einem Ofen, i. wobei der Stahlblechzuschnitt im Ofen durchläuft: The invention further relates to a method for reducing waste in a method for producing a sheet steel molded part, in particular a method as previously explained. The method for producing a sheet steel molded part comprises the following steps: a) providing a sheet steel blank with a thickness d of at least 0.7 mm and a maximum of 3.5 mm, comprising a steel substrate consisting of a steel that has 0.04 - 0.45 wt.% C, 0.1 - 3 wt.% Mn and optionally up to 0.01 wt.% B, and wherein the sheet steel blank has an aluminum-based anti-corrosion coating on at least one side; b) heating the sheet steel blank in an oven, i. wherein the sheet steel blank passes through the oven:
1. optional in einer ersten Zeitspanne tl eine erste Heizzone mit einer ersten Temperatur Tl,
2. optional in einer zweiten Zeitspanne t2 eine zweite Heizzone mit einer zweiten Temperatur T2, wobei T2>T1, 1. optionally in a first time period tl a first heating zone with a first temperature Tl, 2. optionally in a second time period t2 a second heating zone with a second temperature T2, where T2>T1,
3. in einer dritten Zeitspanne t3 eine dritte Heizzone mit einer dritten Temperatur T3, wobei optional T3<T2, 3. in a third time period t3, a third heating zone with a third temperature T3, where optionally T3<T2,
4. in einer vierten Zeitspanne t4 eine vierte Heizzone mit einer vierten Temperatur T4, wobei T4>T3 gilt, 4. in a fourth time period t4, a fourth heating zone with a fourth temperature T4, where T4>T3 applies,
5. optional in einer fünften Zeitspanne t5 eine fünfte Heizzone mit einer fünften Temperatur, wobei T5<T4; c) Einlegen des erwärmten Blechzuschnitts in ein Umformwerkzeug, wobei die für das Entnehmen aus dem Ofen und das Einlegen des Zuschnitts benötigte Transferdauer tTrans höchstens 20 s, bevorzugt höchstens 15 s, beträgt; d) Warmpressformen des Blechzuschnitts zu dem Blechformteil, wobei der Zuschnitt im Zuge des Warmpressformens über eine Dauer twz von mehr als 1 s mit einer zumindest teilweise mehr als 27 K/s betragenden Abkühlgeschwindigkeit rWz auf die Zieltemperatur Tziei abgekühlt und optional dort gehalten wird; e) Entnehmen des auf Zieltemperatur abgekühlten Blechformteils aus dem Werkzeug. 5. optionally in a fifth time period t5, a fifth heating zone with a fifth temperature, where T5<T4; c) inserting the heated sheet metal blank into a forming tool, wherein the transfer time t T rans required for removing the blank from the furnace and inserting the blank is at most 20 s, preferably at most 15 s; d) hot press forming the sheet metal blank to form the sheet metal part, wherein during the hot press forming the blank is cooled to the target temperature Tziei over a duration twz of more than 1 s at a cooling rate r W z which is at least partially more than 27 K/s and is optionally held there; e) removing the sheet metal part cooled to the target temperature from the tool.
Der Ausschuss bei einem solchen Verfahren wird reduziert durch die folgenden Schritte: i. für jede Heizzone wird eine maximale Zeitdauer festgelegt, die ein Stahlblechzuschnitt aufgrund einer Unterbrechung des Durchlaufs zusätzlich in dieser Heizzone gelagert werden kann, ii. bei einer Unterbrechung des Durchlaufs des Stahlblechzuschnitts durch den Ofen wird ermittelt, in welcher Heizzone der Stahlblechzuschnitt während der Dauer der Unterbrechung gelagert ist, iii. nach der Unterbrechung für den Stahlblechzuschnitt wird überprüft, ob die zusätzliche Zeitdauer, die der Stahlblechzuschnitt aufgrund der Unterbrechung in der Heizzone gelagert war, die maximale Zeitdauer für diese Heizzone überschreitet. The scrap in such a process is reduced by the following steps: i. for each heating zone, a maximum period of time is specified for which a steel sheet blank can be additionally stored in this heating zone due to an interruption in the process, ii. if the passage of the steel sheet blank through the furnace is interrupted, it is determined in which heating zone the steel sheet blank is stored for the duration of the interruption, iii. after the steel sheet blank has been interrupted, it is checked whether the additional period of time the steel sheet blank was stored in the heating zone due to the interruption exceeds the maximum period of time for this heating zone.
Im laufenden Fertigungsprozess kann es gelegentlich zu Unterbrechungen des Durchlaufes kommen. Typischerweise wird das Verfahren zum Herstellen eines Stahlblechformteils realisiert, indem in Schritt b) der Blechzuschnitt mit einer konstanten Geschwindigkeit durch einen Rollenherdofen bewegt wird. Der Rollenherdofen hat dabei mehrere Heizzone mit unterschiedlichen Temperaturen. Kommt es nun zu einer Unterbrechung im Produktionsablauf, so stoppt oder verlangsamt sich die Bewegung der Blechzuschnitte durch den Rollenherdofen. Bislang wurden
Blechzuschnitte, die während der Unterbrechung innerhalb des Rollenherdofens zu lange gelagert waren, vollständig aussortiert und nicht verwendet. Bei einem 30 - 50m langen Rollenherdofen kann dies eine größere Anzahl von Blechzuschnitten betreffen. Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass nicht alle der Blechzuschnitte, die üblicherweise entsorgt wurden, nicht mehr für die Weiterverarbeitung geeignet sind. Aufgrund der unterschiedlichen Heizzonen mit unterschiedlichen Temperaturen ergeben sich unterschiedliche Auswirkungen auf die Blechzuschnitte je nachdem, in welcher Heizzone die Blechzuschnitte während der Dauer der Unterbrechung gelagert sind. In den besonders heißen Heizzonen führen bereits kurze zusätzliche Zeitdauern dazu, dass die Diffusionsprozess in der Beschichtung so weit fortschreitet, dass der Blechzuschnitt nicht mehr für die Umformung und die Verwendung als Blechformteil geeignet ist. Dagegen können die Blechzuschnitte in den nicht so heißen Heizzonen eine längere zusätzliche Zeitdauer überstehen, ohne dass dies wesentliche Auswirkungen hat. Oder mit anderen Worten: Die Prozessfenster sind hinsichtlich der Zeitdauer wesentlich enger für die heißen Heizzonen als für die Heizzonen mit geringeren Temperaturen. Daher wird für jede Heizzone eine maximale Zeitdauer festgelegt, die ein Stahlblechzuschnitt aufgrund einer Unterbrechung des Durchlaufs zusätzlich in dieser Heizzone gelagert werden kann. Es wird also für jede Heizzone, das Prozessfenster hinsichtlich der Zeit (die maximale Zeitdauer) festgelegt. Bei einer Unterbrechung des Durchlaufs des Stahlblechzuschnitts durch den Ofen wird dann ermittelt, in welcher Heizzone der Stahlblechzuschnitt während der Dauer der Unterbrechung gelagert ist. Für jeden Blechzuschnitt im Ofen wird also ermittelt, welches Prozessfenster anzuwenden ist, indem festgestellt wird, in welcher Heizzone der Blechzuschnitt während der Unterbrechung gelagert ist. Anschließend wird nach der Unterbrechung für den Stahlblechzuschnitt überprüft, ob die zusätzliche Zeitdauer, die der Stahlblechzuschnitt aufgrund der Unterbrechung in der Heizzone gelagert war, die maximale Zeitdauer für diese Heizzone überschreitet. Es wird also überprüft, ob der Blechzuschnitt noch innerhalb des für ihn relevanten Prozessfensters behandelt wurde. During the ongoing production process, there may occasionally be interruptions in the flow. Typically, the process for producing a sheet steel molded part is carried out by moving the sheet metal blank through a roller hearth furnace at a constant speed in step b). The roller hearth furnace has several heating zones with different temperatures. If there is an interruption in the production process, the movement of the sheet metal blanks through the roller hearth furnace stops or slows down. Sheet metal blanks that were stored for too long in the roller hearth furnace during the interruption are completely sorted out and not used. In a roller hearth furnace that is 30 - 50 m long, this can affect a large number of sheet metal blanks. The method according to the invention is based on the knowledge that not all of the sheet metal blanks that were usually disposed of are no longer suitable for further processing. Due to the different heating zones with different temperatures, different effects on the sheet metal blanks arise depending on which heating zone the sheet metal blanks are stored in during the interruption. In the particularly hot heating zones, even short additional periods of time lead to the diffusion process in the coating progressing to such an extent that the sheet metal blank is no longer suitable for forming and use as a sheet metal molded part. In contrast, the sheet metal blanks in the heating zones that are not so hot can survive a longer additional period of time without this having any significant effects. Or in other words: The process windows are much narrower in terms of time for the hot heating zones than for the heating zones with lower temperatures. Therefore, for each heating zone, a maximum period of time is specified for which a steel sheet blank can be additionally stored in this heating zone due to an interruption in the flow. The process window in terms of time (the maximum period of time) is therefore specified for each heating zone. If the flow of the steel sheet blank through the furnace is interrupted, it is then determined in which heating zone the steel sheet blank is stored for the duration of the interruption. For each sheet blank in the furnace, it is therefore determined which process window should be used by establishing in which heating zone the sheet blank is stored during the interruption. After the interruption, the steel sheet blank is then checked to see whether the additional period of time the steel sheet blank was stored in the heating zone due to the interruption exceeds the maximum period of time for this heating zone. It is therefore checked whether the sheet blank was still processed within the relevant process window.
Anschließend wird der Stahlblechzuschnitt, für den die Überprüfung nach Schritt iii) positiv ausgefallen ist (d. h. Überschreiten der maximalen Zeitdauer) aussortiert. Auf diese Weise ist die Anzahl der aussortierten Stahlblechzuschnitte (d. h. des Ausschusses) geringer als nach der üblichen Vorgehensweise, nach der alle zu lange während der Unterbrechung im Ofen befindlichen Stahlblechformteile aussortiert werden. Subsequently, the steel sheet blank for which the check in step iii) was positive (i.e. the maximum time period was exceeded) is rejected. In this way, the number of steel sheet blanks rejected (i.e. scrap) is lower than in the usual procedure, which involves rejecting all steel sheet blanks that have been in the furnace for too long during the interruption.
Bei einer bevorzugen Ausführungsvariante ist die maximale Zeitdauer der dritten Heizzone größer als die maximale Zeitdauer der vierten Heizzone und/oder
die maximale Zeitdauer der ersten Heizzone größer als die maximale Zeitdauer der zweiten Heizzone und/oder die maximale Zeitdauer der dritten Heizzone größer als die maximale Zeitdauer der zweiten Heizzone und/oder die maximale Zeitdauer der fünften Heizzone größer als die maximale Zeitdauer der vierten Heizzone. In a preferred embodiment, the maximum duration of the third heating zone is greater than the maximum duration of the fourth heating zone and/or the maximum duration of the first heating zone is greater than the maximum duration of the second heating zone and/or the maximum duration of the third heating zone is greater than the maximum duration of the second heating zone and/or the maximum duration of the fifth heating zone is greater than the maximum duration of the fourth heating zone.
Heizzonen mit geringerer Temperatur weisen also eine größere maximale Zeitdauer auf als Heizzonen mit höherer Temperatur. Heating zones with lower temperatures therefore have a longer maximum duration than heating zones with higher temperatures.
Bei besonders bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens zur Reduzierung von Ausschuss sind die Heizzonen so ausgestaltet wie bei dem zuvor erläuterten Verfahren zum Herstellen eines Stahlblechformteils. In particularly preferred embodiments of the method for reducing waste, the heating zones are designed as in the previously explained method for producing a sheet steel molded part.
Die beiden vorbeschriebenen Verfahren sind bei speziellen Varianten derart weitergebildet, dass der Stahlblechzuschnitt Bereiche unterschiedlicher Dicke aufweist. Ebenso weist dann das sich ergebende Blechformteil Bereiche unterschiedlicher Dicke auf. The two processes described above are further developed in special variants so that the steel sheet blank has areas of different thicknesses. The resulting sheet metal part then also has areas of different thicknesses.
Bereiche unterschiedlicher Dicke des Blechzuschnittes (sogenannte „tailored blanks“) können auf verschiedene Arten erzeugt werden: Areas of different thickness of the sheet metal blank (so-called “tailored blanks”) can be created in different ways:
Durch einen oder mehrere spezielle Kaltwalzstiche, bei denen einzelne Bereiche stärker oder häufiger gewalzt werden, ergibt sich in diesen Bereichen eine geringere Materialstärke und damit eine geringere Dicke (sogenannte „tailor rolled blanks“); One or more special cold rolling passes, in which individual areas are rolled more intensively or more frequently, result in a lower material thickness and thus a lower thickness in these areas (so-called “tailor rolled blanks”);
Durch Aneinanderschweißen (typischerweise mittels Laserschweißen) werden Blechzuschnitte unterschiedlicher Dicke miteinander verbunden, um einen zusammenhängenden Blechzuschnitt mit Bereichen unterschiedlicher Dicke zu erreichen (sogenannte „tailor welded blanks“); By welding (typically by laser welding), sheet metal blanks of different thicknesses are joined together to create a continuous sheet metal blank with areas of different thicknesses (so-called ‘tailor welded blanks’);
Mittels Widerstandspunktschweißen oder Laserschweißen werden Flicken (sogenannte „Patches“) auf einen bestehenden Blechzuschnitt aufgebracht, um diesen bereichsweise aufzudicken. Alternativ können die Flicken auch über den bestehenden Blechzuschnitt herausragen, bzw. nur in einem Bruchteil des Blechzuschnitts überlappen und mittels Widerstandspunktschweißen oder Laserschweißen verbunden sein, so dass sich teilweise oder im Wesentlichen eine Variante des Aneinanderschweißens („tailor welded blanks“) mittels Widerstandspunktschweißen oder Laserschweißen ergibt. Alternativ können die Flicken auch mittels Strukturklebstoffen aufgebracht werden.
In den beiden letzteren Fällen können auch Blechzuschnitte aus unterschiedlichen Materialien verwendet und zusammengefügt werden. Using resistance spot welding or laser welding, patches (so-called "patches") are applied to an existing sheet metal blank in order to thicken it in certain areas. Alternatively, the patches can also protrude beyond the existing sheet metal blank, or only overlap a fraction of the sheet metal blank and be connected using resistance spot welding or laser welding, so that a variant of welding together ("tailor welded blanks") using resistance spot welding or laser welding is partially or essentially created. Alternatively, the patches can also be applied using structural adhesives. In the latter two cases, sheet metal cuts made from different materials can also be used and joined together.
Bereiche unterschiedlicher Dicke haben den Vorteil, dass gezielt einzelne Gebiete des finalen Blechformteils (siehe unten) gezielt verstärkt werden können oder gezielt mit einer höheren Duktilität ausgestattet werden können. Auf diese Weise ist es möglich diejenigen Partien, die besondere Belastungen erfahren (beispielsweise während eines Crashes), entsprechend stabil auszugestalten, während andere Partien dünner ausgestaltet werden, um das Gewicht des Bauteils zu reduzieren. Es resultiert also ein gewichtsoptimiertes Bauteil, das gezielte Verstärkungen in den Bereichen hoher Belastungen aufweist. Gleichzeitig nehmen duktilere Bereiche des Bauteils im Crash die Energie über eine größere Distanz auf und verringern die Belastung für die Passagiere. Areas of different thicknesses have the advantage that individual areas of the final sheet metal part (see below) can be specifically reinforced or given a higher ductility. In this way, it is possible to make those parts that are subject to particular stress (for example during a crash) more stable, while other parts are made thinner to reduce the weight of the component. The result is a weight-optimized component that has targeted reinforcements in the areas of high stress. At the same time, more ductile areas of the component absorb the energy over a greater distance in the event of a crash and reduce the stress on the passengers.
In den beiden Verfahren wird für die verschiedenen Glühparameter (tl, TI, t2, T2, ...) eine Fallunterscheidung getroffen je nachdem, ob die Dicke der Stahlblechzuschnitte größer als 1,5 mm oder kleiner gleich 1,5 mm ist. Bei den hier beschriebenen Stahlblechzuschnitten mit unterschiedlicher Dicke kann es vorkommen, dass alle Bereiche eine Dicke größer als 1,5 mm aufweisen oder alle Bereiche eine Dicke kleiner gleich 1,5 mm aufweisen. In diesen Fällen sind die jeweiligen Parametersätze zu verwenden. Es kann jedoch auch der Fall auftreten, dass es Bereiche mit einer Dicke kleiner gleich 1,5 mm gibt und gleichzeitig Bereiche mit einer Dicke größer 1,5 mm. In diesem Fall werden die Parameter bevorzugt so eingestellt, dass beide Sätze von Relationen erfüllt sind, d. h. so dass In the two processes, a distinction is made for the various annealing parameters (tl, TI, t2, T2, ...) depending on whether the thickness of the steel sheet blanks is greater than 1.5 mm or less than or equal to 1.5 mm. For the steel sheet blanks with different thicknesses described here, it may happen that all areas have a thickness greater than 1.5 mm or all areas have a thickness less than or equal to 1.5 mm. In these cases, the respective parameter sets must be used. However, it may also be the case that there are areas with a thickness less than or equal to 1.5 mm and at the same time areas with a thickness greater than 1.5 mm. In this case, the parameters are preferably set so that both sets of relations are fulfilled, i.e. so that
45s < tl < 580s und 700 °C < Tl < 850 °C 45s < tl < 580s and 700 °C < Tl < 850 °C
30s < t2 < 90s und 930 °C < T2 < 980 °C 30s < t2 < 90s and 930 °C < T2 < 980 °C
60s < t3 < 700s und 700 °C < T3 < 880 °C 30s < t4 < 180s und 930 °C < T4 < 980 °C 0s < t5 < 45s und 700 °C < T5 < T4 und gleichzeitig 60s < t3 < 700s and 700 °C < T3 < 880 °C 30s < t4 < 180s and 930 °C < T4 < 980 °C 0s < t5 < 45s and 700 °C < T5 < T4 and simultaneously
60s < tl < 640s und 710 °C < Tl < 840 °C 60s < tl < 640s and 710 °C < Tl < 840 °C
30s < t2 < 90s und 940 °C < T2 < 980 °C 30s < t2 < 90s and 940 °C < T2 < 980 °C
60s < t3 < 760s und 720 °C < T3 < 900 °C 60s < t3 < 760s and 720 °C < T3 < 900 °C
30s < t4 < 200s und 940 °C < T4 < 980 °C 30s < t4 < 200s and 940 °C < T4 < 980 °C
0s < t5 < 60s und 700 °C < T5 < T4 erfüllt ist. Entsprechendes gilt für die jeweils bevorzugten Bereiche dieser Parameter.
Durch Einhalten beider Sätze von Relationen wird erreicht, dass sowohl die dünnen Bereiche kleiner gleich 1,5 mm als auch die dickeren Bereiche größer 1,5mm eine optimale Glühbehandlung erfahren. 0s < t5 < 60s and 700 °C < T5 < T4 are met. The same applies to the preferred ranges of these parameters. By adhering to both sets of relations, it is ensured that both the thin areas less than or equal to 1.5 mm and the thicker areas greater than 1.5 mm receive optimal annealing treatment.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In the following, the invention is explained in more detail using exemplary embodiments.
Zum Nachweis der Wirkung der Erfindung wurden mehrere Versuche durchgeführt. Dafür wurden in an sich bekannter Weise entsprechende Stahlbleche hergestellt, indem Brammen mit den in Tabelle 1 angegebenen Zusammensetzungen mit einer Dicke von 200 - 280 mm und Breite von 1000 - 1200 mm erzeugt wurden. Diese wurden in einem Stoßofen auf eine Temperatur zwischen 1250 °C und 1300 °C aufgeheizt und zwischen 30 und 450 min aufgehalten, bis die Temperatur im Kern der Brammen erreicht war und die Brammen somit durcherwärmt waren. Die Brammen wurden mit ihrer Durcherwärmungstemperatur aus dem Stoßofen ausgetragen und einem Warmwalzen unterzogen. Die Versuche wurden als kontinuierliche Warmbandwalzung ausgeführt. Dazu wurden die Brammen zunächst zu einem Zwischenprodukt der Dicke 40 mm vorgewalzt, wobei die Zwischenprodukte, welche bei der Warmbandwalzung auch als Vorbänder bezeichnet werden können, am Ende der Vorwalzphase jeweils eine Zwischenprodukttemperatur im Bereich von 1050 °C bis 1150 °C aufwiesen. Die Vorbänder wurden unmittelbar nach der Vorwalzung dem Fertigwalzen zugeführt, so dass die Zwischenprodukttemperatur der Walzanfangstemperatur für die Fertigwalzphase entspricht. Die Vorbänder wurden zu Warmbänder mit einer Enddicke im Bereich von 3 - 7 mm und Endwalztemperaturen im Bereich von 800 °C bis 950 °C ausgewalzt, auf eine Haspeltemperatur im Bereich von 550 °C bis 660 °C abgekühlt und bei der Haspeltemperatur zu Coils aufgewickelt und dann in ruhender Luft abgekühlt. Die Warmbänder wurden anschließend in konventioneller Weise mittels Beizen entzundert, bevor sie einem Kaltwalzen unterzogen wurden. Die kaltgewalzten Stahlflachprodukte wurden in einem Durchlaufglühofen auf eine Glühtemperatur zwischen 650 °C und 850 °C erwärmt und für jeweils 100 s auf Glühtemperatur gehalten, bevor sie mit einer Abkühlrate von 1 K/s auf eine Eintauchtemperatur im Bereich von 650° C bis 800 °C abgekühlt wurden. Die Kaltbänder wurden mit ihrer jeweiligen Eintauchtemperatur durch ein schmelzflüssiges Beschichtungsbad der Temperatur im Bereich von 650 °C bis 730 °C geführt. Die Zusammensetzung des Beschichtungsbads ist in Tabelle 2 angegebenen. Nach dem Beschichten wurden die beschichteten Bänder auf konventionelle Weise abgeblasen, wodurch Auflagen mit unterschiedlichen Schichtdicken erzeugt wurden (siehe Tabelle 2). Anschließend wurden die Bänder in konventioneller Weise abgekühlt.
Von den so erzeugten Stahlbändern sind jeweils Zuschnitte abgeteilt worden, die für die weiteren Versuche verwendet worden sind. Bei diesen Versuchen sind aus den jeweiligen Zuschnitten Blechformteil-Proben 1 bis 46 in Form von profilförmigen Bauteilen (Hutprofile) mit einer Platinenfläche von ca. 200 x 400 mm warmpressgeformt worden. In der Tabelle 3 ist zu jedem Versuch die Dicke des Stahlflachproduktes, die verwendete Stahlsorte gemäß Tabelle 1 und die verwendete Beschichtung gemäß Tabelle 2 angegeben worden. Bei den Versuchen sind die Zuschnitte in einem Rollenherdofen mit fünf separat regelbaren Zonen erwärmt worden. Dabei wurden die fünf Zonen des Ofens so eingestellt, dass die Zuschnitte, die in Tabelle 3 angegebenen Heizzonen durchlaufen haben. Hierzu wurden selbstverständlich gegebenenfalls mehrere Zonen des Ofens auf die gleiche Temperatur geregelt, um eine entsprechend längere Heizzone darzustellen. Beispielsweise wurden für den Versuch 1 alle Zonen des Ofens auf die gleiche Temperatur geregelt. Die Gesamtdauer im Ofen, die ein Erwärmen und eine Halten umfasst, ist mit toten bezeichnet. In Tabelle 3 ist für jeden Versuch angegeben, welche Zeitdauer der Zuschnitt in welcher Zone erwärmt wurde. Leere Zellen in Tabelle 3 sind dabei so zu verstehen, dass die jeweilige Heizzone nicht vorhanden war. Bei den nicht erfindungsgemäßen Vergleichsversuchen weist die Beispielnummer in Tabelle 3 ein vorangestelltes „V“ auf. Der Taupunkt der Ofenatmosphäre betrug in allen Fällen -5 °C. Anschließend sind die Zuschnitte aus der Erwärmungseinrichtung entnommen und in ein Umformwerkzeug, welches auf Raumtemperatur gekühlt wurde, eingelegt worden. Die sich aus der für das Entnehmen aus der Erwärmungseinrichtung, den Transport zum Werkzeug und das Einlegen ins Werkzeug zusammensetzende TransferdauertTrans lag bei etwa 10s. Die Temperatur TEinig der Zuschnitte beim Einlegen in das Umformwerkzeug lag in allen Fällen oberhalb der jeweiligen Martensitstarttemperatur +100 °C. Im Umformwerkzeug sind die Zuschnitte zum jeweiligen Blechformteil umgeformt worden, wobei die Blechformteile im Werkzeug mit einer Abkühlgeschwindigkeit von etwa 50 K/s auf eine Zieltemperatur TZiei von unter 200°C abgekühlt wurden. Die Verweildauer im Werkzeug betrug etwa 6 bis 10s. Abschließend sind die Proben an Luft auf Raumtemperatur abgekühlt worden. Several tests were carried out to demonstrate the effect of the invention. For this purpose, corresponding steel sheets were produced in a conventional manner by producing slabs with the compositions given in Table 1 with a thickness of 200 - 280 mm and a width of 1000 - 1200 mm. These were heated in a pusher furnace to a temperature between 1250 °C and 1300 °C and kept for between 30 and 450 minutes until the temperature in the core of the slabs was reached and the slabs were thus heated through. The slabs were discharged from the pusher furnace at their heating through temperature and subjected to hot rolling. The tests were carried out as continuous hot strip rolling. For this purpose, the slabs were first pre-rolled to an intermediate product with a thickness of 40 mm, whereby the intermediate products, which can also be referred to as pre-strips in hot strip rolling, each had an intermediate product temperature in the range of 1050 °C to 1150 °C at the end of the pre-rolling phase. The pre-strips were fed to the finish rolling immediately after pre-rolling so that the intermediate product temperature corresponds to the initial rolling temperature for the finish rolling phase. The pre-strips were rolled out to hot strips with a final thickness in the range of 3 - 7 mm and final rolling temperatures in the range of 800 °C to 950 °C, cooled to a coiling temperature in the range of 550 °C to 660 °C and wound into coils at the coiling temperature and then cooled in still air. The hot strips were then descaled in the conventional way by pickling before being subjected to cold rolling. The cold-rolled flat steel products were heated in a continuous annealing furnace to an annealing temperature between 650 °C and 850 °C and held at annealing temperature for 100 s each before being cooled at a cooling rate of 1 K/s to an immersion temperature in the range of 650 °C to 800 °C. The cold strips were passed through a molten coating bath with a temperature in the range of 650 °C to 730 °C at their respective immersion temperatures. The composition of the coating bath is given in Table 2. After coating, the coated strips were blown off in a conventional manner, producing coatings with different layer thicknesses (see Table 2). The strips were then cooled in a conventional manner. Blanks were cut from the steel strips produced in this way and used for further tests. In these tests, sheet metal part samples 1 to 46 in the form of profile-shaped components (hat profiles) with a blank surface of approx. 200 x 400 mm were hot-pressed from the respective blanks. Table 3 shows the thickness of the flat steel product, the type of steel used according to Table 1 and the coating used according to Table 2 for each test. In the tests, the blanks were heated in a roller hearth furnace with five separately controllable zones. The five zones of the furnace were set so that the blanks passed through the heating zones specified in Table 3. For this purpose, of course, several zones of the furnace were set to the same temperature where necessary in order to represent a correspondingly longer heating zone. For example, for test 1, all zones of the furnace were set to the same temperature. The total time in the furnace, which includes heating and holding, is designated as dead. Table 3 shows for each test how long the blank was heated in which zone. Empty cells in Table 3 mean that the respective heating zone was not present. For the comparative tests not according to the invention, the example number in Table 3 is preceded by a "V". The dew point of the furnace atmosphere was -5 °C in all cases. The blanks were then removed from the heating device and placed in a forming tool which had been cooled to room temperature. The transfer time T rans, which consists of the removal from the heating device, transport to the tool and placement in the tool, was around 10 s. The temperature T E inig of the blanks when placed in the forming tool was in all cases above the respective martensite start temperature +100 °C. The blanks were formed into the respective sheet metal parts in the forming tool, whereby the sheet metal parts were cooled in the tool at a cooling rate of about 50 K/s to a target temperature T Z iei of less than 200°C. The dwell time in the tool was about 6 to 10 s. Finally, the samples were cooled in air to room temperature.
Die so hergestellten Stahlblechformteile wurden anschließend auf ihre Verarbeitbarkeit geprüft. Hierzu wurde an den Blechformteilen die Schweißbarkeit nach SEP 1220-2 überprüft. Die Ergebnisse dazu sind in Tabelle 3 eingetragen. Bei ausreichender Schweißbarkeit ist das Beispiel mit „i.O.“ (in Ordnung) gekennzeichnet, sonst mit „n.i.O.“ (nicht in Ordnung). Deutlich ist zu erkennen, dass längere Zeiten in der ersten und dritten Zone eher unproblematisch sind, da diese Zonen eine niedrigere Temperatur aufweisen. Dagegen sollten die Stahlblechzuschnitte in der zweiten und vierten Zone nicht zu lange gelagert werden, da dies die Schweißbarkeit deutlich verschlechtert. Dies liegt in der Dicke der Legierungsschicht begründet. Diese wurde an Querschliffen der
erzeugten Blechformteile ermittelt und ist ebenfalls in Tabelle 3 angegeben. Bis zu einer Dicke der Legierungsschicht von 15 pm ist die Schweißbarkeit gewährleistet, während bei Dicken oberhalb von 15 pm keine Schweißbarkeit mehr vorliegt.
The sheet steel parts produced in this way were then tested for their processability. The weldability of the sheet metal parts was tested in accordance with SEP 1220-2. The results are shown in Table 3. If the weldability is sufficient, the example is marked with "OK" (OK), otherwise with "NOK" (NOT OK). It is clear that longer periods in the first and third zones are not problematic, as these zones have a lower temperature. On the other hand, the sheet steel blanks should not be stored for too long in the second and fourth zones, as this significantly impairs weldability. This is due to the thickness of the alloy layer. This was measured on cross sections of the produced sheet metal parts and is also given in Table 3. Weldability is guaranteed up to an alloy layer thickness of 15 pm, while weldability is no longer possible for thicknesses above 15 pm.
Rest Eisen und unvermeidbare Verunreinigungen. Angaben jeweils in Gew.-%Remainder iron and unavoidable impurities. Values in % by weight
Claims
1. Verfahren zum Herstellen eines Stahlblechformteils umfassend folgende Arbeitsschritte: a) Bereitstellen eines Stahlblechzuschnitts mit einer Dicke d von mindestens 0,7 mm und maximal 3,5 mm umfassend ein Stahlsubstrat, das aus einem Stahl, der 0,04 - 0,45 Gew.-% C, 0,1 - 3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist, besteht, und wobei der Stahlblechzuschnitt auf mindestens einer Seite einen Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis aufweist; b) Erwärmen des Stahlblechzuschnitts in einem Ofen, i. wobei der Stahlblechzuschnitt im Ofen durchläuft: 1. Method for producing a sheet steel molded part comprising the following steps: a) providing a sheet steel blank with a thickness d of at least 0.7 mm and a maximum of 3.5 mm comprising a steel substrate consisting of a steel having 0.04 - 0.45 wt.% C, 0.1 - 3 wt.% Mn and optionally up to 0.01 wt.% B, and wherein the sheet steel blank has an aluminum-based anti-corrosion coating on at least one side; b) heating the sheet steel blank in an oven, i. wherein the sheet steel blank passes through the oven:
1. optional in einer ersten Zeitspanne tl eine erste Heizzone mit einer ersten Temperatur TI 1. optionally in a first time period tl a first heating zone with a first temperature TI
2. optional in einer zweiten Zeitspanne t2 eine zweite Heizzone mit einer zweiten Temperatur T2 2. optionally in a second time period t2 a second heating zone with a second temperature T2
3. in einer dritten Zeitspanne t3 eine dritte Heizzone mit einer dritten Temperatur T33. in a third time period t3 a third heating zone with a third temperature T3
4. in einer vierten Zeitspanne t4 eine vierte Heizzone mit einer vierten Temperatur T4 4. in a fourth time period t4 a fourth heating zone with a fourth temperature T4
5. optional in einer fünften Zeitspanne t5 eine fünfte Heizzone mit einer fünften Temperatur T5 ii. wobei für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d < 1,5mm die folgenden Parameter eingestellt werden: 5. optionally in a fifth time period t5 a fifth heating zone with a fifth temperature T5 ii. whereby for steel sheet blanks with a thickness d < 1.5 mm the following parameters are set:
45s < tl < 580s und 700°C < Tl < 850°C 45s < tl < 580s and 700°C < Tl < 850°C
30s < t2 < 90s und 930°C < T2 < 980°C 30s < t2 < 90s and 930°C < T2 < 980°C
60s < t3 < 700s und 700°C < T3 < 880°C 60s < t3 < 700s and 700°C < T3 < 880°C
30s < t4 < 180s und 930°C < T4 < 980°C 30s < t4 < 180s and 930°C < T4 < 980°C
Os < t5 < 45s und 700°C < T5 < T4 iii. und für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d >1,5 mm folgenden Parameter eingestellt werden: Os < t5 < 45s and 700°C < T5 < T4 iii. and for steel sheet blanks with a thickness d >1.5 mm the following parameters are set:
60s < tl < 640s und 710°C < Tl < 840°C 60s < tl < 640s and 710°C < Tl < 840°C
30s < t2 < 90s und 940°C < T2 < 980°C 30s < t2 < 90s and 940°C < T2 < 980°C
60s < t3 < 760s und 720°C < T3 < 900°C
30s < t4 < 200s und 940°C < T4 < 980°C 60s < t3 < 760s and 720°C < T3 < 900°C 30s < t4 < 200s and 940°C < T4 < 980°C
Os < t5 < 60s und 700°C < T5 < T4. c) Einlegen des erwärmten Blechzuschnitts in ein Umformwerkzeug, wobei die für das Entnehmen aus dem Ofen und das Einlegen des Zuschnitts benötigte Transferdauer t-Frans höchstens 20 s, bevorzugt höchstens 15 s, beträgt; d) Warmpressformen des Blechzuschnitts zu dem Blechformteil, wobei der Zuschnitt im Zuge des Warmpressformens über eine Dauer twz von mehr als 1 s mit einer zumindest teilweise mehr als Tl K/s betragenden Abkühlgeschwindigkeit rwz auf die Zieltemperatur TZiei abgekühlt und optional dort gehalten wird; e) Entnehmen des auf Zieltemperatur abgekühlten Blechformteils aus dem Werkzeug. Os < t5 < 60s and 700°C < T5 < T4. c) Inserting the heated sheet metal blank into a forming tool, wherein the transfer time t-Frans required for removing the blank from the furnace and inserting the blank is at most 20 s, preferably at most 15 s; d) hot press forming the sheet metal blank to form the sheet metal part, wherein the blank is cooled during the hot press forming over a period t wz of more than 1 s at a cooling rate r wz which is at least partially more than Tl K/s to the target temperature T Ziei and is optionally held there; e) removing the sheet metal part cooled to the target temperature from the tool.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d < 1,5mm die folgenden Parameter eingestellt werden: 2. Method according to claim 1, wherein for steel sheet blanks with a thickness d < 1.5mm the following parameters are set:
90s < tl < 150s und 770°C < Tl < 800°C 90s < tl < 150s and 770°C < Tl < 800°C
45s < t2 < 70s und 940°C < T2 < 960°C 45s < t2 < 70s and 940°C < T2 < 960°C
60s < t3 < 180s und 800°C < T3 < 860°C 60s < t3 < 180s and 800°C < T3 < 860°C
50s < t4 < 70s und 940°C < T4 < 960°C 50s < t4 < 70s and 940°C < T4 < 960°C
15s < t5 < 20s und 830°C < T5 < T4-80°C und für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d >1,5 mm die folgenden Parameter eingestellt werden: 15s < t5 < 20s and 830°C < T5 < T4-80°C and for sheet steel blanks with a thickness d >1.5 mm the following parameters must be set:
120s < tl < 180s und 760°C < Tl < 800°C 120s < tl < 180s and 760°C < Tl < 800°C
60s < t2 < 80s und 950°C < T2 < 970°C 60s < t2 < 80s and 950°C < T2 < 970°C
60s < t3 < 180s und 800°C < T3 < 860°C 60s < t3 < 180s and 800°C < T3 < 860°C
50s < t4 < 90s und 950°C < T4 < 970°C 50s < t4 < 90s and 950°C < T4 < 970°C
20s < t5 < 30s und 830°C < T5 < T4-80°C. 20s < t5 < 30s and 830°C < T5 < T4-80°C.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei in Schritt b) der Stahlblechzuschnitt zumindest teilweise die AC3 Temperatur des Stahlblechzuschnitts überschreitet und die Temperatur TEinig des Stahlblechzuschnitts beim Einlegen in das Umformwerkzeug (Arbeitsschritt c)) zumindest teilweise oberhalb von Ms+100°C liegt, wobei Ms die der Martensitstarttemperatur bezeichnet.
3. Method according to one of claims 1 to 2, wherein in step b) the steel sheet blank at least partially exceeds the AC3 temperature of the steel sheet blank and the temperature T Einig of the steel sheet blank when inserted into the forming tool (working step c)) is at least partially above Ms+100°C, where Ms denotes the martensite start temperature.
4. Verfahren einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zumindest teilweise im Stahlblechzuschnitt erreichte Temperatur in Schritt b) zwischen AC3 und 1OOO °C, bevorzugt zwischen 850 °C und 950 °C liegt. 4. Process according to one of claims 1 to 3, wherein the temperature at least partially reached in the steel sheet blank in step b) is between AC3 and 1OOO °C, preferably between 850 °C and 950 °C.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Zieltemperatur TZiei des Blechformteils zumindest teilweise unterhalb 400 °C, bevorzugt unterhalb 300°C liegt. 5. Method according to one of claims 1 to 4, wherein the target temperature T Ziei of the sheet metal part is at least partially below 400 °C, preferably below 300 °C.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Stahl neben Eisen und unvermeidbaren Verunreinigungen (in Gew.-%) aus 6. Process according to one of claims 1 to 5, characterized in that the steel, in addition to iron and unavoidable impurities (in % by weight), consists of
C: 0,04 - 0,45 Gew.-%, Si: 0,02 - 1,2 Gew.-%, Mn: 0,5 - 2,6 Gew.-%, AI: 0,02 - 1,0 Gew.-%, P: < 0,05 Gew.-%, S: < 0,02 Gew.-%, N: < 0,02 Gew.-%, Sn: < 0,03 Gew.-%, As: < 0,01 Gew.-%, Ca: < 0,01 Gew.-%, sowie optional einem oder mehreren der Elemente „Cr, B, Mo, Ni, Cu, Nb, Ti, V“ in folgenden Gehalten C: 0.04 - 0.45 wt.%, Si: 0.02 - 1.2 wt.%, Mn: 0.5 - 2.6 wt.%, Al: 0.02 - 1.0 wt.%, P: < 0.05 wt.%, S: < 0.02 wt.%, N: < 0.02 wt.%, Sn: < 0.03 wt.%, As: < 0.01 wt.%, Ca: < 0.01 wt.%, and optionally one or more of the elements “Cr, B, Mo, Ni, Cu, Nb, Ti, V” in the following contents
Cr: 0,08 - 1,0 Gew. -%, B: 0,001 - 0,005Gew.-% Mo: <0,5 Gew.-% Cr: 0.08 - 1.0 wt.%, B: 0.001 - 0.005 wt.% Mo: <0.5 wt.%
Ni: <0,5 Gew.-% Ni: <0.5 wt%
Cu: <0,2 Gew.-% Cu: <0.2 wt.%
Nb: 0,02 - 0,08 Gew.-%, Ti: 0,01 - 0,08 Gew. -% V: <0,1 Gew.-%
besteht. Nb: 0.02 - 0.08 wt.%, Ti: 0.01 - 0.08 wt.% V: <0.1 wt.% consists.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Korrosionsschutzüberzug eine Legierungsschicht und eine Al-Basisschicht aufweist. 7. A method according to any one of claims 1 to 6, wherein the anti-corrosive coating comprises an alloy layer and an Al base layer.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Legierungsschicht aus 25 - 50 Gew.-% Fe, 5-20 Gew.-% Si, optionalen weiteren Bestandteilen deren Gehalt in Summe auf höchstens 5,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium. 8. Process according to claim 7, characterized in that the alloy layer consists of 25-50 wt.% Fe, 5-20 wt.% Si, optional further components whose total content is limited to a maximum of 5.0 wt.%, and the remainder aluminum.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Al-Basisschicht aus bis zu 15 Gew.-% Si, optional 2 - 4 Gew.-% Fe, optional bis zu 5,0 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetallen, optional bis zu 15 Gew.-% Zn und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest aus Aluminium besteht. 9. Method according to one of claims 7 to 8, characterized in that the Al base layer consists of up to 15 wt.% Si, optionally 2 - 4 wt.% Fe, optionally up to 5.0 wt.% alkali or alkaline earth metals, optionally up to 15 wt.% Zn and optionally further components, the contents of which are limited in total to a maximum of 2.0 wt.%, and the remainder of aluminum.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Al-Basisschicht aus 0,4 - 3,5 Gew.-% Si, optional 2 - 4 Gew.-% Fe, optional bis zu 5,0 Gew.-% Alkali- oder Erdalkalimetalle, optional bis zu 15 % Zn und optionalen weiteren Bestandteilen, deren Gehalte in Summe auf höchstens 2,0 Gew.-% beschränkt sind, und als Rest Aluminium besteht. 10. The method according to claim 9, characterized in that the Al base layer consists of 0.4 - 3.5 wt.% Si, optionally 2 - 4 wt.% Fe, optionally up to 5.0 wt.% alkali or alkaline earth metals, optionally up to 15% Zn and optionally further components, the total contents of which are limited to a maximum of 2.0 wt.%, and the remainder aluminum.
11. Verfahren zur Reduzierung von Ausschuss bei einem Verfahren zum Herstellen eines Stahlblechformteils, insbesondere eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Verfahren zum Herstellen eines Stahlblechformteils die folgenden Schritte umfasst: a) Bereitstellen eines Stahlblechzuschnitts mit einer Dicke d von mindestens 0,7 mm und maximal 3,5 mm umfassend ein Stahlsubstrat, das aus einem Stahl, der 0,04 - 0,45 Gew.-% C, 0,1 - 3 Gew.-% Mn und optional bis zu 0,01 Gew.-% B aufweist, besteht, und wobei der Stahlblechzuschnitt auf mindestens einer Seite einen Korrosionsschutzüberzug auf Aluminium-Basis aufweist; b) Erwärmen des Stahlblechzuschnitts in einem Ofen, i. wobei der Stahlblechzuschnitt im Ofen durchläuft:
11. A method for reducing waste in a method for producing a sheet steel molded part, in particular a method according to one of claims 1 to 10, wherein the method for producing a sheet steel molded part comprises the following steps: a) providing a sheet steel blank with a thickness d of at least 0.7 mm and a maximum of 3.5 mm comprising a steel substrate consisting of a steel which has 0.04 - 0.45 wt.% C, 0.1 - 3 wt.% Mn and optionally up to 0.01 wt.% B, and wherein the sheet steel blank has an aluminum-based anti-corrosion coating on at least one side; b) heating the sheet steel blank in a furnace, i. wherein the sheet steel blank passes through in the furnace:
1. optional in einer ersten Zeitspanne tl eine erste Heizzone mit einer ersten Temperatur TI 1. optionally in a first time period tl a first heating zone with a first temperature TI
2. optional in einer zweiten Zeitspanne t2 eine zweite Heizzone mit einer zweiten Temperatur T2, wobei T2>T1 2. optionally in a second time period t2 a second heating zone with a second temperature T2, where T2>T1
3. in einer dritten Zeitspanne t3 eine dritte Heizzone mit einer dritten Temperatur T3, wobei optional T3<T2 3. in a third time period t3, a third heating zone with a third temperature T3, where optionally T3<T2
4. in einer vierten Zeitspanne t4 eine vierte Heizzone mit einer vierten Temperatur T4, wobei T4>T3 gilt 4. in a fourth time period t4, a fourth heating zone with a fourth temperature T4, where T4>T3 applies
5. optional in einer fünften Zeitspanne t5 eine fünfte Heizzone mit einer fünften Temperatur, wobei T5<T4 c) Einlegen des erwärmten Blechzuschnitts in ein Umformwerkzeug, wobei die für das Entnehmen aus dem Ofen und das Einlegen des Zuschnitts benötigte Transferdauer t-Frans höchstens 20 s, bevorzugt höchstens 15 s, beträgt; d) Warmpressformen des Blechzuschnitts zu dem Blechformteil, wobei der Zuschnitt im Zuge des Warmpressformens über eine Dauer tWz von mehr als 1 s mit einer zumindest teilweise mehr als Tl K/s betragenden Abkühlgeschwindigkeit rWz auf die Zieltemperatur TZiei abgekühlt und optional dort gehalten wird; e) Entnehmen des auf Zieltemperatur abgekühlten Blechformteils aus dem Werkzeug dadurch gekennzeichnet, dass i. für jede Heizzone eine maximale Zeitdauer festgelegt wird, die ein Stahlblechzuschnitt aufgrund einer Unterbrechung des Durchlaufs zusätzlich in dieser Heizzone gelagert werden kann; ii. bei einer Unterbrechung des Durchlaufs des Stahlblechzuschnitts durch den Ofen ermittelt wird, in welcher Heizzone der Stahlblechzuschnitt während der Dauer der Unterbrechung gelagert ist; iii. nach der Unterbrechung für den Stahlblechzuschnitt überprüft wird, ob die zusätzliche Zeitdauer, die der Stahlblechzuschnitt aufgrund der Unterbrechung in der Heizzone gelagert war, die maximale Zeitdauer für diese Heizzone überschreitet. 5. optionally in a fifth time period t5, a fifth heating zone with a fifth temperature, where T5<T4 c) placing the heated sheet metal blank in a forming tool, the transfer time t-Frans required for removing the blank from the furnace and inserting the blank being at most 20 s, preferably at most 15 s; d) hot press forming the sheet metal blank to form the sheet metal part, the blank being cooled to the target temperature T Ziei over a period t W z of more than 1 s at a cooling rate r W z which is at least partially more than Tl K/s and optionally being held there during the hot press forming; e) removing the sheet metal part cooled to the target temperature from the tool, characterized in that i. for each heating zone, a maximum period of time is specified for which a sheet steel blank can additionally be stored in this heating zone due to an interruption in the throughput; ii. if the passage of the steel sheet blank through the furnace is interrupted, it is determined in which heating zone the steel sheet blank is stored during the duration of the interruption; iii. after the interruption of the steel sheet blank, it is checked whether the additional period of time that the steel sheet blank was stored in the heating zone due to the interruption exceeds the maximum period of time for this heating zone.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass
die maximale Zeitdauer der dritten Heizzone größer ist als die maximale Zeitdauer der vierten Heizzone und/oder die maximale Zeitdauer der ersten Heizzone größer ist als die maximale Zeitdauer der zweiten Heizzone und/oder die maximale Zeitdauer der dritten Heizzone größer ist als die maximale Zeitdauer der zweiten Heizzone und/oder die maximale Zeitdauer der fünften Heizzone größer ist als die maximale Zeitdauer der vierten Heizzone. 12. Method according to claim 11, characterized in that the maximum duration of the third heating zone is greater than the maximum duration of the fourth heating zone and/or the maximum duration of the first heating zone is greater than the maximum duration of the second heating zone and/or the maximum duration of the third heating zone is greater than the maximum duration of the second heating zone and/or the maximum duration of the fifth heating zone is greater than the maximum duration of the fourth heating zone.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d < 1,5mm die folgenden Parameter eingestellt werden: 13. Method according to one of claims 11 to 12, characterized in that for steel sheet blanks with a thickness d < 1.5 mm, the following parameters are set:
45s < tl < 580s und 700°C < Tl < 850°C 45s < tl < 580s and 700°C < Tl < 850°C
30s < t2 < 90s und 930°C < T2 < 980°C 30s < t2 < 90s and 930°C < T2 < 980°C
60s < t3 < 700s und 700°C < T3 < 880°C 60s < t3 < 700s and 700°C < T3 < 880°C
30s < t4 < 180s und 930°C < T4 < 980°C 30s < t4 < 180s and 930°C < T4 < 980°C
Os < t5 < 45s und 700°C < T5 < T4 und für Stahlblechzuschnitte mit einer Dicke d >1,5 mm folgenden Parameter eingestellt werden: Os < t5 < 45s and 700°C < T5 < T4 and for steel sheet blanks with a thickness d >1.5 mm the following parameters must be set:
60s < tl < 640s und 710°C < Tl < 840°C 60s < tl < 640s and 710°C < Tl < 840°C
30s < t2 < 90s und 940°C < T2 < 980°C 30s < t2 < 90s and 940°C < T2 < 980°C
60s < t3 < 760s und 720°C < T3 < 900°C 60s < t3 < 760s and 720°C < T3 < 900°C
30s < t4 < 200s und 940°C < T4 < 980°C 30s < t4 < 200s and 940°C < T4 < 980°C
Os < t5 < 60s und 700°C < T5 < T4.
Os < t5 < 60s and 700°C < T5 < T4.
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