ES2989905T3 - Procedure for the production of a steel construction part with a coating from a flat steel product - Google Patents
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Abstract
La presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de un componente de acero mediante la conformación en caliente de un plano de acero recubierto con un revestimiento anticorrosión a base de aluminio, a un componente de acero fabricado a partir de un plano de acero recubierto con un revestimiento anticorrosión a base de aluminio mediante la conformación en caliente y a un plano de acero para la fabricación de un componente de acero de este tipo. El procedimiento comprende al menos las siguientes etapas: a) proporcionar un plano de acero recubierto con un revestimiento anticorrosión a base de aluminio; b) calentar el plano de acero recubierto en un horno de conformación en caliente cuya atmósfera del horno contiene al menos un 16 % en volumen de oxígeno y tiene un punto de rocío de -20 °C a +15 °C; c) opcionalmente mantener el plano de acero recubierto en el horno de conformación en caliente; d) transportar el plano de acero calentado desde el horno de calentamiento hasta una matriz de conformación y colocar el plano de acero en la matriz de conformación; e) conformar y enfriar simultáneamente el plano de acero en la matriz de conformación. El componente de acero obtenido después de la conformación presenta, sobre la superficie del recubrimiento anticorrosión, una capa de óxido de aluminio con un espesor medio de al menos 50 nm, estando presentes sobre la capa de óxido de aluminio no más de 10 varillas de AlN por 1000 μm2 . (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)The present invention relates to a method for manufacturing a steel component by hot forming a steel flat coated with an aluminium-based anti-corrosion coating, to a steel component manufactured from a steel flat coated with an aluminium-based anti-corrosion coating by hot forming and to a steel flat for manufacturing such a steel component. The method comprises at least the following steps: a) providing a steel flat coated with an aluminium-based anti-corrosion coating; b) heating the coated steel flat in a hot forming furnace whose furnace atmosphere contains at least 16% by volume of oxygen and has a dew point of -20°C to +15°C; c) optionally maintaining the coated steel flat in the hot forming furnace; d) transporting the heated steel flat from the heating furnace to a forming die and placing the steel flat in the forming die; e) simultaneously forming and cooling the steel blank in the forming die. The steel component obtained after forming has, on the surface of the anti-corrosion coating, an aluminium oxide layer with an average thickness of at least 50 nm, with no more than 10 AlN rods per 1000 μm2 being present on the aluminium oxide layer. (Automatic translation with Google Translate, without legal value)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Procedimiento para la producción de una pieza constructiva de acero dotada de un recubrimiento a partir de un producto plano de acero Procedure for the production of a steel construction part with a coating from a flat steel product
La invención se refiere a un procedimiento para la producción de una pieza constructiva de acero mediante conformación en caliente de un producto plano de acero revestido con un recubrimiento anticorrosivo a base de aluminio. Además, la invención se refiere a una pieza constructiva de acero generada mediante conformación en caliente de un producto plano de acero revestido con un recubrimiento anticorrosivo a base de aluminio así como a un producto plano de acero para la producción de una pieza constructiva de acero de este tipo. The invention relates to a method for producing a steel component by hot forming a flat steel product coated with an aluminium-based anticorrosive coating. Furthermore, the invention relates to a steel component produced by hot forming a flat steel product coated with an aluminium-based anticorrosive coating and to a flat steel product for producing such a steel component.
Los materiales con una buena estabilidad frente a la corrosión son necesarios para aplicaciones en la automoción o para otras aplicaciones industriales. Para ello son adecuados entre otras cosas productos que están constituidos por acero, que están dotados de un recubrimiento protector contra la corrosión. Dichos recubrimientos están constituidos por ejemplo por aluminio o aleaciones de aluminio o por zinc o aleaciones de zinc y protegen el sustrato de acero situado debajo frente a la corrosión, por un lado, debido a su efecto como barrera mecánica y, por otro, debido a su efecto protector catódico. Materials with good corrosion resistance are required for automotive and other industrial applications. Products made of steel that are provided with a corrosion protection coating are suitable for this purpose. Such coatings consist, for example, of aluminium or aluminium alloys or zinc or zinc alloys and protect the underlying steel substrate from corrosion, on the one hand, due to their mechanical barrier effect and, on the other, due to their cathodic protection effect.
Cuando se habla en cuestión de productos planos de acero, ha de entenderse por esto, por ejemplo, una banda de acero o una chapa de acero o un recorte generado de una chapa de acero, como por ejemplo una pletina. Por pletina se entienden tablas de chapa que presentan por regla general suelen tener contornos más complejos que las bandas de acero o chapas de acero de las que proceden. When we talk about flat steel products, this is understood to mean, for example, a steel strip or a steel sheet or a cut-out made from a steel sheet, such as a flat bar. A flat bar is understood to mean sheet metal boards that generally have more complex contours than the steel strips or steel sheets from which they are derived.
Cuando se habla en cuestión de un producto plano de acero revestido con un recubrimiento anticorrosivo a base de aluminio, entonces se trata de un producto plano de acero revestido al menos por un lado con un recubrimiento anticorrosivo a base de aluminio. Por lo tanto, un producto plano de acero revestido está constituido según esto por un sustrato de acero, que puede ser, por ejemplo, una banda de acero o una chapa de acero o un recorte generado a partir de una chapa de acero, como por ejemplo una pletina, y un recubrimiento anticorrosivo presente al menos en un lado del sustrato de acero. When we speak of a flat steel product coated with an aluminium-based anti-corrosion coating, we are referring to a flat steel product coated at least on one side with an aluminium-based anti-corrosion coating. A coated flat steel product thus consists of a steel substrate, which can be, for example, a steel strip or a steel sheet or a blank produced from a steel sheet, such as a flat bar, and an anti-corrosion coating present on at least one side of the steel substrate.
Durante la conformación en caliente, los productos planos de acero se calientan y se enfrían en un molde. En principio, se distinguen dos tipos de conformación en caliente. En la denominada conformación en caliente directa, el producto plano de acero que va a conformarse se calienta en primer lugar y se coloca en una herramienta de conformación inmediatamente después del calentamiento, en la que se conforma y se enfría al mismo tiempo. En la conformación en caliente indirecta, el producto plano de acero que va a conformarse se conforma en primer lugar en frío en una primera herramienta de conformación, luego se calienta y, tras el calentamiento, se enfría en una segunda herramienta de moldeo, en la que sin embargo se conforma solo poco o ya nada en absoluto. En comparación con la conformación en caliente directa, la conformación en caliente indirecta ofrece la ventaja de un menor desgaste de la herramienta cuando se utilizan productos planos de acero sin revestimiento. La cascarilla que se forma en los productos planos de acero no revestidos durante el calentamiento roza las superficies de la herramienta de conformación, que debido a ello se desgasta más rápidamente. La formación de cascarilla y, por tanto, el desgaste de la herramienta pueden reducirse mediante revestimiento del producto plano de acero con un recubrimiento anticorrosivo. During hot forming, flat steel products are heated and cooled in a mould. In principle, two types of hot forming are distinguished. In so-called direct hot forming, the flat steel product to be formed is first heated and immediately after heating is placed in a forming tool, in which it is simultaneously formed and cooled. In indirect hot forming, the flat steel product to be formed is first cold formed in a first forming tool, then heated and, after heating, cooled in a second forming tool, in which, however, it is only slightly or not at all formed. Compared to direct hot forming, indirect hot forming offers the advantage of lower tool wear when using uncoated flat steel products. The scale that forms on uncoated flat steel products during heating rubs against the surfaces of the forming tool, which therefore wears out more quickly. Scale formation and thus tool wear can be reduced by coating the flat steel product with an anti-corrosion coating.
Por el documento WO 2008/053273 A1 se conoce un procedimiento para la producción de una pieza constructiva de acero dotada de un recubrimiento anticorrosivo a base de aluminio. A este respecto se calienta la pletina que va a conformarse, revestida con aluminio o una aleación de aluminio, con una velocidad de 4 a 12 °C/s, se mantiene a temperaturas de 880 - 940 °C durante 3 a 13 minutos, a continuación se transfiere a una herramienta de conformación, se conforma y se enfría con una velocidad de al menos 30 °C/s. Tras la conformación, el revestimiento de la pieza constructiva presenta una estructura multicapa con una capa de interdifusión, una capa intermedia, una capa intermetálica y una capa superficial. La capa de interdifusión está constituida por del 86-95 % de Fe, del 4-10 % de Al y hasta el 5 % de Si. La capa intermedia está constituida por del 39-47 % de Fe, del 53-61 % de Al y hasta el 2 % de Si. La capa intermetálica está constituida por del 62-67 % de Fe, del 30-34 % de Al y del 2-6 % de Si. La capa superficial está constituida por del 39-47 % de Fe, del 53-61 % de Al y hasta el 2 % de Si. La pieza constructiva presentará una buena soldabilidad y estabilidad frente a grietas. WO 2008/053273 A1 discloses a method for producing a steel component with an aluminium-based anticorrosive coating. The aluminium or aluminium alloy-coated sheet metal to be formed is heated at a rate of 4 to 12 °C/s, held at a temperature of 880 - 940 °C for 3 to 13 minutes, then transferred to a forming tool, formed and cooled at a rate of at least 30 °C/s. After forming, the coating on the component has a multilayer structure with an interdiffusion layer, an intermediate layer, an intermetallic layer and a surface layer. The interdiffusion layer consists of 86-95% Fe, 4-10% Al and up to 5% Si. The intermediate layer consists of 39-47% Fe, 53-61% Al and up to 2% Si. The intermetallic layer consists of 62-67% Fe, 30-34% Al and 2-6% Si. The surface layer consists of 39-47% Fe, 53-61% Al and up to 2% Si. The construction part will have good weldability and crack stability.
Sin embargo, incluso cuando se utilizan productos planos de acero revestidos, el desgaste de las herramientas sigue siendo un problema que aumenta los costes de mantenimiento y reparación. Esto se aplica en particular a la conformación de productos planos de acero que están dotados de una capa anticorrosiva a base de aluminio. However, even when using coated flat steel products, tool wear remains a problem that increases maintenance and repair costs. This applies in particular to the forming of flat steel products that are provided with an aluminium-based anti-corrosion coating.
Además del estado de la técnica descrito anteriormente, por el documento EP 2993 248 A1 se conoce un producto plano de acero para un moldeado por presión en caliente, que está constituido por un sustrato de acero que se genera a partir de un acero que presenta del 0,1 - 3 % en peso de Mn y hasta el 0,01 % en peso de B y tiene un recubrimiento protector a base de Al aplicado sobre el sustrato de acero, que contiene opcionalmente en total hasta el 20 % en peso de otros elementos de aleación. Dado que el recubrimiento protector contiene en total del 0,005 - 0,7 % en peso al menos de un metal alcalinotérreo o de transición como parte constituyente de aleación adicional, debe minimizarse la absorción de hidrógeno durante el calentamiento necesario para una conformación en caliente. Para el moldeado por presión en caliente, el producto plano de acero revestido de ese modo se somete a recocido en una atmósfera estándar, que por definición contiene un 20,9 % de oxígeno en volumen. In addition to the prior art described above, a flat steel product for hot-press forming is known from EP 2993 248 A1, which consists of a steel substrate produced from a steel containing 0.1-3% by weight of Mn and up to 0.01% by weight of B and has an Al-based protective coating applied to the steel substrate, which optionally contains a total of up to 20% by weight of other alloying elements. Since the protective coating contains a total of 0.005-0.7% by weight of at least one alkaline earth or transition metal as an additional alloying component, the absorption of hydrogen during the heating required for hot forming should be minimized. For hot-press forming, the thus coated steel flat product is annealed in a standard atmosphere, which by definition contains 20.9% by volume of oxygen.
Por último, por el documento EP 1 767 286 A1 se conoce un procedimiento para la producción de una pieza constructiva de acero mediante moldeado por compresión en caliente de chapa de acero laminada en caliente o laminada en frío, que está dotada de un revestimiento protector a base de Al o a base de Zn y presenta una resistencia de al menos 1200 MPa después del moldeado. Con este procedimiento conocido también debe contrarrestarse la fragilidad por hidrógeno. La chapa de acero, cuyo sustrato de acero presenta del 0,05 % en peso al 0,5 % en peso de carbono, se calienta a una temperatura de recocido antes del prensado, que está limitada en sentido descendente por la temperatura Ac3 del acero del sustrato de acero y en sentido ascendente por 1100 °C. El calentamiento tiene lugar en una atmósfera del horno cuya concentración de hidrógeno asciende como máximo al 6 % en volumen y su punto de rocío asciende como máximo a 10 °C. Al procesar productos planos de acero revestidos de aluminio, el contenido de oxígeno de la atmósfera del horno se ajusta simultáneamente en cada caso a al menos el 21 % en volumen o como máximo el 1 % en volumen. Finally, EP 1 767 286 A1 discloses a method for producing a steel component by hot compression moulding from hot-rolled or cold-rolled steel sheet, which is provided with a protective coating based on Al or Zn and has a strength of at least 1200 MPa after forming. This known method also requires that hydrogen embrittlement be counteracted. The steel sheet, the steel substrate of which contains 0.05% to 0.5% by weight of carbon, is heated to an annealing temperature prior to pressing, which is limited downwards by the Ac3 temperature of the steel substrate and upwards by 1100 °C. Heating takes place in a furnace atmosphere with a hydrogen concentration of no more than 6% by volume and a dew point of no more than 10 °C. When processing aluminium-clad flat steel products, the oxygen content of the furnace atmosphere is simultaneously adjusted in each case to at least 21% by volume or at most 1% by volume.
La invención se basa en el objetivo de facilitar un procedimiento que minimice el desgaste de una herramienta de conformación en la conformación en caliente directa para la producción de una pieza constructiva de acero dotada de un recubrimiento anticorrosivo a base de aluminio, que presente una idoneidad optimizada para el lacado, la adhesión y la soldadura. The invention is based on the objective of providing a method that minimises the wear of a forming tool in direct hot forming for the production of a steel construction part provided with an aluminium-based anti-corrosion coating, which has optimised suitability for painting, bonding and welding.
Con respecto al procedimiento se soluciona este objetivo mediante un procedimiento con las características indicadas en la reivindicación 1. Configuraciones ventajosas y preferentes del procedimiento de acuerdo con la invención están indicadas en las reivindicaciones dependientes de la reivindicación 1. With regard to the method, this objective is solved by a method with the characteristics indicated in claim 1. Advantageous and preferred configurations of the method according to the invention are indicated in the claims dependent on claim 1.
Un procedimiento de acuerdo con la invención para la producción de una pieza constructiva de acero dotada de un recubrimiento anticorrosivo a base de aluminio comprende al menos las siguientes etapas de procedimiento: A process according to the invention for producing a steel component provided with an aluminium-based anticorrosive coating comprises at least the following process steps:
a) facilitar un producto plano de acero dotado de un recubrimiento anticorrosivo a base de aluminio; a) to provide a flat steel product with an aluminium-based anti-corrosion coating;
b) calentar el producto plano de acero revestido en un horno de conformación en caliente, cuya atmósfera del horno contiene del 16 % en volumen al 20 % en volumen de oxígeno y presenta un punto de rocío de -20 °C a 15 °C; b) heating the coated steel flat product in a hot forming furnace, the furnace atmosphere of which contains 16% by volume to 20% by volume of oxygen and has a dew point of -20 °C to 15 °C;
c) sujetar opcionalmente el producto plano de acero revestido en el horno de conformación en caliente; c) optionally clamping the coated steel flat product in the hot forming furnace;
d) transportar el producto plano de acero calentado desde el horno de calentamiento hasta una herramienta de conformación y colocar el producto plano de acero en la herramienta de conformación; d) transporting the heated flat steel product from the heating furnace to a forming tool and placing the flat steel product into the forming tool;
e) conformar y enfriar de manera simultánea el producto plano de acero en la herramienta de conformación. e) simultaneously forming and cooling the flat steel product in the forming tool.
En un procedimiento de acuerdo con la invención, se facilita un producto plano de acero en la etapa de procedimiento a), que está dotado de un recubrimiento anticorrosivo a base de aluminio. En el caso del acero usado para el sustrato de acero del producto plano de acero se trata preferentemente de un acero que está constituido por del 0,1 - 0,4 % en peso de C, preferentemente del 0,15 - 0,3 % en peso de C, de manera especialmente preferente del 0,19 - 0,25 % en peso de C, del 0,5 - 3,0 % en peso de Mn, preferentemente del 0,9 -1 ,6 % en peso de Mn, del 0,05 - 0,5 % en peso de Si, preferentemente del 0,15 - 0,4 % en peso de Si, del 0,01 - 0,2 % en peso de AI, preferentemente del 0,01 - 0,1 % en peso de AI, del 0,005 - 1,0 % en peso de Cr, preferentemente del 0,1 - 0,4 % en peso de Cr, del 0,0005 - 0,01 % en peso de B, del 0,001 - 0,2 % en peso de V, preferentemente del 0,001 - 0,010 % en peso de V, de manera especialmente preferente del 0,002 - 0,006 % en peso de V, del 0,001 - 0,1 % en peso de Ti, del 0,001 - 0,1 % en peso de Nb, opcionalmente del 0,01 - 0,4 % en peso de Ni, opcionalmente del 0,01 - 0,8 % en peso de Cu, opcionalmente del 0,002 - 1,0 % en peso de Mo, opcionalmente del 0,001 -1 ,0 % en peso de W, hasta el 0,01 % en peso de N, y como resto por hierro e impurezas inevitables, en donde pueden atribuirse a las impurezas inevitables hasta el 0,1 % en peso de P y hasta el 0,05 % en peso de S. In a process according to the invention, a flat steel product is provided in process step a), which is provided with an aluminium-based anti-corrosion coating. The steel used for the steel substrate of the flat steel product is preferably a steel consisting of 0.1 - 0.4% by weight of C, preferably 0.15 - 0.3% by weight of C, particularly preferably 0.19 - 0.25% by weight of C, 0.5 - 3.0% by weight of Mn, preferably 0.9 - 1.6% by weight of Mn, 0.05 - 0.5% by weight of Si, preferably 0.15 - 0.4% by weight of Si, 0.01 - 0.2% by weight of Al, preferably 0.01 - 0.1% by weight of Al, 0.005 - 1.0% by weight of Cr, preferably 0.1 - 0.4% by weight of Cr, 0.0005 - 0.01% by weight of Al, of B, 0.001 - 0.2% by weight of V, preferably 0.001 - 0.010% by weight of V, particularly preferably 0.002 - 0.006% by weight of V, 0.001 - 0.1% by weight of Ti, 0.001 - 0.1% by weight of Nb, optionally 0.01 - 0.4% by weight of Ni, optionally 0.01 - 0.8% by weight of Cu, optionally 0.002 - 1.0% by weight of Mo, optionally 0.001 - 1.0% by weight of W, up to 0.01% by weight of N, and the remainder consisting of iron and unavoidable impurities, whereby the unavoidable impurities can account for up to 0.1% by weight of P and up to 0.05% by weight of S.
Normalmente, los sustratos de acero especialmente adecuados para la presente invención presentan un espesor de 0,4 a 3 mm. Typically, steel substrates particularly suitable for the present invention have a thickness of 0.4 to 3 mm.
Si se realizan en cuestión indicaciones con respecto a contenidos de aleaciones y composiciones de fases líquidas o sólidas, éstas se refieren al peso o a la masa, a menos que se indique expresamente lo contrario. Si se realizan en cuestión indicaciones con respecto a composiciones de la atmósfera, éstas se refieren al volumen, a menos que se indique expresamente lo contrario. Where statements are made concerning alloy contents and compositions of liquid or solid phases, these relate to weight or mass, unless otherwise expressly stated. Where statements are made concerning atmospheric compositions, these relate to volume, unless otherwise expressly stated.
El recubrimiento anticorrosivo presente sobre el sustrato de acero está constituido por aluminio puro o por una aleación de aluminio. Las aleaciones de aluminio adecuadas están constituidas a este respecto normalmente por del 3 -15 % en peso de Si, preferentemente del 7 -12 % en peso de Si, de manera especialmente preferente del 9 -10 % en peso de Si así como opcionalmente uno o más elementos seleccionados del grupo que está constituido por hierro, metales de transición distintos del hierro, metales alcalinotérreos o mezclas de los mismos, en los siguientes contenidos: del 2 - 3,5 % en peso de Fe, del 0,05 - 2 % en peso de metales de transición distintos del Fe, preferentemente del 0,1 - 0,5 % en peso de metales de transición distintos del Fe, de manera especialmente preferente del 0,15 - 0,4 % en peso de metales de transición distintos del Fe, del 0,05 - 2 % en peso de metales alcalinotérreos, preferentemente del 0,1 - 0,5%en peso de metales alcalinotérreos, de manera especialmente preferente del 0,15 - 0,4%en peso de metales alcalinotérreos, y como resto por aluminio e impurezas inevitables. En el caso de metales de transición se distingue en cuestión entre hierro y otros metales de transición, porque el hierro puede estar presente en mayores contenidos que otros metales de transición. El hierro, otros metales de transición y también los elementos del grupo de los metales alcalinotérreos dan lugar a una capa de óxido compacta, fina y opaca que reduce la penetración del hidrógeno difusible. A este respecto han resultado especialmente adecuados los siguientes metales alcalinotérreos o bien de transición: Mg, Ca, Sr, Ba, Zr y Ti. The anti-corrosion coating present on the steel substrate is made of pure aluminium or an aluminium alloy. Suitable aluminium alloys typically consist of 3-15% by weight of Si, preferably 7-12% by weight of Si, particularly preferably 9-10% by weight of Si and optionally one or more elements selected from the group consisting of iron, transition metals other than iron, alkaline earth metals or mixtures thereof, in the following contents: 2-3.5% by weight of Fe, 0.05-2% by weight of transition metals other than Fe, preferably 0.1-0.5% by weight of transition metals other than Fe, particularly preferably 0.15-0.4% by weight of transition metals other than Fe, 0.05-2% by weight of alkaline earth metals, preferably 0.1-0.5% by weight of alkaline earth metals ... 0.4% by weight of alkaline earth metals, with aluminium and unavoidable impurities as the remainder. In the case of transition metals, a distinction is made between iron and other transition metals, because iron may be present in higher amounts than other transition metals. Iron, other transition metals and also elements from the group of alkaline earth metals form a compact, thin and opaque oxide layer which reduces the penetration of diffusible hydrogen. The following alkaline earth or transition metals have proven to be particularly suitable in this respect: Mg, Ca, Sr, Ba, Zr and Ti.
El recubrimiento anticorrosivo puede aplicarse sobre el sustrato de acero de manera convencional, por ejemplo mediante un proceso de revestimiento por inmersión en fundido. También son concebibles otros métodos de aplicación que permitan aplicar una capa anticorrosiva. Un recubrimiento anticorrosivo adecuado tiene normalmente un espesor de como máximo 30 pm por lado, en particular un espesor de 10 a 30 pm por lado. The anti-corrosion coating can be applied to the steel substrate in a conventional manner, for example by means of a hot dip coating process. Other application methods are also conceivable which enable the application of an anti-corrosion layer. A suitable anti-corrosion coating normally has a thickness of at most 30 µm per side, in particular a thickness of 10 to 30 µm per side.
En la etapa de procedimiento b) se calienta el producto plano de acero revestido para la conformación en caliente, que se lleva a cabo en la etapa de procedimiento e). La invención se basa en el conocimiento de que el desgaste de la herramienta de conformación se ve influido por la composición de la atmósfera del horno de calentamiento. El horno de calentamiento también se designa como horno de conformación en caliente, porque en éste se calienta el sustrato de acero revestido antes del proceso de conformación en caliente y para el proceso de conformación en caliente. Un ejemplo preferido de un horno de conformación en caliente es un horno con solera de rodillos. A partir de una proporción de oxígeno del 6 % en volumen en la atmósfera del horno, se forma una capa de óxido de aluminio sobre el recubrimiento anticorrosivo a base de aluminio. En presencia de nitrógeno, se forman partículas de nitruro de aluminio (AIN) en forma de varillas o agujas en la superficie del producto plano de acero revestido, adicionalmente a la capa de óxido de aluminio. La AIN presenta en general una dureza muy elevada. La dureza de la AIN asciende normalmente a aproximadamente 1230 HV1. Si estas varillas o agujas de AIN crecen más allá de la capa de óxido de aluminio, dañan la superficie de la herramienta de conformación durante el proceso de conformación y originan un mayor desgaste de la herramienta de conformación. Puede observase un desgaste especialmente elevado en caso de proporciones de hasta el 13 % en volumen de oxígeno. El desgaste de la herramienta se reduce a medida que aumenta el contenido de oxígeno. In process step b), the coated steel flat product is heated for hot forming, which is carried out in process step e). The invention is based on the knowledge that the wear of the forming tool is influenced by the composition of the atmosphere of the heating furnace. The heating furnace is also referred to as a hot forming furnace, because the coated steel substrate is heated there before the hot forming process and for the hot forming process. A preferred example of a hot forming furnace is a roller hearth furnace. Starting from an oxygen content of 6% by volume in the furnace atmosphere, an aluminum oxide layer is formed on the aluminum-based anticorrosive coating. In the presence of nitrogen, rod- or needle-shaped aluminum nitride (AIN) particles are formed on the surface of the coated steel flat product in addition to the aluminum oxide layer. AIN generally has a very high hardness. The hardness of AIN is typically around 1230 HV1. If these AIN rods or needles grow beyond the aluminium oxide layer, they damage the surface of the forming tool during the forming process and cause increased wear of the forming tool. Particularly high wear can be observed at oxygen content of up to 13% by volume. Tool wear decreases as the oxygen content increases.
La invención se basa en el conocimiento de que a partir de contenidos de oxígeno en la atmósfera del horno de conformación en caliente de al menos el 16 % en volumen, la formación de las varillas de AIN está impedida de tal manera que se presentan significativamente menos varillas de AIN crecidas más allá de la capa de óxido de aluminio que con contenidos inferiores al 16 % en volumen de oxígeno. El calentamiento del producto plano de acero revestido en la etapa de procedimiento b) tiene lugar, por tanto, en un horno de conformación en caliente cuya atmósfera contiene al menos el 16 % en volumen, preferentemente al menos el 18 % en volumen, de manera especialmente preferente al menos el 19 % en volumen de oxígeno. The invention is based on the knowledge that at oxygen contents in the atmosphere of the hot forming furnace of at least 16% by volume, the formation of the AIN rods is impeded to such an extent that significantly fewer AIN rods are present grown beyond the aluminium oxide layer than at oxygen contents of less than 16% by volume. The heating of the coated steel flat product in process step b) therefore takes place in a hot forming furnace whose atmosphere contains at least 16% by volume, preferably at least 18% by volume, particularly preferably at least 19% by volume of oxygen.
En atmósferas con al menos el 16 % en volumen de oxígeno, se forman regularmente capas de óxido de aluminio con un espesor medio de 50 nm y más. Dado que el espesor de la capa de óxido de aluminio puede variar sobre la superficie que cubre la capa de óxido de aluminio, se entiende en cuestión por el espesor medio de la capa de óxido de aluminio el valor medio aritmético de al menos tres valores de espesor determinados en diferentes puntos de la capa de óxido de aluminio. Las capas de óxido de aluminio con un espesor medio de al menos 50 nm han demostrado ser favorables para reducir el desgaste de la herramienta. Se supone que las capas de óxido de aluminio con un espesor medio de al menos 50 nm tienen un efecto de nivelación. Esto significa que las varillas AIN no crecen más allá de este espesor de capa. Además, las capas de óxido de aluminio de al menos 50 nm de espesor medio, preferentemente al menos 100 nm de espesor medio, han demostrado ser beneficiosas para evitar el apelmazamiento de la herramienta sobre la pieza moldeada así como para reducir el rayado de la herramienta, ya que la capa de óxido de aluminio actúa como agente separador entre la herramienta de conformación y la superficie del producto plano de acero que va a conformarse y separa las partes constituyentes de fase líquida de la superficie de la herramienta en el caso de productos planos de acero insuficientemente recocidos. Los recubrimientos anticorrosivos a base de aluminio en los que se han formado capas de óxido de aluminio de al menos 50 nm de espesor medio contienen normalmente Fe(AI1-xSix), t1 Fe3(AI,Si)5, Fe2Al5 y Fe3(AI1-xSix). In atmospheres with at least 16% by volume of oxygen, aluminium oxide layers with an average thickness of 50 nm and more are regularly formed. Since the thickness of the aluminium oxide layer can vary over the surface covered by the aluminium oxide layer, the average thickness of the aluminium oxide layer is understood in question as the arithmetic mean value of at least three thickness values determined at different points in the aluminium oxide layer. Aluminium oxide layers with an average thickness of at least 50 nm have proven to be favourable for reducing tool wear. Aluminium oxide layers with an average thickness of at least 50 nm are assumed to have a levelling effect. This means that AIN rods do not grow beyond this layer thickness. Furthermore, aluminium oxide layers of at least 50 nm average thickness, preferably at least 100 nm average thickness, have proven to be beneficial in preventing tool caking on the moulded part as well as in reducing tool scratching, since the aluminium oxide layer acts as a separating agent between the forming tool and the surface of the steel flat product to be formed and separates the liquid phase constituent parts from the tool surface in the case of insufficiently annealed steel flat products. Aluminium-based anticorrosive coatings in which aluminium oxide layers of at least 50 nm average thickness have been formed typically contain Fe(AI1-xSix), t1 Fe3(AI,Si)5, Fe2Al5 and Fe3(AI1-xSix).
Las capas de óxido de aluminio opacas han demostrado ser especialmente eficaces para reducir el desgaste de la herramienta. Por capas de óxido de aluminio opacas se entiende en cuestión capas de óxido de aluminio que cubren completamente la superficie del recubrimiento anticorrosivo. Por el contrario, con contenidos de oxígeno inferiores al 16 % en volumen, se forman capas de óxido con un espesor medio inferior a 50 nm. Éstas no son opacas con frecuencia, lo que repercute negativamente en el desgaste de la herramienta. Opaque aluminium oxide layers have proven to be particularly effective in reducing tool wear. Opaque aluminium oxide layers are aluminium oxide layers that completely cover the surface of the anti-corrosion coating. In contrast, at oxygen contents below 16% by volume, oxide layers with an average thickness of less than 50 nm are formed. These are often not opaque, which has a negative impact on tool wear.
En principio, una atmósfera del horno de hasta el 100 % en volumen de oxígeno en volumen sería posible para reducir la formación de AIN. Sin embargo, el oxígeno puro es muy explosivo. Para mejorar la idoneidad para la soldadura y la idoneidad para el lacado y la adhesión, la proporción de oxígeno de la atmósfera del horno está limitada a como máximo el 20 % en volumen. In principle, a furnace atmosphere of up to 100% by volume oxygen would be possible to reduce the formation of AIN. However, pure oxygen is very explosive. To improve the suitability for welding and the suitability for painting and bonding, the oxygen content of the furnace atmosphere is limited to a maximum of 20% by volume.
En una realización preferida, la atmósfera del horno de conformación en caliente contiene al menos el 50 % en volumen de nitrógeno además de oxígeno para reducir la explosividad de la atmósfera del horno. De manera correspondiente a la proporción mínima de oxígeno de acuerdo con la invención, la proporción de nitrógeno en la atmósfera del horno asciende preferentemente a menos del 84 % en volumen, de manera especialmente preferente a menos del 82 % en volumen, de manera muy especialmente preferente a menos del 81 % en volumen. En esta realización preferida, es posible facilitar un procedimiento para la producción de una pieza constructiva de acero dotada de un recubrimiento de protección contra la corrosión a base de aluminio, en la que el desgaste de la herramienta de conformación puede minimizarse a pesar de la presencia de nitrógeno en la atmósfera del horno. In a preferred embodiment, the hot forming furnace atmosphere contains at least 50% by volume of nitrogen in addition to oxygen in order to reduce the explosiveness of the furnace atmosphere. In accordance with the minimum proportion of oxygen according to the invention, the proportion of nitrogen in the furnace atmosphere is preferably less than 84% by volume, particularly preferably less than 82% by volume, very particularly preferably less than 81% by volume. In this preferred embodiment, it is possible to provide a method for producing a steel component provided with an aluminium-based corrosion protection coating, in which the wear of the forming tool can be minimised despite the presence of nitrogen in the furnace atmosphere.
En otra realización preferida, la atmósfera del horno de conformación en caliente está constituida por al menos el 16 % en volumen de oxígeno, de manera especialmente preferente al menos el 18 % en volumen de oxígeno, de manera muy especialmente preferente al menos el 19 % en volumen de oxígeno, y como resto en cada caso por nitrógeno e impurezas inevitables. In another preferred embodiment, the atmosphere of the hot forming furnace consists of at least 16% by volume of oxygen, particularly preferably at least 18% by volume of oxygen, very particularly preferably at least 19% by volume of oxygen, and the remainder in each case of nitrogen and unavoidable impurities.
En otra realización preferida, uno o más gases nobles pueden añadirse también a la atmósfera del horno de conformación en caliente adicionalmente al oxígeno y nitrógeno en proporciones de hasta el 1,5 % en volumen, de modo que la atmósfera del horno de conformación en caliente esté constituida por al menos el 16 % en volumen de oxígeno, de manera especialmente preferente al menos el 18 % en volumen de oxígeno, de manera muy especialmente preferente al menos el 19 % en volumen de oxígeno, hasta el 1,5 % en volumen de uno o más gases nobles, y como resto en cada caso por nitrógeno e impurezas inevitables. In another preferred embodiment, one or more noble gases can also be added to the atmosphere of the hot forming furnace in addition to oxygen and nitrogen in proportions of up to 1.5% by volume, so that the atmosphere of the hot forming furnace consists of at least 16% by volume of oxygen, particularly preferably at least 18% by volume of oxygen, very particularly preferably at least 19% by volume of oxygen, up to 1.5% by volume of one or more noble gases, and in each case the remainder of nitrogen and unavoidable impurities.
En otra realización preferida, pueden añadirse uno o más gases nobles a la atmósfera del horno de conformación en caliente sin añadir proporciones apreciables de nitrógeno, de modo que la atmósfera del horno de conformación en caliente esté constituida por al menos el 16 % en volumen de oxígeno, de manera especialmente preferente al menos el 18 % en volumen de oxígeno, de manera muy especialmente preferente al menos el 19 % en volumen de oxígeno, y como resto en cada caso por gases nobles e impurezas inevitables. In another preferred embodiment, one or more noble gases can be added to the atmosphere of the hot forming furnace without adding appreciable proportions of nitrogen, so that the atmosphere of the hot forming furnace consists of at least 16% by volume of oxygen, particularly preferably at least 18% by volume of oxygen, very particularly preferably at least 19% by volume of oxygen, and the remainder in each case of noble gases and unavoidable impurities.
En todas las formas de realización, la atmósfera del horno puede estar contaminada con otros gases en proporciones de hasta el 1,1 % en volumen. Además, la atmósfera del horno de conformación en caliente también puede contener vapor de agua con un contenido de agua de 0,5 a 15 g/m3 In all embodiments, the furnace atmosphere may be contaminated with other gases in proportions of up to 1.1% by volume. In addition, the hot forming furnace atmosphere may also contain water vapour with a water content of 0.5 to 15 g/m3.
Por razones de seguridad, se prefieren atmósferas de horno cuya composición no sea explosiva ni nociva para la salud. For safety reasons, furnace atmospheres whose composition is neither explosive nor harmful to health are preferred.
Para garantizar proporciones de oxígeno de acuerdo con la invención en el horno de conformación en caliente, el punto de rocío<t>P de la atmósfera del horno se ajusta a valores entre -20 °C y 15 °C, preferentemente a valores entre -15 °C y 15 °C. Un punto de rocío inferior a -20 °C conduce a una reducción de la proporción de oxígeno en el horno de conformación en caliente, mientras que valores superiores a 15 °C pueden provocar un aumento de la absorción de hidrógeno. In order to ensure oxygen proportions according to the invention in the hot forming furnace, the dew point<t>P of the furnace atmosphere is set to values between -20 °C and 15 °C, preferably to values between -15 °C and 15 °C. A dew point below -20 °C leads to a reduction in the oxygen proportion in the hot forming furnace, while values above 15 °C can cause an increase in hydrogen absorption.
En una realización preferida, puede conseguirse una mayor reducción del desgaste de la herramienta, sin embargo también una mejora de la idoneidad para la soldadura así como de la idoneidad para el lacado y la adhesión si la relación de la proporción en volumen de nitrógeno, V(N2), con respecto a la proporción en volumen de oxígeno, V(O2), asciende a de 3,80 a 5,30 durante el calentamiento en la etapa b) en el horno de conformación en caliente: In a preferred embodiment, a further reduction in tool wear, but also an improvement in welding suitability as well as in painting and adhesion suitability can be achieved if the ratio of the volume proportion of nitrogen, V(N2), to the volume proportion of oxygen, V(O2), is 3.80 to 5.30 during heating in step b) in the hot forming furnace:
3,80 < V(N2) / V(O2) < 5,30 3.80 < V(N2) / V(O2) < 5.30
con V(N2) = volumen de nitrógeno en el horno de conformación en caliente en % en volumen, V(O2) = volumen de oxígeno en el horno de conformación en caliente en % en volumen. Las relaciones de nitrógeno con respecto a oxígeno de 4,0 a 5,2 han demostrado ser a este respecto especialmente eficaces. with V(N2) = volume of nitrogen in the hot forming furnace in vol. %, V(O2) = volume of oxygen in the hot forming furnace in vol. Nitrogen to oxygen ratios of 4.0 to 5.2 have proven to be particularly effective in this respect.
En otra realización preferida, el producto plano de acero se calienta a una temperatura T1 que asciende a entre 830 y 950 °C, preferentemente a entre 900 y 950 °C, en un horno de conformación en caliente con temperaturas de horno de entre 830 y 950 °C en la etapa de trabajo b). El calentamiento se realiza preferentemente en un horno continuo, de manera especialmente preferente en un horno con solera de rodillos. La temperatura del horno corresponde a este respecto a la temperatura a la que debe calentarse el producto plano de acero. Normalmente, el producto plano de acero se introduce en el horno de conformación en caliente a temperatura ambiente. Los tiempos de permanencia de 2 a 15 minutos para el producto plano de acero en el horno de conformación en caliente han demostrado ser especialmente favorables. In another preferred embodiment, the flat steel product is heated to a temperature T1 of between 830 and 950 °C, preferably between 900 and 950 °C, in a hot forming furnace with furnace temperatures of between 830 and 950 °C in working step b). Heating preferably takes place in a continuous furnace, particularly preferably in a roller hearth furnace. The furnace temperature corresponds in this respect to the temperature to which the flat steel product is to be heated. Typically, the flat steel product is introduced into the hot forming furnace at room temperature. Residence times of 2 to 15 minutes for the flat steel product in the hot forming furnace have proven to be particularly favourable.
Opcionalmente, el producto plano de acero puede mantenerse a esta temperatura en la etapa de trabajo c) en el horno de conformación en caliente tras alcanzar la temperatura T1. En este caso, el tiempo de permanencia del producto plano de acero en el horno de conformación en caliente asciende igualmente a de 2 a 15 minutos y comprende a este respecto el tiempo de calentamiento hasta la temperatura del horno, como también el tiempo para mantener opcionalmente el producto plano de acero a la temperatura del horno. La atmósfera del horno durante el mantenimiento es la misma que en la etapa de trabajo b) durante el calentamiento. Optionally, the flat steel product can be held at this temperature in the hot forming furnace in stage c) after reaching the temperature T1. In this case, the residence time of the flat steel product in the hot forming furnace is also 2 to 15 minutes and includes the time for heating up to the furnace temperature as well as the time for optionally holding the flat steel product at the furnace temperature. The furnace atmosphere during holding is the same as in stage b) during heating.
El producto plano de acero obtenido en la etapa de procedimiento b) después del calentamiento o dado el caso en la etapa de procedimiento c) después del mantenimiento opcional, dotado de un recubrimiento anticorrosivo presenta una capa de óxido de aluminio con un espesor medio de al menos 50 nm, preferentemente al menos 100 nm, sobre la superficie del recubrimiento anticorrosivo. Los espesores medios inferiores no suelen ser opacos, lo que repercute negativamente en el desgaste de la herramienta. En cuanto a la influencia del espesor de capa de óxido de aluminio en el desgaste de la herramienta, no existe un límite superior para el espesor medio de la capa de óxido de aluminio. Las capas de óxido de aluminio más finas, que presentan un espesor medio de como máximo 150 nm, han demostrado ser favorables para la generación selectiva de productos planos de acero con una idoneidad para la soldadura mejorada y una idoneidad para el lacado y la adhesión mejorada. The flat steel product obtained in process step b) after heating or, if appropriate, in process step c) after optional maintenance and provided with a corrosion-resistant coating has an aluminium oxide layer with an average thickness of at least 50 nm, preferably at least 100 nm, on the surface of the corrosion-resistant coating. Lower average thicknesses are usually not opaque, which has a negative effect on tool wear. As regards the influence of the aluminium oxide layer thickness on tool wear, there is no upper limit for the average thickness of the aluminium oxide layer. Thinner aluminium oxide layers with an average thickness of at most 150 nm have proven to be favourable for the targeted production of flat steel products with improved welding suitability and improved paintability and adhesion.
Las varillas de AIN pueden estar presentes en la capa de óxido de aluminio después del calentamiento o dado el caso después del mantenimiento opcional. Después del calentamiento o dado el caso después del mantenimiento opcional, están presentes como máximo 10 varillas de AIN por 1000 pm2 en la capa de óxido de aluminio presente sobre la superficie de un producto plano de acero de acuerdo con la invención. Un mayor número de varillas de AIN por 1000 pm2 repercute negativamente en los intervalos de revisión y limpieza dentro de una campaña de conformación. Por una campaña de conformación se entiende el conjunto de todas las pletinas a conformar en una secuencia bajo las mismas condiciones de conformación en caliente. Una campaña de conformación comprende normalmente hasta 1.500 pletinas. La conformación de una pletina en la herramienta de conformación también se denomina carrera. Mientras que con una densidad de 11 o más varillas AIN por 1000 pm2 de superficie, las herramientas de conformación en caliente deben revisarse y limpiarse después de que se haya aplicado del 40 - 60 % de la superficie de la pieza constructiva de una campaña de conformación, con una densidad de como máximo 10 varillas AIN por 1000 pm2 de superficie, las herramientas de conformación en caliente sólo deben revisarse y limpiarse por el contrario después de que se haya aplicado más del 60 % de la superficie de la pieza constructiva de una campaña de conformación, en particular después de que se haya aplicado del 70 - 80 % de la superficie de la pieza constructiva de una campaña de conformación. El desgaste de la herramienta puede reducirse aún más a la revisión y limpieza de las herramientas de conformación en caliente después de que se haya aplicado más del 80 % de la superficie de la pieza constructiva de una campaña de conformación si la densidad de las varillas de AIN por 1000 pm2 de superficie está limitada a como máximo 5. Se puede conseguir un desgaste especialmente bajo con una densidad de varillas de como máximo 2, en particular cero varillas AIN por 1000 pm2 de superficie. En este caso, sólo es necesario revisar y limpiar las herramientas de conformación en caliente después de que la superficie de la pieza constructiva se haya aplicado al 100 %. AIN rods may be present in the aluminium oxide layer after heating or, if appropriate, after optional maintenance. After heating or, if appropriate, after optional maintenance, a maximum of 10 AIN rods per 1000 pm2 are present in the aluminium oxide layer on the surface of a flat steel product according to the invention. A higher number of AIN rods per 1000 pm2 has a negative effect on the inspection and cleaning intervals within a forming campaign. A forming campaign is understood to mean the set of all the bars to be formed in a sequence under the same hot forming conditions. A forming campaign typically comprises up to 1,500 bars. The forming of a bar in the forming tool is also referred to as a stroke. While with a density of 11 or more AIN rods per 1000 pm2 of surface, hot forming tools must be checked and cleaned after 40 - 60 % of the component surface in a forming campaign has been applied, with a density of at most 10 AIN rods per 1000 pm2 of surface, hot forming tools must, on the other hand, only be checked and cleaned after more than 60 % of the component surface in a forming campaign has been applied, in particular after 70 - 80 % of the component surface in a forming campaign has been applied. Tool wear can be further reduced by checking and cleaning the hot forming tools after more than 80 % of the component surface has been coated in a forming campaign if the density of AIN rods per 1000 pm2 of surface is limited to a maximum of 5. Particularly low wear can be achieved with a rod density of a maximum of 2, in particular zero AIN rods per 1000 pm2 of surface. In this case, checking and cleaning the hot forming tools is only necessary after 100 % of the component surface has been coated.
En el presente caso, por el término "superficie de la pieza constructiva aplicada de una campaña de conformación" se refiere a la superficie de las pletinas que se han conformado en caliente en el molde en total dentro de una campaña de conformación. Para campañas de conformación con, por ejemplo, 1000 pletinas, esto significa que la revisión y la limpieza del molde con una densidad de 11 o más varillas de AIN por 1000 pm2 de superficie sólo es necesario después de 400-600 carreras, con como máximo 10 varillas de AIN por 1000 pm2 de superficie sólo después de más de 600, en particular después de 700-800 carreras, con como máximo 5 varillas de AIN por 1000 pm2 de superficie sólo después de más de 800 carreras y con como máximo 2 varillas de AIN por 1000 pm2 de superficie sólo después de finalizar la campaña de conformación. In the present case, the term "applied component surface of a forming campaign" refers to the surface of the bars that have been hot formed in the mould in total within a forming campaign. For forming campaigns with, for example, 1000 bars, this means that inspection and cleaning of the mould with a density of 11 or more AIN rods per 1000 pm2 of surface is only necessary after 400-600 strokes, with at most 10 AIN rods per 1000 pm2 of surface only after more than 600, in particular after 700-800 strokes, with at most 5 AIN rods per 1000 pm2 of surface only after more than 800 strokes and with at most 2 AIN rods per 1000 pm2 of surface only after the end of the forming campaign.
El producto plano de acero obtenido en la etapa de procedimiento b) después del calentamiento o dado el caso en la etapa de procedimiento c) después del mantenimiento opcional presenta un recubrimiento anticorrosivo, cuyo espesor asciende normalmente a de 30 a 130 g/m2 o a de 12 - 60 pm por lado. Por debajo de la capa de óxido de aluminio, el recubrimiento anticorrosivo contiene normalmente cuatro fases intermetálicas: Fe(Al1-xSix), t1 Fe3(AI,Si)5, Fe2Al5 y Fe3(AI1-xSix). The flat steel product obtained in process step b) after heating or, if applicable, in process step c) after optional maintenance has a corrosion protection coating, the thickness of which is typically 30 to 130 g/m2 or 12 - 60 µm per side. Beneath the aluminium oxide layer, the corrosion protection coating typically contains four intermetallic phases: Fe(Al1-xSix), t1 Fe3(AI,Si)5, Fe2Al5 and Fe3(AI1-xSix).
En una realización preferida, el desgaste de la herramienta puede reducirse aún más si las varillas de AIN crecen más allá de la capa de óxido de aluminio como máximo 6 pm, preferentemente como máximo 2 pm, es decir que sobresalen de la capa de óxido de aluminio como máximo 6 pm, preferentemente como máximo 2 pm, de manera especialmente preferente como máximo 1,0 pm. Si se producen varillas de AIN, entonces su altura h o la longitud a la que las varillas de AIN sobresalen de la capa de óxido de aluminio asciende normalmente a de 0,5 - 6 pm. La altura h de las varillas de AIN se refiere a este respecto a su longitud que sobresale de la capa de óxido de aluminio. A este respecto, se entiende por la altura de una varilla de AIN la vertical perpendicular de la punta de la varilla de AIN a la superficie de la capa de óxido de aluminio. In a preferred embodiment, tool wear can be further reduced if the AIN rods extend beyond the aluminum oxide layer by at most 6 µm, preferably by at most 2 µm, i.e. they protrude from the aluminum oxide layer by at most 6 µm, preferably by at most 2 µm, particularly preferably by at most 1.0 µm. If AIN rods are produced, their height h or the length to which the AIN rods protrude from the aluminum oxide layer is typically 0.5 - 6 µm. The height h of the AIN rods here refers to their length protruding from the aluminum oxide layer. The height of an AIN rod is understood here to be the perpendicular vertical line from the tip of the AIN rod to the surface of the aluminum oxide layer.
En otra realización preferida, las varillas de AIN presentan un diámetro D de como máximo 2 pm, preferentemente de como máximo 1,1 pm, lo que repercute igualmente de manera favorable sobre el desgaste de la herramienta. Normalmente, su diámetro asciende a de 1 - 2 pm. Por el diámetro de una varilla de AIN se entiende la anchura de la varilla de AIN que discurre a la mitad de la altura de la varilla de AIN y paralela a la superficie de la capa de óxido de aluminio. In another preferred embodiment, the AIN rods have a diameter D of at most 2 µm, preferably at most 1.1 µm, which also has a favourable effect on tool wear. Typically, their diameter is 1 - 2 µm. The diameter of an AIN rod is understood to mean the width of the AIN rod running halfway along the height of the AIN rod and parallel to the surface of the aluminium oxide layer.
Los efectos negativos sobre el desgaste de la herramienta pueden reducirse de manera especialmente eficaz si las varillas de AIN sobresalen de la capa de óxido de aluminio tras el calentamiento tanto como máximo 6 pm, preferentemente como máximo 2 pm, como también como máximo 2 pm de espesor. The negative effects on tool wear can be reduced particularly effectively if the AIN rods protrude from the aluminium oxide layer after heating by a maximum of 6 pm, preferably a maximum of 2 pm, and also a maximum of 2 pm in thickness.
El producto plano de acero obtenido en la etapa de procedimiento b) tras el calentamiento o dado el caso en la etapa de procedimiento c) tras el mantenimiento opcional, dotado de un recubrimiento anticorrosivo se transporta desde el horno de conformación en caliente hasta una herramienta de conformación en la etapa de procedimiento d) y se coloca en ésta. El transporte desde el horno de conformación en caliente hasta la herramienta de conformación y la colocación del producto plano de acero en la herramienta se realizan de manera conocida. A este respecto, los tiempos de transferencia de 3 a 15 s han demostrado ser especialmente favorables. Por el tiempo de transferencia se entiende en cuestión el intervalo de tiempo entre la descarga del horno y el cierre del molde. The flat steel product obtained in process step b) after heating or, if necessary, in process step c) after optional maintenance and provided with a corrosion-resistant coating is transported from the hot-forming furnace to a forming tool in process step d) and placed in the latter. The transport from the hot-forming furnace to the forming tool and the placement of the flat steel product in the tool are carried out in a known manner. Transfer times of 3 to 15 s have proven to be particularly favourable in this respect. The transfer time in question is understood to mean the time interval between discharge of the furnace and closing of the mould.
En la etapa de procedimiento e) se conforma el producto plano de acero para dar una pieza constructiva en la herramienta de conformación de manera convencional y a este respecto se enfría de manera simultánea. El enfriamiento se realiza igualmente de manera convencional. La conformación se realiza a este respecto preferentemente de manera inmediata después de colocar el producto plano de acero en el molde. Las velocidades de enfriamiento de 20 a 1000 K/s, preferentemente de 25 a 500 K/s, han demostrado ser especialmente favorables. Estas velocidades de enfriamiento han demostrado ser en particular adecuadas para un curado del producto plano de acero. In process step e), the flat steel product is formed into a component in the forming tool in a conventional manner and is cooled at the same time. Cooling is also carried out in a conventional manner. In this case, shaping is preferably carried out immediately after the flat steel product has been placed in the mould. Cooling rates of 20 to 1000 K/s, preferably 25 to 500 K/s, have proven to be particularly favourable. These cooling rates have proven to be particularly suitable for curing the flat steel product.
En una realización preferida, el procedimiento para la producción de una pieza constructiva de acero dotada de un recubrimiento anticorrosivo a base de aluminio está constituido únicamente por las etapas de procedimiento a) a e), es decir, no comprende ninguna otra etapa de procedimiento además de las etapas de procedimiento a) a e). In a preferred embodiment, the process for producing a steel component provided with an aluminium-based anti-corrosion coating consists solely of process steps a) to e), i.e. it does not comprise any further process steps in addition to process steps a) to e).
La pieza constructiva de acero obtenida mediante el procedimiento de acuerdo con la invención después de realizar la etapa de trabajo e) está dotada de un recubrimiento anticorrosivo a base de aluminio, en particular presenta un recubrimiento anticorrosivo a base de aluminio. Durante el calentamiento en la etapa de trabajo b) y dado el caso el mantenimiento opcional en la etapa de procedimiento c), los átomos de hierro pueden difundirse desde el sustrato de acero al recubrimiento anticorrosivo, lo que puede aumentar el espesor del recubrimiento anticorrosivo. Por lo tanto, el espesor del recubrimiento anticorrosivo de la pieza constructiva de acero después de la conformación en caliente asciende normalmente a de 30 a 130 g/m2 o a de 12 - 60 pm por lado. En la superficie del recubrimiento anticorrosivo, la pieza constructiva de acero presenta una capa de óxido de aluminio con un espesor medio de al menos 50 nm, preferentemente de al menos 100 nm. El espesor medio de la capa de óxido de aluminio asciende a este respecto a como máximo 150 nm. Por 1000 pm2 de superficie, sobresalen de la capa de óxido de aluminio como máximo 10, preferentemente como máximo 5, de manera especialmente preferente como máximo 2, y de manera muy especialmente preferente ninguna varilla de AIN. Con ello están presentes en la capa de óxido de aluminio en particular como máximo 10 varillas de AIN por 1000 pm2, preferentemente como máximo 5, de manera especialmente preferente como máximo 2, de manera muy especialmente preferente ninguna varilla de AIN. The steel component obtained by the method according to the invention after carrying out the working step e) is provided with an aluminium-based anti-corrosion coating, in particular it has an aluminium-based anti-corrosion coating. During heating in working step b) and, if necessary, optional maintenance in process step c), iron atoms can diffuse from the steel substrate into the anti-corrosion coating, which can increase the thickness of the anti-corrosion coating. The thickness of the anti-corrosion coating of the steel component after hot forming is therefore typically 30 to 130 g/m2 or 12 - 60 µm per side. On the surface of the anti-corrosion coating, the steel component has an aluminium oxide layer with an average thickness of at least 50 nm, preferably at least 100 nm. The average thickness of the aluminium oxide layer is at most 150 nm. Per 1000 pm2 of surface area, at most 10, preferably at most 5, particularly preferably at most 2, and most preferably no AIN rods protrude from the aluminium oxide layer. In particular, at most 10 AIN rods per 1000 pm2 are therefore present in the aluminium oxide layer, preferably at most 5, particularly preferably at most 2, and most preferably no AIN rods.
En otra realización preferida, las varillas de AIN que sobresalen de la capa de óxido de aluminio de la pieza constructiva de acero tienen una altura de como máximo 6 pm, preferentemente como máximo 2 pm, de manera especialmente preferente como máximo 1,0 pm y tienen un diámetro de como máximo 2 pm, preferiblemente de como máximo 1,1 pm. Por debajo de la capa de óxido de aluminio, el recubrimiento anticorrosivo presenta normalmente cuatro fases intermetálicas: Fe(AI1-xSix),<t>1 Fe3(AI,Si)5, Fe2Al5 y Fe3(AI1-xSix). In another preferred embodiment, the AIN rods protruding from the aluminium oxide layer of the steel component have a height of at most 6 µm, preferably at most 2 µm, particularly preferably at most 1.0 µm and have a diameter of at most 2 µm, preferably at most 1.1 µm. Beneath the aluminium oxide layer, the anti-corrosion coating typically has four intermetallic phases: Fe(AI1-xSix),<t>1 Fe3(AI,Si)5, Fe2Al5 and Fe3(AI1-xSix).
Una pieza constructiva de acero puede generarse mediante un procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7. A steel component can be produced by a method according to one of claims 1 to 7.
A continuación se explica en detalle la invención por medio de dibujos y ejemplos de realización. Muestran The invention is explained in detail below by means of drawings and exemplary embodiments. They show
Fig. 1: Representación esquemática del crecimiento de las varillas de AIN y de la capa de óxido de aluminio Fig. 1: Schematic representation of the growth of AIN rods and the aluminum oxide layer
Fig. 2: Representación esquemática de la capa de óxido de aluminio y de las varillas de AIN para explicar las abreviaturas utilizadas Fig. 2: Schematic representation of the aluminium oxide layer and the AIN rods to explain the abbreviations used
El crecimiento de las varillas de AIN se muestra esquemáticamente en la figura 1. Se ha aplicado un recubrimiento anticorrosivo 2 a base de aluminio sobre un sustrato de acero 1. En primer lugar, se forma una fina capa de óxido de aluminio 3 sobre el recubrimiento anticorrosivo 2 a base de aluminio (figura 1a)). La capa de óxido de aluminio es muy frágil. Cuando se calienta el producto plano de acero revestido, el recubrimiento anticorrosivo se expande por debajo de la capa de óxido de aluminio y se funde, al menos parcialmente. Mediante la expansión de volumen se agrieta la capa de óxido de aluminio 3 frágil en algunos sitios. En presencia de nitrógeno, los nitruros AIN pueden germinar en los huecos de la capa de óxido de aluminio 3, que inicialmente crecen hasta convertirse en pequeñas varillas de AIN 4 (figura 1 b)). Las varillas también pueden denominarse agujas de AIN debido a su forma alargada. Las varillas de AIN 4 presentan normalmente una sección transversal redonda con un diámetro D casi constante a lo largo de su longitud (figura 2). Las varillas de AIN siguen creciendo en longitud y anchura a medida que avanza el proceso de calentamiento, al tiempo que aumenta el espesor de la capa de óxido de aluminio (figura 1c) y figura 1d)). Al final del proceso de calentamiento, las varillas de AIN sobresalen de la capa de óxido de aluminio con una altura h (figura 2). The growth of the AIN rods is shown schematically in Figure 1. An aluminium-based anti-corrosion coating 2 has been applied to a steel substrate 1. First, a thin aluminium oxide layer 3 forms on the aluminium-based anti-corrosion coating 2 (Figure 1a)). The aluminium oxide layer is very brittle. When the coated flat steel product is heated, the anti-corrosion coating expands beneath the aluminium oxide layer and melts, at least partially. The volume expansion cracks the brittle aluminium oxide layer 3 in places. In the presence of nitrogen, AIN nitrides can germinate in the voids of the aluminium oxide layer 3, which initially grow into small AIN rods 4 (Figure 1 b)). The rods can also be called AIN needles due to their elongated shape. AIN 4 rods typically have a round cross section with an almost constant diameter D along their length (Figure 2). The AIN rods continue to grow in length and width as the heating process progresses, while the thickness of the aluminium oxide layer increases (Figure 1c) and Figure 1d)). At the end of the heating process, the AIN rods protrude from the aluminium oxide layer with a height h (Figure 2).
Para las pruebas se realizaron cuatro campañas de conformación con en cada caso 1.000 pletinas. Para ello, se facilitaron bandas de acero con las composiciones indicadas en la Tabla 1 y se revistieron por ambos lados de manera convencional por medio de revestimiento por inmersión en fundido con recubrimientos anticorrosivos a base de aluminio con las composiciones indicadas en la Tabla 2. A partir de las bandas de acero revestidas se troquelaron pletinas en cada caso de manera convencional y se introdujeron en un horno con solera de rodillos para calentarlas. Las pletinas se trataron térmicamente con las condiciones indicadas en la Tabla 3. For the tests, four forming campaigns were carried out with 1,000 flat bars in each case. For this purpose, steel strips with the compositions indicated in Table 1 were provided and coated on both sides in a conventional manner by means of hot dip coating with aluminium-based anticorrosive coatings with the compositions indicated in Table 2. Flat bars were punched from the coated steel strips in each case in a conventional manner and were placed in a roller-hearth furnace for heating. The flat bars were heat-treated under the conditions indicated in Table 3.
Las pletinas se sometieron a tratamiento térmico en hornos de conformación en caliente con atmósferas de horno con contenidos de oxígeno del 15 al 20 % en volumen y puntos de rocío de -15 °C a 10 °C. En principio, las atmósferas de horno pueden ajustarse de varias maneras. Una posibilidad consiste en dejar que el horno de conformación en caliente se enfríe antes de introducir la atmósfera del horno de acuerdo con la invención, lo que normalmente puede tardar hasta 20 h, y calentarlo de nuevo después de haber introducido la atmósfera del horno. Otra posibilidad consiste en introducir la atmósfera del horno de acuerdo con la invención en un horno de conformación en caliente templado, lo que puede tener un efecto favorable en la reducción del tiempo de calentamiento. Otra posibilidad, que contribuye a reducir aún más los tiempos de calentamiento, consiste en calentar la atmósfera del horno de acuerdo con la invención antes de introducirla en el horno de conformación en caliente. En los ensayos 1 a 4, las atmósferas de horno se ajustaron en cada caso debido a que se habían introducido los gases respectivos en el horno a través de un tubo de gas. The flats were subjected to heat treatment in hot forming furnaces with furnace atmospheres with oxygen contents of 15 to 20% by volume and dew points of -15 °C to 10 °C. In principle, the furnace atmospheres can be adjusted in various ways. One possibility is to allow the hot forming furnace to cool down before introducing the furnace atmosphere according to the invention, which can typically take up to 20 h, and to heat it up again after having introduced the furnace atmosphere. Another possibility is to introduce the furnace atmosphere according to the invention into a tempered hot forming furnace, which can have a favourable effect on reducing the heating time. Another possibility, which contributes to further reducing the heating times, is to heat the furnace atmosphere according to the invention before introducing it into the hot forming furnace. In tests 1 to 4, the furnace atmospheres were adjusted in each case because the respective gases had been introduced into the furnace via a gas pipe.
Las pletinas de en cada caso 1,5 mm de espesor se calentaron hasta temperaturas de producto plano de acero T1 de 925 °C (ensayo 1), 910 °C (ensayos 2, 4) y 930 °C (ensayo 3). Los tiempos de permanencia t de las pletinas en el horno de conformación en caliente, que comprenden el tiempo desde el calentamiento hasta la salida del horno, ascendían a entre 4 y 6 minutos. Las pletinas calentadas se retiraron en cada caso del horno de conformación en caliente, se tomaron muestras y una parte de las pletinas se colocó en una prensa para la conformación en el intervalo de 3 a 10 s, se conformaron para dar una pieza constructiva y a continuación se volvieron a tomar muestras. Se produjeron varias pletinas para cada condición de ensayo hasta que el desgaste de la herramienta hizo necesario una interrupción para la limpieza y dado el caso el mantenimiento de la herramienta. Para cada ensayo, se tomaron muestras de una pletina o de una pieza constructiva conformada antes y después de la conformación en cada caso al principio, después de 250 carreras y después de 500 carreras. El muestreo de las pletinas conformadas se llevó a cabo en zonas planas de las piezas constructivas, en las que las pletinas no se sometieron a ninguna conformación o sólo a una baja conformación. The 1.5 mm thick strips were heated to T1 flat product temperatures of 925 °C (test 1), 910 °C (tests 2, 4) and 930 °C (test 3). The residence times t of the strips in the hot forming furnace, which include the time from heating to exiting the furnace, were between 4 and 6 minutes. The heated strips were removed from the hot forming furnace in each case, samples were taken and a portion of the strips were placed in a forming press within the range of 3 to 10 s, shaped into a component and then sampled again. Several strips were produced for each test condition until tool wear made it necessary to stop the test for cleaning and, if necessary, tool maintenance. For each test, samples were taken from a formed plate or component before and after forming, in each case at the beginning, after 250 strokes and after 500 strokes. Sampling of the formed plates was carried out in flat areas of the components, where the plates were not subjected to any forming or only to a slight degree of forming.
El número por área, el diámetro y la altura de las varillas de AIN se determinaron en un microscopio electrónico de barrido con un aumento de V = 2000x en cada caso en 3 rectificados planos por pletina con un tamaño de en cada caso 10*15 mm2. Se midieron en cada caso 3 superficies de 100 mm2 de tamaño y los valores determinados se promediaron aritméticamente. El espesor de la capa de óxido se determinó en 3 muestras por pletina mediante espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS). Las muestras se desengrasaron con n-heptano, se aclararon con propanol y se soplaron con aire. Las muestras se fijaron en cada caso sobre un portamuestras, se introdujeron en la cámara de medición del espectroscopio de fotoelectrones de rayos X y se analizaron en alto vacío. La presión del recipiente ascendía a < 5 * Í07 kPa (5*108 mbar). Se utilizó argón como gas de bombardeo. La radiación se excitó como Al K a con una tensión de bombardeo de 2 o 4 kV. En cada muestra se realizó al menos una medición del espesor de la capa de óxido de aluminio. Los resultados de las mediciones de espesor de todas las muestras de una pletina se promediaron aritméticamente en cada caso y se denominan en cuestión espesor medio de la capa de óxido de aluminio o espesor medio. Se determinó una altura para cada varilla de AIN. Para las varillas de AIN inclinadas hacia la superficie, la perpendicular vertical de la punta de la varilla de AIN a la superficie se midió como la altura h. Se midió en cada caso un valor de anchura a la mitad de la altura de cada varilla de AIN, que se denomina diámetro de la varilla de AIN. Para las varillas de AIN inclinadas hacia la superficie, la anchura se midió a lo largo de una sección que discurre en paralelo a la superficie. The area number, diameter and height of the AIN rods were determined using a scanning electron microscope at a magnification of V = 2000x in each case on 3 flat grindings per plate with a size of 10*15 mm2 in each case. In each case, 3 surfaces of 100 mm2 in size were measured and the determined values were arithmetically averaged. The thickness of the oxide layer was determined on 3 samples per plate by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The samples were degreased with n-heptane, rinsed with propanol and blown with air. The samples were each fixed on a sample holder, introduced into the measuring chamber of the X-ray photoelectron spectroscope and analysed under high vacuum. The vessel pressure was < 5 * Í07 kPa (5*108 mbar). Argon was used as the sputtering gas. The radiation was excited as Al Ka with a bombardment voltage of 2 or 4 kV. At least one thickness measurement of the aluminium oxide layer was carried out on each sample. The thickness measurement results of all samples of a plate were arithmetically averaged in each case and are referred to as the average aluminium oxide layer thickness or mean thickness. A height was determined for each AIN rod. For AIN rods inclined towards the surface, the vertical perpendicular from the tip of the AIN rod to the surface was measured as the height h. In each case, a width value was measured at half the height of each AIN rod, which is referred to as the diameter of the AIN rod. For AIN rods inclined towards the surface, the width was measured along a section running parallel to the surface.
El estado de las herramientas de conformación fue inspeccionado en cada caso visualmentein situpor personal experto. Las herramientas de conformación se inspeccionaron visualmente tras en cada caso 100 carreras. The condition of the forming tools was visually inspected on site by experienced personnel in each case. The forming tools were visually inspected after 100 strokes in each case.
En el ensayo 1, se determinaron en cada caso como máximo 2 varillas de AIN por 1000 pm2 con una altura de como máximo 0,7 pm y un diámetro de como máximo 1,1 pm en las muestras tomadas antes y después de la conformación en caliente, tanto antes como después de la conformación en caliente. La capa de óxido presentaba en cada caso un espesor medio de 120 nm antes y después de la conformación en caliente. En las condiciones del ensayo 1, se pudieron realizar 700 carreras hasta que hubo que limpiar la herramienta de conformación. La herramienta de conformación sólo presentaba estrías mínimas, por lo que no fue necesario revisarla prematuramente. In test 1, a maximum of 2 AIN rods per 1000 pm2 with a height of maximum 0.7 pm and a diameter of maximum 1.1 pm were determined in each case in the samples taken before and after hot forming, both before and after hot forming. The oxide layer had an average thickness of 120 nm in each case before and after hot forming. Under the conditions of test 1, 700 strokes could be performed before the forming tool had to be cleaned. The forming tool had only minimal striations, so that it did not need to be overhauled prematurely.
En el ensayo 2, no se encontraron varillas de AIN en las muestras tomadas antes y después de la conformación en caliente, tanto antes como después de la conformación en caliente, después de la conformación en caliente se determinaron en cada caso como máximo 2 varillas de AIN por 1000 pm2 con una altura de como máximo 0,5 pm y un diámetro de como máximo 1 pm. La capa de óxido presenta un espesor medio de 103 nm antes de la conformación en caliente y un espesor medio de 135 nm después de la conformación en caliente. En las condiciones del ensayo 2, se pudieron realizar 1000 carreras hasta que hubo que limpiar la herramienta de conformación. Además, la herramienta de conformación sólo presentaba estrías mínimas, por lo que tampoco en este caso fue necesaria una revisión prematura. In test 2, no AIN rods were found in the samples taken before and after hot forming, both before and after hot forming; after hot forming, a maximum of 2 AIN rods per 1000 pm2 with a height of maximum 0.5 pm and a diameter of maximum 1 pm were determined in each case. The oxide layer had an average thickness of 103 nm before hot forming and an average thickness of 135 nm after hot forming. Under the conditions of test 2, 1000 strokes could be carried out before the forming tool had to be cleaned. In addition, the forming tool had only minimal striations, so that premature overhaul was not necessary in this case either.
En el ensayo 3 (no de acuerdo con la invención), la atmósfera del horno contenía sólo un 15 % en volumen de oxígeno no de acuerdo con la invención. Se midieron antes y después de la conformación en caliente en cada caso en promedio 13 varillas de AIN por 1000 |jm2 en las muestras tomadas antes y después de la conformación en caliente. La altura de las varillas de AlN ascendía a entre 3 y 5,5 jm , y el diámetro ascendió a entre 1,5 jm y 2 jm . La capa de óxido presentaba un espesor medio de 45 nm después de la conformación en caliente. En las condiciones del ensayo 3, se produjo una formación masiva de polvo en la herramienta y daños por abrasión en los radios, por lo que hubo que limpiar la herramienta después de 500 carreras y revisar los radios después de 1000 carreras. In test 3 (not according to the invention), the furnace atmosphere contained only 15% by volume of oxygen not according to the invention. An average of 13 AlN rods per 1000 |jm2 were measured in each case before and after hot forming in the samples taken before and after hot forming. The height of the AlN rods was between 3 and 5.5 µm and the diameter was between 1.5 µm and 2 µm. The oxide layer had an average thickness of 45 nm after hot forming. Under the conditions of test 3, massive dust formation on the tool and abrasion damage to the radii occurred, which is why the tool had to be cleaned after 500 strokes and the radii checked after 1000 strokes.
En el ensayo 4 (no de acuerdo con la invención), la atmósfera del horno contenía un 21 % en volumen de oxígeno, un 78 % de nitrógeno, el resto gases nobles e impurezas inevitables. En las muestras tomadas antes y después de la conformación en caliente se determinaron en cada caso como máximo 1 varilla de AIN por 1000 jm 2 con una altura de como máximo 0,6 jm y un diámetro de como máximo 1,1 jm . La capa de óxido presentaba un espesor medio de 2100 nm. En las condiciones del ensayo 1, se pudieron realizar 800 carreras hasta que hubo que limpiar la herramienta de conformación. La herramienta de conformación sólo presentaba estrías mínimas, por lo que no fue necesario revisarla prematuramente. Sin embargo, el aumento de la formación de capas de óxido condujo a un deterioro de la idoneidad para la soldadura, la idoneidad para el lacado y la adhesión. In test 4 (not according to the invention), the furnace atmosphere contained 21% by volume oxygen, 78% nitrogen, the remainder noble gases and unavoidable impurities. In the samples taken before and after hot forming, a maximum of 1 AIN rod per 1000 jm2 with a height of maximum 0.6 jm and a diameter of maximum 1.1 jm was determined in each case. The oxide layer had an average thickness of 2100 nm. Under the conditions of test 1, 800 strokes were possible before the forming tool had to be cleaned. The forming tool had only minimal scratches, so that it did not have to be checked prematurely. However, the increased formation of oxide layers led to a deterioration in the suitability for welding, suitability for painting and adhesion.
T l 1. In i i n n n n r hi rr im r z in vi l T l 1. In i i n n n n r hi rr im r z in vi l
Tabla 2. In i i n n n n r l minio Table 2. In i i n n n r l minium
T l . In i i n n n n r l mini Tl. In i i n n n r l mini
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