WO2024179942A1 - Method for producing a hardened sheet steel component - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a method for producing a hardened sheet steel component.
- sheet steel components with increased stability are usually hardened sheet steel components, i.e. sheet steel components that have a significantly higher hardness and tensile strength than sheet steel components made of conventional steel.
- hardened sheet steel components are used because the hardening enables components that can have a reduced wall thickness compared to components made of non-hardenable steel types. This makes it possible to provide steel bodies for motor vehicles that are comparatively light while being extremely stable.
- the hardening mechanism used is known as quench hardening, in which the steel material is first converted into its high-temperature phase, known as austenite or gamma iron, by heating. This fully or partially austenitic steel structure is then cooled at a cooling rate that is higher than the so-called critical cooling rate of the steel alloy.
- critical cooling rate for the boron-manganese steel 22MnB5 is around 23 Kelvin per second.
- the austenitic phase does not transform back into ferrite, but rather into martensite.
- the rapid cooling essentially freezes this martensitic phase. Since austenite can dissolve significantly more carbon than martensite, carbon precipitation occurs, which distorts the lattice and leads to the high hardness.
- the prerequisite for this is that the steel material or steel alloy contains sufficient carbon, which is ensured by using suitable alloys.
- the steel industry usually provides so-called boron-manganese steels for this purpose, with one of the most common steels being 22MnB5, which is, however, part of a comparatively large family of steel grades.
- a steel material with the following composition in mass percent is used:
- Carbon up to 0.4 preferably 0.10 to 0.30 Silicon up to 1.9, preferably 0.11 to 1.5 Manganese up to 3.0, preferably 0.8 to 2.5 Chromium up to 1.5, preferably 0.1 to 0.9 Molybdenum up to 0.9, preferably 0.001 to 0.1 Nickel up to 0.9, preferably up to 0.2 Titanium up to 0.2, preferably 0.02 to 0.1 Vanadium up to 0.2 Tungsten up to 0.2, Aluminium up to 0.2, preferably 0.02 to 0.07 Boron up to 0.01, preferably 0.0005 to 0.005 Sulfur max. 0.01, preferably max. 0.008 Phosphorus max. 0.025, preferably max. 0.01
- press hardening also known as the direct process, in which a blank is cut out of a flat steel sheet and then brought to the necessary austenitizing temperature and, if necessary, held at this temperature. This blank is then transferred to a forming press, in which the blank is formed while hot, preferably with a single stroke, and quenched by the cold press hardening tool. Since only one forming stroke and only one tool is available, the final trimming of outer edges and holes in press-hardened components can usually only be done when the component is hardened - this is usually done using laser cutting.
- This press hardening results in hardened components that usually do not have a shape that is too complex, since only one forming stroke is available.
- form hardening also known as the indirect process, in which a blank is cut out of a steel sheet and this is first formed and trimmed in conventional cold forming processes to form a steel sheet pre-assembly part.
- This pre-assembly part is It is formed in such a way that it is slightly smaller in all three spatial directions than the target geometry, as it is then heated to the austenitizing temperature and increases in size due to thermal expansion.
- this pre-assembly is quickly transferred to a hot-dip galvanizing press, in which the already fully formed pre-assembly is in contact with the hot-dip galvanizing tool in the closed press and is only held in place to cool it down quickly. Only minor calibrations or adjustments are usually carried out in the press. As the components are usually completely trimmed in the cold forming process, trimming in the hardened state is usually no longer necessary. Hot-dip galvanizing allows for more complex components, as the upstream, usually multi-stage forming and trimming process in the cold state allows for more freedom in shaping.
- galvanized steel sheets for the two aforementioned processes, whereby these galvanized steel sheets usually have a zinc-based coating that contains a certain proportion of one or more elements with an even higher affinity for oxygen. These elements with an even higher affinity for oxygen diffuse to the surface during the high-temperature process required for austenitization and form a glassy layer there, an oxide skin, which protects the underlying zinc layer from evaporating during the high-temperature process.
- the applicant uses suitable galvanized steel sheets in both processes.
- ZF coatings also called GA coatings
- ZF coatings are also known, in which the zinc coating is followed by a heat treatment, thus creating a zinc-iron alloy layer on the steel strip.
- a coating consisting predominantly of zinc comprises, within the meaning of the invention, not less than 90% by weight of zinc.
- such a zinc-based coating contains not less than 92% by weight, preferably not less than 94% by weight, particularly preferably not less than 96% by weight of zinc.
- Z coatings also known as GI coatings, i.e. coatings that are essentially based on zinc.
- the layer contains not only zinc but also around 0.2 to 2% by weight of aluminum.
- aluminium which, during heat treatment for the purpose of austenitisation, forms a very thin aluminium oxide skin on the surface, which, as already mentioned, prevents large-scale zinc evaporation.
- press-hardened components or form-hardened components with zinc coatings sometimes, in a fluctuating and unpredictable manner, either completely or only in certain areas, have a silver coloring in addition to the familiar greenish-brownish color.
- a silver coloring in the sense of the invention can also be perceived as light gray or light grayish and can also appear matt or shiny in places.
- the frequency of silver coloring increases in particular with the thickness of the coating.
- the silver coloration develops when the entire zinc layer has not been converted into solid zinc-iron phases up to a temperature of 530 °C, i.e. when there is still liquid zinc left on the surface at 530 °C and/or there is a lack of oxygen at higher temperatures.
- the temperature of around 530 °C marks the end of the existence of the so-called zeta zinc-iron phase.
- circuit boards or components heat up differently and not really homogeneously in the oven.
- the heating from the outside to the inside is not homogeneous.
- different heating progresses can lead to different iron contents in the coating, which in turn leads to different emissivities and thus to differences in the heating behavior.
- Inhomogeneous heating behavior of blanks during press hardening or components during die hardening is a disadvantage for energy-optimized, process-reliable and economical production.
- the minimum furnace dwell time for production must be based on the worst case, i.e. the slowest heating or the lowest emissivity, even if these cases only make up a fraction of the production quantity.
- the size of the finished hardened component depends on the size of the austenitized pre-component inserted into the die hardening tool.
- the size of the austenitized pre-component inserted into the die hardening tool is depends on the cooling behavior of the pre-component between the furnace and the hardening tool, which in turn depends on the emissivity of the surface of the pre-component due to the radiant heat losses.
- the formation of the surface zinc oxide layer is also affected by this. This occurs particularly with comparatively thin zinc coatings and thin sheets, especially with sheet thicknesses of less than 1.5 mm and zinc layer thicknesses such as Z 80 according to EN 10346 - this means that the layer thickness is approximately 40 g/m 2 per side.
- EP 2611945 Bl namely a rapid heating of sheets with a zinc-iron coating, whereby heating from room temperature to 500°C with at least 15 K/s to 50 K/s is to be carried out.
- the object of the invention is to provide a method for producing sheet steel components and to ensure homogeneous properties of the components.
- heating is carried out in such a way that optimized heating with variable heating rates over the furnace residence time is always guaranteed, tailored to the sheet and the coating, which leads to more homogeneous properties.
- a formula is provided for this purpose, which leads to reliable process control.
- a sheet steel plate or a steel strip which has a zinc-based coating.
- This layer can advantageously have a thickness of 5 pm to 20 pm per side. This can ensure good corrosion protection.
- the coating can be a Z40 or Z60 or Z80 or Z120 or Z140 or Z180 according to DIN EN 10346.
- Zinc-based corrosion protection coatings can have a comparatively high zinc content of 85 wt.% to 99 wt.% and, in addition to unavoidable impurities, also contain aluminum in the range of 0.2 to 2 wt.%.
- the metallic anti-corrosive layer based on zinc can be applied using a hot-dip galvanizing process. This can be a simple and robust method of application.
- a press-hardened component coated with a zinc-based coating is heated in such a way that it has homogeneous zinc oxide layers, a uniform heating of the board is possible, which results in excellent mechanical properties and ensures optimal processing properties.
- the invention enables an energy-optimized (reduced heat input into the annealing material and/or reduced heat losses) and process-safe (secured austenitization) and, with small quantities, also economically advantageous (fast heating even at low furnace temperatures).
- the heat requirement when heating sheet steel blanks or sheet steel prefabricated parts in a furnace is made up of the amount of heat required for the desired heating of the annealing material (the blank or the part) plus the amount of heat due to undesirable furnace losses, e.g. Furnace doors or furnace casing or transport elements. Both can be minimized by the reduced heating rate according to the invention.
- the first furnace zone i.e.
- the one until 530 °C is reached on the board or part can be set "cooler" than in prior art processes.
- the entire furnace temperature can also be reduced, for example to a range of 860 °C to 890 °C compared to the previously usual furnace temperatures of 900 °C to 920 °C.
- An energy-optimized, process-reliable and economically advantageous operation is provided especially for runs Z100 and smaller.
- Steel grades such as 34MnB5 or 20MnB8 can be processed in a more energy-optimized, process-reliable and economical manner because they have lower austenitizing temperatures than other steel grades.
- Reduced energy requirements have a direct impact on CO2 emissions and can therefore be implemented in a sustainable and environmentally friendly manner.
- the heating rates are selected so as to be optimally coordinated with one another, but at least the first heating rate rl until 530°C is reached is below a certain average heating rate, for example the maximum heating rate r2.
- Heating can occur through radiation or convection.
- it can be done by radiation and convection.
- Heating by radiation can be achieved, for example, by an infrared heater. Furthermore, it was recognized according to the invention that one or more heating rates should be set that are variable over the furnace residence time and dependent on the zinc layer thickness in order to advantageously ensure a high-quality layer and oxide formation of the zinc-based layer.
- the basic idea is to reduce the temperature of at least the first furnace zones of a continuous furnace or the furnace chamber temperature of a multi-layer chamber furnace and thus to reduce the average heating rates.
- the average heating rate is set to a maximum of 14 K/s in the temperature range from room temperature (RT) to 530 °C.
- RT room temperature
- Other boron-manganese grades in the strength range of 400 to 1200 MPa Rm after the hardening process are also conceivable.
- the average heating rate can be set to a maximum of 13 K/s, 12 K/s, 11 K/s, 10 K/s or 9 K/s.
- the average heating rate rl in the sense of the invention is the average of the heating rate of the sheet steel blank or sheet steel pre-assembly when heating from room temperature to 530 °C.
- the heating rate can be comparatively high, especially in the first heating phase to 100 °C and more, and then decreases continuously as the temperature difference between the sheet steel blank or sheet steel pre-assembly and the furnace temperature decreases.
- the average heating rate is calculated over the duration of the heating from room temperature to 530 °C, i.e. if, for example, 51 seconds are needed to reach 530 °C in the furnace at a room temperature of 20 °C, the average heating rate is 10 K/s.
- a maximum heating rate is determined using the highest value at a specific point in the temperature range.
- the sheet thickness range of the steel strip can be selected from 0.85 mm to 3 mm, preferably 0.9 mm to 2 mm.
- the heating rate rl in the range from room temperature to 530 °C must be adjusted in such a way that, in order to achieve the most homogeneous heating possible across the board or prefabricated part, this depends on the one hand on the sheet thickness d, but also on the layer thickness s in g/m 2 .
- the inventors have surprisingly discovered that a heating rate rl smaller than the formula given above results in homogeneous heating and optimal layer formation, depending on the layer thickness and sheet thickness.
- a heating rate rl smaller than the formula given above results in homogeneous heating and optimal layer formation, depending on the layer thickness and sheet thickness.
- the existing inhomogeneities on the board or prefabricated part, such as locally different oil residues, can be compensated surprisingly well with a comparatively low heating rate.
- the heating of the steel sheets or steel components should not be too slow and should therefore advantageously fulfill the following relationship: valid for the sheet thickness range d from 0.85 mm to 3 mm and layer thickness range s from 20 to 100 g/m 2 per side. Furthermore, it was found that starting from the decay of the zeta phase, which decays at 530°C, the heating rate should be increased in order to improve the quality of the layer formation.
- the heating can advantageously have a maximum heating rate r2 in the temperature range from 530 °C to 670 °C, where r2 > rl.
- r2 the highest heating rate in the temperature range from 530 °C to 670 °C should be higher than the average heating rate in the range from room temperature to 530 °C. This allows the delta phase decomposition to be achieved earlier and the oxide formation for further processing properties such as welding or phosphatability to be influenced favorably.
- heating rate r2 is set between 15 K/s and 25 K/s.
- heating can be carried out in the temperature range from 670 °C to 780 °C with an average heating rate r3 that is below the average heating rate rl, i.e. r3 ⁇ rl.
- r3 ⁇ r2 should also be met.
- oxygen saturation it was found that the oxygen available for zinc oxidation is influenced by burning oil, dew point, weather conditions, new furnace elements and the strength of convection in the furnace, especially during long production intervals.
- the oxygen consumption by burning oil is influenced by the amount of anti-corrosive oil on the blank or pre-component surface and, if necessary, additionally by the amount of cold forming oil present on the pre-component surface.
- the dew point is determined in particular by the climate zone and the system environment.
- the weather conditions have an influence through chimney effects or through the displacement of oxygen by gaseous combustion products. It has also been found that new oven elements, such as stainless steel, ceramic or other insulating materials, can consume or bind oxygen or have an influence on the oxygen saturation.
- composition of the furnace atmosphere especially with regard to the oxygen content, can be locally inhomogeneous.
- At least 5 vol.% oxygen can be made available close to the surface starting at a temperature of 800 °C. Close to the surface here means in an area closer than 10 mm to the surface of the circuit board or the pre-assembled part.
- the invention thus relates to a method for producing components from sheet steel, wherein a sheet steel blank is cut out of a flat steel strip coated with a zinc-based coating and the sheet steel blank is either heated at least in part to a temperature above Ac3 and then formed in a press hardening tool in a hot state and quench hardened, or the coated sheet steel blank is cold formed into a sheet steel pre-component and the sheet steel pre-component is heated at least in part to a temperature above Ac3.
- the heating is carried out at a heating rate which is variable over the furnace residence time and dependent on the zinc layer thickness, wherein in the temperature range from room temperature to 530 °C the heating is carried out at an average heating rate rl and in the temperature range between 530 °C and 670 °C at a maximum heating rate r2, where rl ⁇ r2 .
- the delta phase decomposition can advantageously be achieved earlier and the oxide formation can be favorably influenced for the further processing properties such as welding or phosphatability.
- the maximum heating rate r2 is set to be greater than 14 K/s, in particular between 15 K/s and 25 K/s.
- the average heating rate rl is set to less than 14 K/s.
- the average heating rate rl in K/s is selected, which satisfies the following formula with d in mm and s in g/m 2 : valid for the sheet thickness range d from 0.85 mm to 3 mm and the layer thickness range s from 20 to 100 g/m 2 per side.
- this allows both the sheet thickness and the layer thickness of the zinc-based coating to be taken into account to determine the highest average heating rate rl.
- an average heating rate rl in K/s is selected, which satisfies the following formula with d in mm and s in g/m 2 : valid for the sheet thickness range d from 0.85 mm to 3 mm and layer thickness range s from 20 to 100 g/m 2 per side.
- this allows both the sheet thickness and the layer thickness of the zinc-based coating to be taken into account to determine a minimum average heating rate, which can improve the cycle time.
- heating takes place in the temperature range from 670 °C to 780 °C with an average heating rate r3, where r3 ⁇ rl. This ensures homogeneous heating of the entire surface and also makes the subsequent cooling behavior more homogeneous.
- the heating rate rl is reduced with increasing layer thickness s, so that if sl ⁇ s2 ⁇ s3, the heating rate rl is set such that rl(sl) > rl (s2) > rl(s3).
- heating rate rl is reduced with increasing sheet thickness d, so that if dl ⁇ d2 ⁇ d3, the heating rate rl is set such that rl(dl) > rl (d2) > rl(d3).
- the zinc-based coating has a layer thickness in the range of 20 to 100 g/m 2 per side.
- the steel strip has a thickness of 0.85 mm to 3 mm.
- the coating is selected from specifications from Z40 to Z200, in particular Z40 to Z180.
- the specifications Z40 to Z100 are particularly preferred, since these layer thicknesses of 20 g/m 2 or 50 g/m 2 can usually already provide sufficiently good corrosion protection and can have good processing properties.
- An advantageous further development provides that in a continuous furnace in the furnace area corresponding to a blank or pre-component temperature of up to 530 °C, the furnace heating power is reduced so that the average heating rate of 14 K/s is not exceeded in the temperature range up to 530 °C.
- furnace heating power is increased in the areas in which the board or the pre-assembled part has a temperature of more than 530 °C. This advantageously allows the cycle time to be kept as short as possible.
- An advantageous further development provides that the entire furnace temperature is reduced to a range of 860 °C to 890 °C in order to keep energy consumption and CO2 emissions low.
- An advantageous further development provides that in the furnace areas in which the board or the pre-assembled part has a temperature of more than 530 °C, the furnace heating power is reduced or kept constant. This can advantageously keep the energy requirement and CO2 emissions low.
- An advantageous further development provides that in furnace areas in which the blank or the pre-assembled part is at 800 °C or more, the existing furnace atmosphere is circulated.
- An advantageous further development provides that in heating devices in which the blank or the steel pre-component is heated in a stationary manner, such as multi-layer chamber furnaces, the furnace heating power is reduced permanently or over time in such a way that the average heating rate of 14 K/s is not exceeded in the temperature range from room temperature to 530 °C.
- An advantageous further development provides that the zinc-based coating has a layer thickness of 3 pm to 14 pm per side.
- the zinc-based coating has a zinc content of 85 wt.% to 99 wt.%, preferably 94 wt.% to 98 wt.%, aluminum in the range of 0.2 to 2 wt.% and unavoidable impurities.
- a high zinc content can ensure cathodic corrosion protection.
- good processability can be ensured if the layer consists predominantly of zinc and the rest contains aluminum.
- Other elements such as magnesium can possibly affect the emissivity and thus influence the heating rate.
- the steel strip is formed from a hardenable steel alloy, in particular a boron-manganese steel and particularly preferably a 22MnB5 or 20MnB8 or 34MnB5.
- Carbon up to 0.4, preferably 0.10 to 0.30 and
- Silicon up to 1.9, preferably 0.11 to 1.5 and
- Chromium up to 1.5, preferably 0.1 to 0.9 and
- Molybdenum up to 0.9, preferably 0.001 to 0.1 and
- Nickel up to 0.9, preferably up to 0.2 and
- Titanium up to 0.2 preferably 0.02 to 0.1 and
- Aluminium up to 0.2, preferably 0.02 to 0.07 and Boron up to 0.01, preferably 0.0005 to 0.005 and
- Phosphorus max. 0.025, preferably max. 0.01 and
- Figure 1 three maximum average heating rates depending on the layer thickness s and
- Figure 2 three minimum average heating rates depending on the layer thickness s and
- Figure 6 two coatings in cross-section and different heating rates
- Figure 7 an example heating curve from room temperature to 900°C for a
- a press-hardened component coated with a zinc-based coating is heated so that it has a homogeneous zinc oxide layer.
- This enables uniform heating, ie a homogeneous heating behavior, of the circuit board or the component. of the sheet steel component and thus ensures excellent mechanical properties and optimal processing characteristics.
- the invention enables energy-optimized operation. This reduces energy losses and increases process efficiency.
- the first heating rate rl is below a certain average heating rate r m until 530°C is reached.
- r m is 14 K/s, so that rl ⁇ r m , i.e. rl ⁇ 14 K/s.
- Heating can be achieved by radiation or convection. Alternatively, heating can be achieved by radiation and convection.
- one or more heating rates should be set that are variable over the furnace residence time and dependent on the zinc layer thickness in order to advantageously ensure the most uniform possible heating of the blanks or prefabricated parts and a high-quality formation of the zinc-based layer.
- the basic idea here is to reduce the temperature of the first furnace zones and thus reduce the average heating rates rl from room temperature (RT) to 530 °C to a maximum of 14 K/s. This applies in particular to coatings Z40 to Z180 on 20MnB8 to 34MnB8 with a sheet thickness of 0.8 mm to 3 mm. A sheet thickness range of 0.9 mm to 2.5 mm is particularly preferred.
- the room temperature in the sense of the invention is the initial temperature that sheets or pre-assembled parts have before they are placed in a furnace. It is the temperature that prevails in the production facility or the temperature at which the board or pre-assembled parts are preheated by warm product carriers. This initial temperature can be 50 °C or 60 °C, for example. This temperature can also fluctuate seasonally, but its range of fluctuation is irrelevant for the subsequent process.
- the room temperature can be set to the standard temperature of 20°C.
- the heating rate rl is variably adjusted depending on the sheet thickness (d) and the layer thickness (s).
- Figure 1 shows three maximum average heating rates rl depending on the layer thickness s and sheet thickness d according to the formula given above. It can be seen that the highest average heating rate rl decreases over the sheet thickness.
- the heating rate is reduced accordingly, so that if dl ⁇ d2 ⁇ d3, the heating rate is adjusted such that rl(dl) > rl (d2) > rl(d3).
- Figure 2 shows three minimum average heating rates rl depending on the layer thickness s and sheet thickness d. Here, too, the interaction of the factors can be clearly seen.
- the heating rate rl is reduced accordingly with increasing layer thickness s, so that if sl ⁇ s2 ⁇ s3, the heating rate rl is adjusted such that rl(sl) > rl (s2) > rl(s3).
- the average heating rate rl from RT to 530°C should be set comparatively low in order to ensure as homogeneous heating as possible over the entire surface of the plate or pre-assembled part. From the breakdown of the zeta phase at 530°C, the heating should occur more quickly, therefore the maximum heating rate r2 in the range from 530°C to 670°C should be selected higher than the average heating rate rl in order to ensure good layer formation. From 670°C to 780°C, on the other hand, the heating should preferably occur comparatively more slowly in order to enable robust operation.
- the heating rates rl, r2 and r3 are set such that the following relationship applies: rl ⁇ r2; r2 > r3.
- the heating rates can be set such that r2 > rl > r3.
- r2 can be set to be greater than 14 K/s, in particular between 15 K/s and 25 K/s.
- rl can preferably be in the range from 3 K/s to 14 K/s and r3 accordingly preferably below the value of rl.
- a suitable unit for heating, in particular by means of radiation or convection is, for example, a continuous furnace, in which jacketed radiant tubes, which are heated by gas, for example, carry out the heating.
- the heating is carried out in such a way that the heating rate rl is not exceeded, while in the range above this, in particular from 530 °C to 670 °C, significantly higher heating rates are also possible. It is particularly advantageous if r2 is larger than rl.
- r3 is always lower than rl and r2 in order to minimize the risk of furnace overheating and the risk of burnout.
- a multi-layer chamber furnace is also suitable, whereby the furnace temperature is preferably kept constant and a reduction in the furnace temperature may result in the most critical temperature range up to 530°C being passed through with a correspondingly low heating rate rl.
- a furnace temperature that varies over the furnace residence time i.e. a furnace temperature that is low at the beginning and then increased from 530°C, is also conceivable.
- the advantage of the invention is that with the inventive setting of the heating rate rl in the critical temperature range from RT to 530°C, repeatable results are achieved with regard to a uniform, homogeneous coating.
- variable setting of the heating rate ensures homogeneous heating behavior in the furnace depending on the layer thickness.
- the ability to variably set the heating rates means that the heating rates can be reduced below 530 °C and increased above 530 °C, especially between 530 °C and 670 °C. This shortens the furnace residence time, reduces energy consumption and CO2 emissions. Overall, this significantly increases the process efficiency.
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Abstract
Description
Verfahren zum Herstellen eines gehärteten Stahl blech bautei Is Method for producing a hardened steel sheet component
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines gehärteten Stahlblechbauteils. The invention relates to a method for producing a hardened sheet steel component.
Es ist bekannt, im Automobilbau zur Erhöhung der Steifigkeit der Fahrgastzelle Stahlblechbauteile mit erhöhter Stabilität zu verwenden. Diese Stahlblechbauteile mit erhöhter Stabilität sind üblicherweise gehärtete Stahlblechbauteile, d.h. Stahlblechbauteile, die gegenüber Stahlblechbauteilen aus üblichem Stahl eine erheblich höhere Härte und Zugfestigkeit aufweisen. Derartige gehärtete Stahlblechbauteile werden verwendet, weil durch die Härtung Bauteile ermöglicht werden, die verglichen mit Bauteilen aus nicht-härtbaren Stahlsorten eine verringerte Wanddicke aufweisen können. Somit ist es möglich, Stahlkarosserien für Kraftfahrzeuge bereitzustellen, die bei extrem hoher Stabilität vergleichsweise leicht sind. It is known in automobile construction to use sheet steel components with increased stability to increase the rigidity of the passenger cell. These sheet steel components with increased stability are usually hardened sheet steel components, i.e. sheet steel components that have a significantly higher hardness and tensile strength than sheet steel components made of conventional steel. Such hardened sheet steel components are used because the hardening enables components that can have a reduced wall thickness compared to components made of non-hardenable steel types. This makes it possible to provide steel bodies for motor vehicles that are comparatively light while being extremely stable.
Die Verfahren zum Herstellen gehärteter Stahlblechbauteile sind bekannt. The processes for producing hardened sheet steel components are known.
Als Härtemechanismus wird die sogenannte Abschreckhärtung verwendet, bei der das Stahlmaterial zunächst durch Aufheizen in seine Hochtemperaturphase, Austenit oder Gamma-Eisen genannt, umgewandelt wird. Dieses voll- oder teilaustenitische Stahlgefüge wird anschließend mit einer Abkühlgeschwindigkeit, die über der sogenannten kritischen Abkühlgeschwindigkeit der Stahllegierung liegt, abgekühlt. Die kritische Abkühlgeschwindigkeit liegt beispielsweise für den Bor-Mangan-Stahl 22MnB5 bei circa 23 Kelvin pro Sekunde. The hardening mechanism used is known as quench hardening, in which the steel material is first converted into its high-temperature phase, known as austenite or gamma iron, by heating. This fully or partially austenitic steel structure is then cooled at a cooling rate that is higher than the so-called critical cooling rate of the steel alloy. For example, the critical cooling rate for the boron-manganese steel 22MnB5 is around 23 Kelvin per second.
Bei diesen Abkühlgeschwindigkeiten wandelt sich die austenitische Phase nicht wieder in Ferrit um, sondern es findet eine Umwandlung in Martensit statt. Durch das rasche Abkühlen wird diese martensitische Phase quasi eingefroren. Da Austenit erheblich mehr Kohlenstoff lösen kann als Martensit, kommt es hierbei zu einer Kohlenstoffausscheidung, welche das Gitter verzerrt und zu der hohen Härte führt. Voraussetzung hierfür ist, dass das Stahlmaterial bzw. die Stahllegierung ausreichend Kohlenstoff enthält, was durch die Verwendung geeigneter Legierungen gesichert ist. Die Stahlindustrie stellt hierfür üblicherweise sogenannte Bor-Manganstähle zur Verfügung, wobei einer der häufigsten Stähle der 22MnB5 ist, der jedoch Teil einer vergleichsweise großen Stahlsortenfamilie ist. Insbesondere wird ein Stahlmaterial mit der folgenden Zusammensetzung in Massenprozent verwendet: At these cooling rates, the austenitic phase does not transform back into ferrite, but rather into martensite. The rapid cooling essentially freezes this martensitic phase. Since austenite can dissolve significantly more carbon than martensite, carbon precipitation occurs, which distorts the lattice and leads to the high hardness. The prerequisite for this is that the steel material or steel alloy contains sufficient carbon, which is ensured by using suitable alloys. The steel industry usually provides so-called boron-manganese steels for this purpose, with one of the most common steels being 22MnB5, which is, however, part of a comparatively large family of steel grades. In particular, a steel material with the following composition in mass percent is used:
Kohlenstoff bis 0,4, vorzugsweise 0,10 bis 0,30 Silizium bis 1,9, vorzugsweise 0,11 bis 1,5 Mangan bis 3,0, vorzugsweise 0,8 bis 2,5 Chrom bis 1,5, vorzugsweise 0,1 bis 0,9 Molybdän bis 0,9, vorzugsweise 0,001 bis 0,1 Nickel bis 0,9, vorzugsweise bis 0,2 Titan bis 0,2, vorzugsweise 0,02 bis 0,1 Vanadin bis 0,2 Wolfram bis 0,2, Aluminium bis 0,2, vorzugsweise 0,02 bis 0,07 Bor bis 0,01, vorzugsweise 0,0005 bis 0,005 Schwefel max. 0,01, vorzugsweise max. 0,008 Phosphor max. 0,025, vorzugsweise max. 0,01 Carbon up to 0.4, preferably 0.10 to 0.30 Silicon up to 1.9, preferably 0.11 to 1.5 Manganese up to 3.0, preferably 0.8 to 2.5 Chromium up to 1.5, preferably 0.1 to 0.9 Molybdenum up to 0.9, preferably 0.001 to 0.1 Nickel up to 0.9, preferably up to 0.2 Titanium up to 0.2, preferably 0.02 to 0.1 Vanadium up to 0.2 Tungsten up to 0.2, Aluminium up to 0.2, preferably 0.02 to 0.07 Boron up to 0.01, preferably 0.0005 to 0.005 Sulfur max. 0.01, preferably max. 0.008 Phosphorus max. 0.025, preferably max. 0.01
Rest Eisen und Verunreinigungen. Rest iron and impurities.
In der Vergangenheit haben sich für die Verarbeitung zwei grundsätzliche Verfahren herausgebildet. In the past, two basic methods for processing have emerged.
Das erste und ältere Verfahren ist das sogenannte Presshärten, auch direktes Verfahren genannt, bei dem aus einem ebenen Stahlblech eine Platine ausgeschnitten und diese anschließend auf die notwendige Austenitisierungstemperatur gebracht und gegebenenfalls auf dieser gehalten wird. Diese Platine wird anschließend in eine Umformpresse überführt, in der die Platine mit vorzugsweise einem einzigen Hub im heißen Zustand umgeformt und durch das kalte Presshärtewerkzeug abgeschreckt wird. Da nur ein Umformhub und auch nur ein Werkzeug zur Verfügung steht, kann bei pressgehärteten Bauteilen der Endbeschnitt von Außenkanten und Löchern üblicherweise erst im gehärteten Zustand erfolgen üblicherweise geschieht dies mittels Laserschneiden. Dieses Presshärten führt zu gehärteten Bauteilen, die üblicherweise eine nicht zu komplexe Form haben, da nur ein Umformhub zur Verfügung steht. The first and older process is so-called press hardening, also known as the direct process, in which a blank is cut out of a flat steel sheet and then brought to the necessary austenitizing temperature and, if necessary, held at this temperature. This blank is then transferred to a forming press, in which the blank is formed while hot, preferably with a single stroke, and quenched by the cold press hardening tool. Since only one forming stroke and only one tool is available, the final trimming of outer edges and holes in press-hardened components can usually only be done when the component is hardened - this is usually done using laser cutting. This press hardening results in hardened components that usually do not have a shape that is too complex, since only one forming stroke is available.
Für Bauteile mit komplexeren Geometrien und/oder höheren Stückzahlen hat die Anmelderin das sogenannte Formhärten, auch indirektes Verfahren genannt, entwickelt, bei dem aus einem Stahlblech eine Platine ausgeschnitten und diese zunächst in üblichen Kaltumformprozessen zu einem Stahlblechvorbauteil umgeformt und beschnitten wird. Dieses Vorbauteil wird dabei derart umgeformt, dass es in alle drei Raumrichtungen etwas kleiner dimensioniert ist als die Sollgeometrie, da es anschließend auf die Austenitisierungstemperatur aufgeheizt wird und sich durch die Wärmedehnung entsprechend vergrößert. Nach dem Austenitisieren wird dieses Vorbauteil zügig in eine Formhärtepresse überführt, in dem dieses bereits fertig geformte Vorbauteil in der geschlossenen Presse mit dem Formhärtewerkzeug in Kontakt ist und lediglich gehalten wird, um es schnell abzukühlen. In der Presse geschehen üblicherweise nur mehr geringe Kalibrierungen oder Anpassungen. Da die Bauteile im Kaltumformprozess üblicherweise bereits vollständig beschnitten werden, ist ein Beschnitt im gehärteten Zustand üblicherweise nicht mehr erforderlich. Das Formhärten erlaubt komplexere Bauteile, da durch den vorgelagerten meist mehrstufigen Umform- und Beschneideprozess im kalten Zustand mehr Formgebungsfreiheiten bestehen. For components with more complex geometries and/or higher quantities, the applicant has developed the so-called form hardening, also known as the indirect process, in which a blank is cut out of a steel sheet and this is first formed and trimmed in conventional cold forming processes to form a steel sheet pre-assembly part. This pre-assembly part is It is formed in such a way that it is slightly smaller in all three spatial directions than the target geometry, as it is then heated to the austenitizing temperature and increases in size due to thermal expansion. After austenitizing, this pre-assembly is quickly transferred to a hot-dip galvanizing press, in which the already fully formed pre-assembly is in contact with the hot-dip galvanizing tool in the closed press and is only held in place to cool it down quickly. Only minor calibrations or adjustments are usually carried out in the press. As the components are usually completely trimmed in the cold forming process, trimming in the hardened state is usually no longer necessary. Hot-dip galvanizing allows for more complex components, as the upstream, usually multi-stage forming and trimming process in the cold state allows for more freedom in shaping.
Da Karosseriebauteile moderner Kraftfahrzeuge oft nicht aus unbeschichtetem Stahlblech bestehen, sondern zur Verbesserung der Korrosionsschutzeigenschaften mit metallischen Korrosionsschutzschichten versehen sind, liegt es nahe, auch für gehärtete Bauteile von metallisch beschichteten Stahlblechen auszugehen. Since body components of modern motor vehicles are often not made of uncoated sheet steel, but are provided with metallic corrosion protection layers to improve the corrosion protection properties, it is logical to assume that metallically coated sheet steel is also used for hardened components.
Es ist bekannt, für die beiden vorgenannten Verfahren auch verzinkte Stahlbleche zu verwenden, wobei diese verzinkten Stahlbleche üblicherweise eine Beschichtung auf der Basis von Zink besitzen, die einen gewissen Anteil eines oder mehrerer noch sauerstoffaffinerer Elemente aufweisen. Diese sauerstoffaffineren Elemente diffundieren während des für das Austenitisieren nötigen Hochtemperaturprozesses an die Oberfläche und bilden dort eine glasige Schicht, eine Oxidhaut, welche die darunterliegende Zinkschicht bei dem Hochtemperaturprozess vor dem Abdampfen bewahrt. It is known to use galvanized steel sheets for the two aforementioned processes, whereby these galvanized steel sheets usually have a zinc-based coating that contains a certain proportion of one or more elements with an even higher affinity for oxygen. These elements with an even higher affinity for oxygen diffuse to the surface during the high-temperature process required for austenitization and form a glassy layer there, an oxide skin, which protects the underlying zinc layer from evaporating during the high-temperature process.
Die Anmelderin verwendet geeignete verzinkte Stahlbleche in beiden Prozessen. The applicant uses suitable galvanized steel sheets in both processes.
Zusätzlich zu Stahlblechen mit fast reiner Zinkschicht, d.h. Stahlblechen mit einer Beschichtung im Wesentlichen aus Zink mit sauerstoffaffineren Elementen, sind auch sogenannte ZF-Be- schichtungen, auch GA-Beschichtungen genannt, bekannt, bei denen auf die Zinkbeschichtung eine Wärmebehandlung folgt und damit am Stahlband eine Zink-Eisen-Legierungsschicht entsteht. Eine überwiegend aus Zink bestehende Beschichtung umfasst im Sinne der Erfindung nicht weniger als 90 Gew.-% Zink. Vorteilhafterweise ist in einer derartigen Beschichtung auf Basis von Zink nicht weniger als 92 Gew.-%, vorzugsweise nicht weniger als 94 Gew.-%, besonders bevorzugt nicht weniger als 96 Gew.-% Zink enthalten. In addition to steel sheets with an almost pure zinc layer, i.e. steel sheets with a coating essentially made of zinc with elements that have a higher affinity for oxygen, so-called ZF coatings, also called GA coatings, are also known, in which the zinc coating is followed by a heat treatment, thus creating a zinc-iron alloy layer on the steel strip. A coating consisting predominantly of zinc comprises, within the meaning of the invention, not less than 90% by weight of zinc. Advantageously, such a zinc-based coating contains not less than 92% by weight, preferably not less than 94% by weight, particularly preferably not less than 96% by weight of zinc.
Bei der Wärmebehandlung zum Zwecke des Austenitisierens von presshärtenden Stählen erfolgt die Bildung der dünnen Oxidhaut aus sauerstoffaffineren Elementen nur bei sogenannten Z-Beschichtungen, auch GI-Beschichtungen genannt, also Beschichtungen im Wesentlichen auf der Basis von Zink. Bei typischen Z-Beschichtungen besteht in der Schicht neben Zink ein Anteil von etwa 0,2 bis 2% Gewichtsprozent Aluminium. During heat treatment for the purpose of austenitizing press-hardening steels, the formation of a thin oxide skin made of elements with a higher affinity for oxygen only occurs in the case of so-called Z coatings, also known as GI coatings, i.e. coatings that are essentially based on zinc. In typical Z coatings, the layer contains not only zinc but also around 0.2 to 2% by weight of aluminum.
Das am meisten verwendete sauerstoffaffinere Element ist hierbei Aluminium, durch das sich bei der Wärmebehandlung zum Zwecke des Austenitisierens an der Oberfläche eine sehr dünne Aluminium-Oxidhaut ausbildet, die, wie schon ausgeführt, die großflächige Zinkabdampfung verhindert. The most commonly used element with a higher affinity for oxygen is aluminium, which, during heat treatment for the purpose of austenitisation, forms a very thin aluminium oxide skin on the surface, which, as already mentioned, prevents large-scale zinc evaporation.
Beim Formhärten und beim Presshärten bilden sich in dieser sehr dünnen ALOs-Schicht üblicherweise Risse aus, so dass es zu geringem Verdampfen von Zink und der Bildung und Ablagerung von Zinkoxid auf der Oberfläche kommt. Nach dem Presshärten oder Formhärten weisen derartige Bauteile typischerweise eine hellgrüne bis bräunliche Oberfläche auf, die durch die Belegung mit diesen Zinkoxiden zustande kommt. During die hardening and press hardening, cracks usually form in this very thin ALOs layer, resulting in a small amount of zinc evaporating and the formation and deposition of zinc oxide on the surface. After press hardening or die hardening, such components typically have a light green to brownish surface, which is caused by the coating of these zinc oxides.
Es konnte beobachtet werden, dass pressgehärtete Bauteile oder formgehärtete Bauteile mit Zinkbeschichtungen manchmal, schwankend und unvorhersehbar, ganz oder auch nur bereichsweise, neben der bekannten grünlich-bräunlichen Farbe auch eine Silberfärbung aufweisen. Eine Silberfärbung im Sinne der Erfindung kann auch als hellgrau oder hell gräulich empfunden werden und kann zudem matt oder stellenweise auch glänzend in Erscheinung treten. Erfahrungsgemäß steigt die Häufigkeit von Silberfärbungen insbesondere mit der Auflagendicke. Weiter konnte herausgefunden werden, dass sich die Silberfärbung dann ausbildet, wenn bis zu einer Temperatur von 530 °C nicht die gesamte Zinkschicht in feste Zink-Eisen-Phasen umgewandelt ist, also bei 530 °C noch flüssiges Zink an der Oberfläche übrig ist und/oder es bei höheren Temperaturen an Sauerstoff mangelt. Die Temperatur von ca. 530 °C markiert das Ende der Existenz der sogenannten Zeta-Zink-Eisen-Phase. It has been observed that press-hardened components or form-hardened components with zinc coatings sometimes, in a fluctuating and unpredictable manner, either completely or only in certain areas, have a silver coloring in addition to the familiar greenish-brownish color. A silver coloring in the sense of the invention can also be perceived as light gray or light grayish and can also appear matt or shiny in places. Experience has shown that the frequency of silver coloring increases in particular with the thickness of the coating. It was also discovered that the silver coloration develops when the entire zinc layer has not been converted into solid zinc-iron phases up to a temperature of 530 °C, i.e. when there is still liquid zinc left on the surface at 530 °C and/or there is a lack of oxygen at higher temperatures. The temperature of around 530 °C marks the end of the existence of the so-called zeta zinc-iron phase.
Unterschiedliche und schwankende Färbungen der Oberfläche eines Stahlbauteils sind bezüglich der Oberfläche selbst nicht zwingend ein Qualitätsmerkmal, können jedoch zu Problemen führen. Different and fluctuating coloring of the surface of a steel component is not necessarily a quality feature with regard to the surface itself, but can lead to problems.
Zudem ist es bekannt, dass sich Platinen oder Bauteile im Ofen unterschiedlich und nicht wirklich homogen erwärmen. Beispielsweise ist die Erwärmung von außen nach innen nicht homogen. Zudem können durch unterschiedliche Erwärmungsfortschritte unterschiedliche Eisengehalte in der Beschichtung auftreten, was wiederum zu unterschiedlichen Emissivitäten und hierdurch wiederum zu Unterschieden im Aufheizverhalten führt. It is also known that circuit boards or components heat up differently and not really homogeneously in the oven. For example, the heating from the outside to the inside is not homogeneous. In addition, different heating progresses can lead to different iron contents in the coating, which in turn leads to different emissivities and thus to differences in the heating behavior.
Ein inhomogenes Aufheizverhalten von Platinen beim Presshärten bzw. Bauteilen beim Formhärten ist für eine energieoptimierte, prozesssichere und wirtschaftliche Fertigung von Nachteil. In der Fertigung muss sichergestellt werden, dass die Platinen bzw. Bauteile in jedem Falle vollständig austenitisiert werden, um im Anschluss vollständig gehärtet werden zu können. Daher muss sich die minimale Ofenverweilzeit der Fertigung nach dem ungünstigsten Fall d.h. nach der langsamsten Aufheizung bzw. den niedrigsten Emissivitäten richten, selbst wenn diese Fälle nur einen Bruchteil der Fertigungsmenge ausmachen. Dies bedeutet, dass sich bei einer Fertigung mit inhomogenem Aufheizverhalten in der Regel die überwiegende Mehrheit der Platinen bzw. Bauteile länger im Ofen befinden als erforderlich, was für die die überwiegende Mehrheit der Platinen bzw. Bauteile zu einer geringeren Ausbringung und einem verringertem Prozessfenster und damit steigendem Ausschuss führt, als dies bei einem homogene- ren Aufheizverhalten der Fall wäre. Inhomogeneous heating behavior of blanks during press hardening or components during die hardening is a disadvantage for energy-optimized, process-reliable and economical production. During production, it must be ensured that the blanks or components are fully austenitized in every case so that they can then be fully hardened. Therefore, the minimum furnace dwell time for production must be based on the worst case, i.e. the slowest heating or the lowest emissivity, even if these cases only make up a fraction of the production quantity. This means that in production with inhomogeneous heating behavior, the vast majority of blanks or components are usually in the furnace longer than necessary, which leads to a lower output and a reduced process window for the vast majority of blanks or components, and thus increased scrap, than would be the case with more homogeneous heating behavior.
Darüber hinaus kann beim Formhärten eine unterschiedliche und schwankende Färbung der Oberfläche zu Maßhaltigkeitsproblemen führen, da die Größe des fertig gehärteten Bauteils abhängig ist von der Größe des in das Formhärtewerkzeug eingelegten austenitisierten Vorbauteils. Die Größe des in das Formhärtewerkzeug eingelegten austenitisierten Vorbauteil ist abhängig vom Abkühlverhalten des Vorbauteils zwischen Ofen und Formhärtewerkzeug, welches aufgrund der Strahlungswärmeverluste wiederum von der Emissivität der Oberfläche des Vorbauteils abhängt. In addition, during the die hardening process, a different and fluctuating coloration of the surface can lead to dimensional stability problems, since the size of the finished hardened component depends on the size of the austenitized pre-component inserted into the die hardening tool. The size of the austenitized pre-component inserted into the die hardening tool is depends on the cooling behavior of the pre-component between the furnace and the hardening tool, which in turn depends on the emissivity of the surface of the pre-component due to the radiant heat losses.
Auch die Bildung der oberflächlichen Zinkoxid schicht wird hierdurch beeinflusst. Dies tritt insbesondere bei vergleichsweise dünnen Zinkbeschichtungen und dünnen Blechen auf, insbesondere unter 1,5mm Blechdicke und Zinkschichtdicke wie Z 80 nach Norm EN 10346 - dies bedeutet, dass die Schichtauflage etwa 40 g/m2 je Seite aufweist. The formation of the surface zinc oxide layer is also affected by this. This occurs particularly with comparatively thin zinc coatings and thin sheets, especially with sheet thicknesses of less than 1.5 mm and zinc layer thicknesses such as Z 80 according to EN 10346 - this means that the layer thickness is approximately 40 g/m 2 per side.
Aus der DE 10 2020 113287 Al ist ein Verfahren zum Herstellen gehärteter Stahlblechbauteile bekannt, bei dem zur Vermeidung silbriger Stellen der Taupunkt im Ofen eingestellt wird. From DE 10 2020 113287 Al a process for producing hardened sheet steel components is known in which the dew point is adjusted in the furnace to avoid silvery spots.
Aus der DE 10 2020 106996 Al ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erwärmen von zinkbeschichteten Bormanganstählen bekannt, bei der eine aktive oder passive Gaszirkulation zur Vermeidung von Silberfärbung vorgeschlagen wird. From DE 10 2020 106996 Al a device and a method for heating zinc-coated boron-manganese steels is known, in which an active or passive gas circulation is proposed to avoid silver discoloration.
Aus der CN115125439 A ist es bekannt, einen Stahl 34MnB8 mit einer Zink-Eisen-beschichtung mit Haltezonen und vergleichsweise geringen Heizraten aufzuheizen. From CN115125439 A it is known to heat a steel 34MnB8 with a zinc-iron coating with holding zones and comparatively low heating rates.
Aus der EP 2611945 Bl ist das Gegenteil bekannt, nämlich eine Schnellaufheizung von Blechen mit einer Zink-Eisen-Beschichtung bekannt, wobei von Raumtemperatur bis 500°C mit mindestens 15 K/s bis 50 K/s aufgeheizt werden soll. The opposite is known from EP 2611945 Bl, namely a rapid heating of sheets with a zinc-iron coating, whereby heating from room temperature to 500°C with at least 15 K/s to 50 K/s is to be carried out.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen von Stahlblechbauteilen zu schaffen und homogene Eigenschaften der Bauteile zu gewährleisten. The object of the invention is to provide a method for producing sheet steel components and to ensure homogeneous properties of the components.
Die Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. The object is achieved by a method having the features of claim 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den hiervon abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet. Erfindungsgemäß wird eine Aufheizung so durchgeführt, dass abgestimmt auf das Blech und die Beschichtung immer eine optimierte Aufheizung mit variablen Heizraten über die Ofenverweilzeit gewährleistet wird, welche zu homogeneren Eigenschaften führt. Hierfür wird eine Formel zur Verfügung gestellt, welche zu einer zuverlässigen Verfahrensführung führt. Advantageous further developments are identified in the dependent subclaims. According to the invention, heating is carried out in such a way that optimized heating with variable heating rates over the furnace residence time is always guaranteed, tailored to the sheet and the coating, which leads to more homogeneous properties. A formula is provided for this purpose, which leads to reliable process control.
Erfindungsgemäß wird eine Stahlblechplatine oder ein Stahlband verwendet, welche eine Beschichtung auf Basis von Zink aufweist. According to the invention, a sheet steel plate or a steel strip is used which has a zinc-based coating.
Vorteilhafterweise kann diese Schicht eine Dicke von 5 pm bis 20 pm je Seite aufweisen. Dies kann einen guten Korrosionsschutz gewährleisten. Insbesondere kann die Beschichtung ein Z40 oder Z60 oder Z80 oder Z120 oder Z140 oder Z180 nach DIN EN 10346 sein. This layer can advantageously have a thickness of 5 pm to 20 pm per side. This can ensure good corrosion protection. In particular, the coating can be a Z40 or Z60 or Z80 or Z120 or Z140 or Z180 according to DIN EN 10346.
Zinkbasierte Korrosionsschutzschichten können einen vergleichsweise hohen Zinkanteil von 85 Gew.-% bis 99 Gew.-% aufweisen und enthalten neben unvermeidbaren Verunreinigungen noch Aluminium im Bereich von 0,2 bis 2 Gew.-%. Zinc-based corrosion protection coatings can have a comparatively high zinc content of 85 wt.% to 99 wt.% and, in addition to unavoidable impurities, also contain aluminum in the range of 0.2 to 2 wt.%.
Besonders bevorzugt kann die metallische Korrosionsschutzschicht auf Basis von Zink mittels Schmelztauchverfahren also Feuerverzinken aufgebracht sein. Dieses kann ein einfaches und robustes Verfahren zur Aufbringung darstellen. Particularly preferably, the metallic anti-corrosive layer based on zinc can be applied using a hot-dip galvanizing process. This can be a simple and robust method of application.
Erfindungsgemäß wird ein pressgehärtetes, mit einer Beschichtung auf Basis von Zink beschichtetes Bauteil so erwärmt, dass es homogene Zinkoxidschichten aufweist, eine vergleich- mäßigte Erwärmung der Platine möglich ist woraus hervorragende mechanische Eigenschaften resultieren und optimale Verarbeitungseigenschaften sichergestellt werden. According to the invention, a press-hardened component coated with a zinc-based coating is heated in such a way that it has homogeneous zinc oxide layers, a uniform heating of the board is possible, which results in excellent mechanical properties and ensures optimal processing properties.
Zudem wird erfindungsgemäß eine energieoptimierte (verringerter Wärmeeintrag in das Glühgut und/oder verringerte Wärmeverluste) und prozessichere (gesicherte Austenitisierung) und bei niedrigen Auflagen auch wirtschaftlich vorteilhafte (auch bei niedrigen Ofentemperaturen noch schnelle Erwärmung) Fahrweise ermöglicht. Der Wärmebedarf beim Aufheizen von Stahlblechplatinen bzw. Stahlblechvorbauteilen in einem Ofen setzt sich zusammen aus der Wärmemenge welche für die erwünschte Erwärmung des Glühgutes (der Platine bzw. des Teils) benötigt wird zuzüglich der Wärmemenge durch unerwünschte Ofenverluste z.B. an Ofentüren oder Ofenhülle oder Transportelementen. Beides kann durch die erfindungsgemäß verringerte Aufheizrate minimiert werden. Einerseits kann beispielsweise die erste Ofenzone, also jene bis zur Erreichung von 530 °C an der Platine oder Teil „kühler" eingestellt werden, als bei Verfahren nach dem Stand der Technik. Alternativ oder zusätzlich kann aber auch die gesamte Ofentemperatur verringert werden, beispielsweise auf einen Bereich von 860°C bis 890°C im Vergleich zu den bisher üblichen Ofentemperaturen von 900°C bis 920°C. In addition, the invention enables an energy-optimized (reduced heat input into the annealing material and/or reduced heat losses) and process-safe (secured austenitization) and, with small quantities, also economically advantageous (fast heating even at low furnace temperatures). The heat requirement when heating sheet steel blanks or sheet steel prefabricated parts in a furnace is made up of the amount of heat required for the desired heating of the annealing material (the blank or the part) plus the amount of heat due to undesirable furnace losses, e.g. Furnace doors or furnace casing or transport elements. Both can be minimized by the reduced heating rate according to the invention. On the one hand, for example, the first furnace zone, i.e. the one until 530 °C is reached on the board or part, can be set "cooler" than in prior art processes. Alternatively or additionally, the entire furnace temperature can also be reduced, for example to a range of 860 °C to 890 °C compared to the previously usual furnace temperatures of 900 °C to 920 °C.
Eine energieoptimierte, prozesssichere und wirtschaftlich vorteilhafte Fahrweise ist insbesondere für Auflagen Z100 und kleiner gegeben. An energy-optimized, process-reliable and economically advantageous operation is provided especially for runs Z100 and smaller.
Stahlgüten wie 34MnB5 oder 20MnB8 lassen sich hierbei noch energieoptimierter, prozessi- cherer und wirtschaftlicher verarbeiten, da sie niedrigere Austenitisierungstemperaturen besitzen als andere Stahlgüten. Steel grades such as 34MnB5 or 20MnB8 can be processed in a more energy-optimized, process-reliable and economical manner because they have lower austenitizing temperatures than other steel grades.
Ein verringerter Energiebedarf wirkt sich unmittelbar auf die COz-Emissionen aus, kann daher nachhaltig umweltfreundlich durchgeführt werden. Reduced energy requirements have a direct impact on CO2 emissions and can therefore be implemented in a sustainable and environmentally friendly manner.
Erfindungsgemäß wurde herausgefunden, dass möglichst homogene Emissionsgrade über die gesamte Oberfläche und damit ein einheitliches Aufheiz- und Abkühlverhalten bei erwärmten Platinen bzw. Vorbauteilen dann sichergestellt werden kann, wenn die Heizraten optimal aufeinander abgestimmt gewählt werden, jedoch zumindest die erste Heizrate rl bis zur Erreichung von 530°C unter einer bestimmten mittleren Heizrate, beispielsweise der maximalen Heizrate r2, liegt. According to the invention, it was found that the most homogeneous emissivity possible over the entire surface and thus a uniform heating and cooling behavior for heated circuit boards or prefabricated parts can be ensured if the heating rates are selected so as to be optimally coordinated with one another, but at least the first heating rate rl until 530°C is reached is below a certain average heating rate, for example the maximum heating rate r2.
Die Erwärmung kann durch Strahlung oder Konvektion erfolgen. Heating can occur through radiation or convection.
In einer anderen Ausführungsform kann sie durch Strahlung und Konvektion erfolgen. In another embodiment, it can be done by radiation and convection.
Die Erwärmung durch Strahlung kann beispielsweise durch einen Infrarotstrahler bewerkstelligt werden. Des Weiteren wurde erfindungsgemäß erkannt, dass eine oder mehrere über die Ofenverweilzeit variable und von der Zinkschichtdicke abhängige Heizraten eingestellt werden sollen, um vorteilhafterweise eine hochqualitative Schicht- und Oxidausbildung der zinkbasierten Schicht gewährleisten zu können. Heating by radiation can be achieved, for example, by an infrared heater. Furthermore, it was recognized according to the invention that one or more heating rates should be set that are variable over the furnace residence time and dependent on the zinc layer thickness in order to advantageously ensure a high-quality layer and oxide formation of the zinc-based layer.
Grundidee ist hierbei die Verringerung der Temperatur mindestens der ersten Ofenzonen eines Durchlaufofens bzw. der Ofenkammertemperatur eines Mehrlagenkammerofens und damit die Herabsetzung der mittleren Aufheizraten. The basic idea is to reduce the temperature of at least the first furnace zones of a continuous furnace or the furnace chamber temperature of a multi-layer chamber furnace and thus to reduce the average heating rates.
Vorteilhafterweise wird die mittlere Aufheizrate auf maximal 14 K/s im Temperaturbereich von Raumtemperatur (RT) bis 530 °C eingestellt. Dies gilt insbesondere für Beschichtungen Z40 bis Z180 auf 20MnB8 bis 34MnB8 mit einer Blechdicke von 0,85 mm bis 3 mm. Denkbar sind auch andere Bor-Mangan-Güten im Festigkeitsbereich von 400 bis 1200 MPa Rm nach dem Härtevorgang. Advantageously, the average heating rate is set to a maximum of 14 K/s in the temperature range from room temperature (RT) to 530 °C. This applies in particular to coatings Z40 to Z180 on 20MnB8 to 34MnB8 with a sheet thickness of 0.85 mm to 3 mm. Other boron-manganese grades in the strength range of 400 to 1200 MPa Rm after the hardening process are also conceivable.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die mittlere Aufheizrate auf maximal 13 K/s, 12 K/s, 11 K/s, 10 K/s oder 9 K/s eingestellt werden. In an advantageous embodiment, the average heating rate can be set to a maximum of 13 K/s, 12 K/s, 11 K/s, 10 K/s or 9 K/s.
Die mittlere Heizrate rl im Sinne der Erfindung ist der Durchschnitt der Heizrate der Stahlblechplatine bzw. Stahlblechvorbauteils bei der Aufheizung von Raumtemperatur bis 530 °C. Dies bedeutet, dass die Heizrate gerade bei der ersten Aufheizphase auf 100 °C und mehr vergleichsweise hoch liegen kann und dann kontinuierlich abnimmt, da die Temperaturdifferenz der Stahlblechplatine bzw. Stahlblechvorbauteils zur Ofentemperatur sich verringert. Berechnet wird die mittlere Heizrate jeweils über die Dauer der Erwärmung von Raumtemperatur bis 530 °C, d.h. wenn beispielsweise bei einer Raumtemperatur von 20 °C bis zur Erreichung von 530 °C im Ofen 51 Sekunden benötigt werden, beträgt die mittlere Heizrate 10 K/s. Im Gegensatz dazu wird eine maximale Heizrate über den im Temperaturbereich punktuell höchsten Wert determiniert. Der Blechdickenbereich des Stahlbands kann von 0,85 mm bis 3 mm gewählt sein, bevorzugt ist 0,9 mm bis 2 mm. The average heating rate rl in the sense of the invention is the average of the heating rate of the sheet steel blank or sheet steel pre-assembly when heating from room temperature to 530 °C. This means that the heating rate can be comparatively high, especially in the first heating phase to 100 °C and more, and then decreases continuously as the temperature difference between the sheet steel blank or sheet steel pre-assembly and the furnace temperature decreases. The average heating rate is calculated over the duration of the heating from room temperature to 530 °C, i.e. if, for example, 51 seconds are needed to reach 530 °C in the furnace at a room temperature of 20 °C, the average heating rate is 10 K/s. In contrast, a maximum heating rate is determined using the highest value at a specific point in the temperature range. The sheet thickness range of the steel strip can be selected from 0.85 mm to 3 mm, preferably 0.9 mm to 2 mm.
Es konnte herausgefunden werden, dass die Heizrate rl im Bereich Raumtemperatur bis 530 °C derart eingestellt werden muss, dass zur möglichst homogenen Erwärmung über die Platine bzw. Vorbauteil dies einerseits von der Blechdicke d abhängt, aber auch von der Schichtauflage s in g/m2. It was found that the heating rate rl in the range from room temperature to 530 °C must be adjusted in such a way that, in order to achieve the most homogeneous heating possible across the board or prefabricated part, this depends on the one hand on the sheet thickness d, but also on the layer thickness s in g/m 2 .
Daher ergibt sich folgender Zusammenhang: gültig für den Blechdickenbereich d von 0,85 mm bis 3 mm und Schichtdickenbereich s von 20 bis 100 g/m2 je Seite. This results in the following relationship: valid for the sheet thickness range d from 0.85 mm to 3 mm and layer thickness range s from 20 to 100 g/m 2 per side.
Dabei haben die Erfinder überraschenderweise herausgefunden, dass mit einer Heizrate rl kleiner der oben angeführten Formel sich je nach Schichtauflage und Blechdicke eine homogene Erwärmung als auch optimale Schichtausbildung ergibt. Vorteilhafterweise können mit einer vergleichsweise geringen Heizrate die vorliegenden Inhomogenitäten an der Platine oder Vorbauteil, wie beispielsweise lokal unterschiedliche Beölungsreste überraschend gut ausgeglichen werden. The inventors have surprisingly discovered that a heating rate rl smaller than the formula given above results in homogeneous heating and optimal layer formation, depending on the layer thickness and sheet thickness. Advantageously, the existing inhomogeneities on the board or prefabricated part, such as locally different oil residues, can be compensated surprisingly well with a comparatively low heating rate.
Zur Optimierung der Taktzeit sollte die Erwärmung der Stahlbleche bzw. Stahlvorbauteile aber auch nicht zu langsam vonstatten gehen und daher folgenden Zusammenhang vorteilhafterweise erfüllen: gültig für den Blechdickenbereich d von 0,85 mm bis 3 mm und Schichtdickenbereich s von 20 bis 100 g/m2 je Seite. Des Weiteren wurde herausgefunden, dass ab dem Zerfall der zeta-Phase, welche bei 530°C zerfällt, die Heizrate erhöht werden soll, um die Qualität der Schichtausbildung zu erhöhen. In order to optimize the cycle time, the heating of the steel sheets or steel components should not be too slow and should therefore advantageously fulfill the following relationship: valid for the sheet thickness range d from 0.85 mm to 3 mm and layer thickness range s from 20 to 100 g/m 2 per side. Furthermore, it was found that starting from the decay of the zeta phase, which decays at 530°C, the heating rate should be increased in order to improve the quality of the layer formation.
Daher kann die Erwärmung vorteilhafterweise im Temperaturbereich von 530 °C bis 670 °C eine maximale Heizrate r2 aufweisen, wobei gilt r2 > rl. Dies bedeutet, dass die höchste Heizrate im Temperaturbereich von 530°C bis 670°C höher liegen soll als die mittlere Heizrate im Bereich von Raumtemperatur bis 530°C. Dadurch kann der Delta-Phasenzerfall früher erreicht werden und die Oxidbildung für die weiteren Verarbeitungseigenschaften wie Schweißen bzw. Phosphatierbarkeit günstig beeinflusst werden. Therefore, the heating can advantageously have a maximum heating rate r2 in the temperature range from 530 °C to 670 °C, where r2 > rl. This means that the highest heating rate in the temperature range from 530 °C to 670 °C should be higher than the average heating rate in the range from room temperature to 530 °C. This allows the delta phase decomposition to be achieved earlier and the oxide formation for further processing properties such as welding or phosphatability to be influenced favorably.
Besonders günstige Eigenschaften können erzielt werden, wenn die Heizrate r2 zwischen 15 K/s und 25 K/s eingestellt wird. Particularly favorable properties can be achieved if the heating rate r2 is set between 15 K/s and 25 K/s.
Um zusätzlich eine möglichst homogene Erwärmung der Oberfläche sicherzustellen als auch das spätere Abkühlverhalten homogener gestalten zu können, kann die Erwärmung im Temperaturbereich von 670 °C bis 780 °C mit einer mittleren Heizrate r3 erfolgen, welche unter der mittleren Heizrate rl liegt, also es gilt r3 < rl. Zusätzlich soll auch die Bedingung r3 < r2 erfüllt sein. In order to ensure that the surface is heated as homogeneously as possible and to make the subsequent cooling behavior more homogeneous, heating can be carried out in the temperature range from 670 °C to 780 °C with an average heating rate r3 that is below the average heating rate rl, i.e. r3 < rl. In addition, the condition r3 < r2 should also be met.
Darüber hinaus wurde herausgefunden, dass es alternativ oder zusätzlich sinnvoll ist, ab einer bestimmten Temperatur eine gewisse Sauerstoffsättigung an der Blechoberfläche sicherzustellen. Die erfindungsgemäße Lösung liegt somit in der Eliminierung der zur Silberfärbung führenden Faktoren. In addition, it was found that it is alternatively or additionally useful to ensure a certain oxygen saturation on the sheet surface from a certain temperature. The solution according to the invention therefore lies in eliminating the factors that lead to silver discoloration.
Insbesondere in einem Temperaturbereich oberhalb von 800 °C kann es vorteilhaft sein, die Ofenatmosphäre so einzustellen, dass zumindest 5 Vol.-% Sauerstoff zumindest an der Oberfläche der zu erhitzenden Bauteile vorhanden ist. Particularly in a temperature range above 800 °C, it can be advantageous to adjust the furnace atmosphere so that at least 5 vol.% oxygen is present at least on the surface of the components to be heated.
Bezüglich der Sauerstoffsättigung wurde festgestellt, dass der für die Zinkoxidation zur Verfügung stehende Sauerstoff insbesondere bei langen Produktionsintervallen durch verbrennendes Öl, Taupunkt, Wetterlage, neue Ofenelemente und durch die Stärke der Konvektion im Ofen beeinflusst wird. Der Sauerstoffverbrauch durch verbrennendes Öl wird durch die Menge an Korrosionsschutzöl auf der Platinen- oder Vorbauteiloberfläche sowie, im Bedarfsfall, zusätzlich durch die Menge an vorhandenem Umformöl der Kaltumformung auf der Vorbauteiloberfläche beeinflusst. Regarding oxygen saturation, it was found that the oxygen available for zinc oxidation is influenced by burning oil, dew point, weather conditions, new furnace elements and the strength of convection in the furnace, especially during long production intervals. The oxygen consumption by burning oil is influenced by the amount of anti-corrosive oil on the blank or pre-component surface and, if necessary, additionally by the amount of cold forming oil present on the pre-component surface.
Der Taupunkt wird insbesondere durch die Klimazone und die Anlagenumgebung bestimmt. The dew point is determined in particular by the climate zone and the system environment.
Die Wetterlage hat einen Einfluss durch Kamineffekte bzw. auch durch Verdrängung von Sauerstoff durch gasförmige Verbrennungsprodukte. Zudem konnte festgestellt werden, dass neue Ofenelemente, wie Edelstahl- oder Keramik- oder sonstige Dämm Werkstoffe, Sauerstoff verbrauchen bzw. binden können bzw. einen Einfluss auf die Sauerstoffsättigung haben. The weather conditions have an influence through chimney effects or through the displacement of oxygen by gaseous combustion products. It has also been found that new oven elements, such as stainless steel, ceramic or other insulating materials, can consume or bind oxygen or have an influence on the oxygen saturation.
Es wurde herausgefunden, dass die Zusammensetzung der Ofenatmosphäre, insbesondere hinsichtlich des Sauerstoffanteils, lokal inhomogen sein kann. It was found that the composition of the furnace atmosphere, especially with regard to the oxygen content, can be locally inhomogeneous.
Vorteilhafterweise kann mindestens 5 Vol.-% Sauerstoff oberflächennah ab einer Temperatur von 800 °C zur Verfügung gestellt werden. Oberflächennah bedeutet hierbei in einem Bereich näher als 10 mm zur Oberfläche der Platine oder des Vorbauteils. Advantageously, at least 5 vol.% oxygen can be made available close to the surface starting at a temperature of 800 °C. Close to the surface here means in an area closer than 10 mm to the surface of the circuit board or the pre-assembled part.
Dies kann beispielsweise mittels Frischlufteinblasung erfolgen, wobei die Frischluft vorzugsweise entsprechend vorgeheizt wird. In Mehrlagenkammeröfen, d.h. ohne eine Transportbewegung der Platinen bzw. Vorbauteile während der Erwärmung wie sie in einem Durchlaufofen erfolgt, kann zudem Konvektion durch Spülen, Anströmen, Umwälzen oder zeitweiliges Öffnen von Ofentüren erzwungen werden. This can be done, for example, by blowing in fresh air, whereby the fresh air is preferably preheated accordingly. In multi-layer chamber furnaces, i.e. without a transport movement of the blanks or prefabricated parts during heating as occurs in a continuous furnace, convection can also be forced by flushing, flow, circulation or temporarily opening furnace doors.
Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Herstellen von Bauteilen aus Stahlblech, wobei aus einem ebenen mit einer Beschichtung auf Basis von Zink, beschichteten Stahlband eine Stahlblechplatine ausgeschnitten wird und die Stahlblechplatine entweder zumindest teilbereichsweise auf eine Temperatur oberhalb Ac3 erwärmt wird und anschließend in einem Presshärtewerkzeug in heißem Zustand umgeformt und abschreckgehärtet wird, oder die beschichtete Stahlblechplatine zu einem Stahlblechvorbauteil kalt umgeformt wird und das Stahlblechvorbauteil zumindest teilbereichsweise auf eine Temperatur oberhalb Ac3 erwärmt wird und anschließend in einem Formhärtewerkzeug abschreckgehärtet wird, wobei die Erwärmung mit einer über die Ofenverweilzeit variablen und von der Zinkschichtdicke abhängigen Heizrate erfolgt, wobei im Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 530 °C die Erwärmung mit einer mittleren Heizrate rl und im Temperaturbereich zwischen 530 °C und 670 °C mit einer maximalen Heizrate r2 erfolgt, wobei rl < r2 . The invention thus relates to a method for producing components from sheet steel, wherein a sheet steel blank is cut out of a flat steel strip coated with a zinc-based coating and the sheet steel blank is either heated at least in part to a temperature above Ac3 and then formed in a press hardening tool in a hot state and quench hardened, or the coated sheet steel blank is cold formed into a sheet steel pre-component and the sheet steel pre-component is heated at least in part to a temperature above Ac3. and then quench hardened in a die hardening tool, wherein the heating is carried out at a heating rate which is variable over the furnace residence time and dependent on the zinc layer thickness, wherein in the temperature range from room temperature to 530 °C the heating is carried out at an average heating rate rl and in the temperature range between 530 °C and 670 °C at a maximum heating rate r2, where rl < r2 .
Insbesondere kann durch Einstellung von rl < r2 der Delta -Phasenzerfall vorteilhafterweise früher erreicht werden und die Oxidbildung für die weiteren Verarbeitungseigenschaften wie Schweißen bzw. Phosphatierbarkeit günstig beeinflusst werden. In particular, by setting rl < r2, the delta phase decomposition can advantageously be achieved earlier and the oxide formation can be favorably influenced for the further processing properties such as welding or phosphatability.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die maximale Heizrate r2 größer als 14 K/s insbesondere zwischen 15 K/s und 25 K/s eingestellt wird. An advantageous further development provides that the maximum heating rate r2 is set to be greater than 14 K/s, in particular between 15 K/s and 25 K/s.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die mittlere Heizrate rl kleiner als 14 K/s eingestellt wird. An advantageous further development provides that the average heating rate rl is set to less than 14 K/s.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die mittlere Heizrate rl in K/s gewählt wird, welche die folgende Formel mit d in mm und s in g/m2 erfüllt: gültig für den Blechdickenbereich d von 0,85 mm bis 3 mm und den Schichtdickenbereich s von 20 bis 100 g/m2 je Seite. Vorteilhafterweise kann dadurch einerseits die Blechdicke als auch die Schichtdicken der Beschichtung auf Basis von Zink zur Ermittlung der höchsten mittleren Aufheizrate rl berücksichtigt werden. An advantageous further development provides that the average heating rate rl in K/s is selected, which satisfies the following formula with d in mm and s in g/m 2 : valid for the sheet thickness range d from 0.85 mm to 3 mm and the layer thickness range s from 20 to 100 g/m 2 per side. Advantageously, this allows both the sheet thickness and the layer thickness of the zinc-based coating to be taken into account to determine the highest average heating rate rl.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass eine mittlere Heizrate rl in K/s gewählt wird, welche die folgende Formel mit d in mm und s in g/m2 erfüllt: gültig für den Blechdickenbereich d von 0,85 mm bis 3 mm und Schichtdickenbereich s von 20 bis 100 g/m2 je Seite. Vorteilhafterweise kann dadurch einerseits die Blechdicke als auch die Schichtdicken der Beschichtung auf Basis von Zink zur Ermittlung einer minimalen mittleren Aufheizrate berücksichtigt werden, welche die Taktzeit verbessern kann. An advantageous further development provides that an average heating rate rl in K/s is selected, which satisfies the following formula with d in mm and s in g/m 2 : valid for the sheet thickness range d from 0.85 mm to 3 mm and layer thickness range s from 20 to 100 g/m 2 per side. Advantageously, this allows both the sheet thickness and the layer thickness of the zinc-based coating to be taken into account to determine a minimum average heating rate, which can improve the cycle time.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Erwärmung im Temperaturbereich von 670 °C bis 780 °C mit einer mittleren Heizrate r3 erfolgt, wobei gilt r3 < rl. Damit kann eine homogene Erwärmung der gesamten Oberfläche sichergestellt als auch das spätere Abkühlverhalten homogener gestalten werden. An advantageous further development provides that the heating takes place in the temperature range from 670 °C to 780 °C with an average heating rate r3, where r3 < rl. This ensures homogeneous heating of the entire surface and also makes the subsequent cooling behavior more homogeneous.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Heizrate rl mit steigender Schichtauflage s reduziert wird, sodass wenn sl < s2 < s3 ist, die Heizrate rl derart eingestellt wird, dass rl(sl) > rl (s2) > rl(s3) gilt. An advantageous further development provides that the heating rate rl is reduced with increasing layer thickness s, so that if sl < s2 < s3, the heating rate rl is set such that rl(sl) > rl (s2) > rl(s3).
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Heizrate rl mit steigender Blechdicke d reduziert wird, sodass wenn dl < d2 < d3 ist, die Heizrate rl derart eingestellt wird, dass rl(dl) > rl (d2) > rl(d3) gilt. An advantageous further development provides that the heating rate rl is reduced with increasing sheet thickness d, so that if dl < d2 < d3, the heating rate rl is set such that rl(dl) > rl (d2) > rl(d3).
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Beschichtung auf Basis von Zink eine Schichtauflage im Bereich von 20 bis 100 g/m2 je Seite aufweist. An advantageous further development provides that the zinc-based coating has a layer thickness in the range of 20 to 100 g/m 2 per side.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Stahlband eine Dicke von 0,85 mm bis 3 mm aufweist. An advantageous further development provides that the steel strip has a thickness of 0.85 mm to 3 mm.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Beschichtung aus Spezifikationen von Z40 bis Z200 insbesondere Z40 bis Z180 gewählt wurde. Besonders bevorzugt sind die Spezifikationen Z40 bis Z100, da diese Schichtauflagen von 20 g/m2 bzw. 50 g/m2 zumeist bereits ausreichend guten Korrosionsschutz bieten können sowie gute Verarbeitungseigenschaften aufweisen können. Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass bei einem Durchlaufofen im Ofenbereich, der einer Platinen- oder Vorbauteiltemperatur bis 530 °C entspricht, die Ofenheizleistung verringert wird, sodass die mittlere Heizrate 14 K/s im Temperaturbereich bis 530 °C nicht überschritten wird. An advantageous further development provides that the coating is selected from specifications from Z40 to Z200, in particular Z40 to Z180. The specifications Z40 to Z100 are particularly preferred, since these layer thicknesses of 20 g/m 2 or 50 g/m 2 can usually already provide sufficiently good corrosion protection and can have good processing properties. An advantageous further development provides that in a continuous furnace in the furnace area corresponding to a blank or pre-component temperature of up to 530 °C, the furnace heating power is reduced so that the average heating rate of 14 K/s is not exceeded in the temperature range up to 530 °C.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass in den Bereichen, in denen die Platine oder das Vorbauteil eine Temperatur von mehr als 530 °C aufweist, die Ofenheizleistung erhöht wird. Vorteilhafterweise kann hiermit die Taktzeit möglichst gering gehalten werden. An advantageous further development provides that the furnace heating power is increased in the areas in which the board or the pre-assembled part has a temperature of more than 530 °C. This advantageously allows the cycle time to be kept as short as possible.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die gesamte Ofentemperatur auf einen Bereich von 860 °C bis 890 °C gesenkt wird, um den Energiebedarf sowie die COz-Emissionen gering zu halten. An advantageous further development provides that the entire furnace temperature is reduced to a range of 860 °C to 890 °C in order to keep energy consumption and CO2 emissions low.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass in den Ofenbereichen, in denen die Platine oder das Vorbauteil eine Temperatur von mehr als 530 °C aufweist, die Ofenheizleistung reduziert oder konstant gehalten wird. Dies kann vorteilhafterweise den Energiebedarf sowie die CO2-Emissionen gering halten. An advantageous further development provides that in the furnace areas in which the board or the pre-assembled part has a temperature of more than 530 °C, the furnace heating power is reduced or kept constant. This can advantageously keep the energy requirement and CO2 emissions low.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass in Ofenbereichen, in denen die Platine oder das Vorbauteil 800 °C oder mehr aufweist, der Ofenatmosphäre Frischluft, insbesondere vorgeheizte Frischluft oder Sauerstoff, zugeführt wird. An advantageous further development provides that in furnace areas in which the blank or the pre-assembled part is at 800 °C or more, fresh air, in particular preheated fresh air or oxygen, is supplied to the furnace atmosphere.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass in Ofenbereichen, in denen die Platine oder das Vorbauteil 800 °C oder mehr aufweist, die vorhandene Ofenatmosphäre umgewälzt wird. An advantageous further development provides that in furnace areas in which the blank or the pre-assembled part is at 800 °C or more, the existing furnace atmosphere is circulated.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass in Erwärmungseinrichtungen, in denen die Platine oder das Stahl vorbauteil stationär aufgewärmt wird, wie beispielsweise Mehrlagen- kammeröfen, die Ofenheizleistung dauerhaft oder im zeitlichen Verlauf derart verringert wird, dass die mittlere Heizrate von 14 K/s im Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 530 °C nicht überschritten wird. Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Beschichtung auf Basis von Zink eine Schichtdicke von 3 pm bis 14 pm je Seite aufweist. An advantageous further development provides that in heating devices in which the blank or the steel pre-component is heated in a stationary manner, such as multi-layer chamber furnaces, the furnace heating power is reduced permanently or over time in such a way that the average heating rate of 14 K/s is not exceeded in the temperature range from room temperature to 530 °C. An advantageous further development provides that the zinc-based coating has a layer thickness of 3 pm to 14 pm per side.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Beschichtung auf Basis von Zink einen Zinkanteil von 85 Gew.-% bis 99 Gew.-%, bevorzugt 94 Gew.-% bis 98 Gew.-%, Aluminium im Bereich von 0,2 bis 2 Gew.-% sowie unvermeidbaren Verunreinigungen. Ein hoher Zinkanteil kann kathodischen Korrosionsschutz gewährleisten. Des Weiteren kann eine gute Verarbeitbarkeit sichergestellt werden, wenn die Schicht zum überwiegenden Teil aus Zink besteht und der Rest Aluminium aufweist. Andere Elemente wie beispielsweise Magnesium können sich auf ggf. die Emissivität auswirken und damit die Aufheizrate beeinflussen. An advantageous further development provides that the zinc-based coating has a zinc content of 85 wt.% to 99 wt.%, preferably 94 wt.% to 98 wt.%, aluminum in the range of 0.2 to 2 wt.% and unavoidable impurities. A high zinc content can ensure cathodic corrosion protection. Furthermore, good processability can be ensured if the layer consists predominantly of zinc and the rest contains aluminum. Other elements such as magnesium can possibly affect the emissivity and thus influence the heating rate.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Beschichtung auf Basis von Zink mittels eines Schmelztauchverfahrens, insbesondere durch Feuerverzinken, aufgebracht wurde. An advantageous further development provides that the zinc-based coating was applied by means of a hot-dip galvanizing process, in particular by hot-dip galvanizing.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass das Stahlband aus einer härtbaren Stahllegierung, insbesondere einem Bor-Mangan-Stahl und besonders bevorzugt eines 22MnB5 oder 20MnB8 oder 34MnB5, gebildet ist. An advantageous further development provides that the steel strip is formed from a hardenable steel alloy, in particular a boron-manganese steel and particularly preferably a 22MnB5 or 20MnB8 or 34MnB5.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass als Stahlband ein Band mit der folgenden Zusammensetzung verwendet wird (alle Angaben in Gew.-%): An advantageous further development provides that a steel strip with the following composition is used (all data in % by weight):
Kohlenstoff bis 0,4, vorzugsweise 0,10 bis 0,30 und Carbon up to 0.4, preferably 0.10 to 0.30 and
Silizium bis 1,9, vorzugsweise 0,11 bis 1,5 und Silicon up to 1.9, preferably 0.11 to 1.5 and
Mangan bis 3,0, vorzugsweise 0,8 bis 2,5 und Manganese up to 3.0, preferably 0.8 to 2.5 and
Chrom bis 1,5, vorzugsweise 0,1 bis 0,9 und Chromium up to 1.5, preferably 0.1 to 0.9 and
Molybdän bis 0,9, vorzugsweise 0,001 bis 0,1 und Molybdenum up to 0.9, preferably 0.001 to 0.1 and
Nickel bis 0,9, vorzugsweise bis 0,2 und Nickel up to 0.9, preferably up to 0.2 and
Titan bis 0,2 vorzugsweise 0,02 bis 0,1 und Titanium up to 0.2 preferably 0.02 to 0.1 and
Vanadin bis 0,2 und Vanadium up to 0.2 and
Wolfram bis 0,2 und Tungsten up to 0.2 and
Aluminium bis 0,2, vorzugsweise 0,02 bis 0,07 und Bor bis 0,01, vorzugsweise 0,0005 bis 0,005 und Aluminium up to 0.2, preferably 0.02 to 0.07 and Boron up to 0.01, preferably 0.0005 to 0.005 and
Schwefel max. 0,01, vorzugsweise max. 0,008 und Sulphur max. 0.01, preferably max. 0.008 and
Phosphor max. 0,025, vorzugsweise max. 0,01 und Phosphorus max. 0.025, preferably max. 0.01 and
Rest Eisen und erschmelzungsbedingte Verunreinigungen. Rest iron and smelting-related impurities.
Die Erfindung wird anhand von Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigen dabei: The invention is explained by way of example using figures. They show:
Figur 1: drei maximale mittlere Heizraten in Abhängigkeit der Schichtauflage s undFigure 1: three maximum average heating rates depending on the layer thickness s and
Blechdicke d; Sheet thickness d;
Figur 2: drei minimale mittlere Heizraten in Abhängigkeit der Schichtauflage s undFigure 2: three minimum average heating rates depending on the layer thickness s and
Blechdicke d; Sheet thickness d;
Figur 3: den bevorzugten mittleren Heizratenbereich für die Schichtauflage s = 20 g/m2 (Z40); Figure 3: the preferred average heating rate range for the layer thickness s = 20 g/m 2 (Z40);
Figur 4: den bevorzugten mittleren Heizratenbereich für die Schichtauflage s = 50 g/m2 (Z100); Figure 4: the preferred average heating rate range for the layer thickness s = 50 g/m 2 (Z100);
Figur 5: den bevorzugten mittleren Heizratenbereich für die Schichtauflage s = 90 g/m2 (Z180); Figure 5: the preferred average heating rate range for the layer thickness s = 90 g/m 2 (Z180);
Figur 6: zwei Beschichtungen in Querschliffaufnahme und unterschiedlichen Aufheizraten; Figure 6: two coatings in cross-section and different heating rates;
Figur 7: eine beispielhafte Aufheizkurve von Raumtemperatur bis 900°C für eine mitFigure 7: an example heating curve from room temperature to 900°C for a
Z140 beschichteten, beölten Stahlplatine Z140 coated, oiled steel plate
Erfindungsgemäß wird ein pressgehärtetes, mit einer Beschichtung auf Basis Zink beschichtetes Bauteil so erwärmt, dass es eine homogene Zinkoxidschicht aufweist. Dies ermöglicht eine vergleichmäßigte Erwärmung, d.h. ein homogenes Aufheizverhalten, der Platine bzw. des Stahlblechvorbauteils und stellt somit hervorragende mechanische Eigenschaften und optimale Verarbeitungseigenschaften sicher. According to the invention, a press-hardened component coated with a zinc-based coating is heated so that it has a homogeneous zinc oxide layer. This enables uniform heating, ie a homogeneous heating behavior, of the circuit board or the component. of the sheet steel component and thus ensures excellent mechanical properties and optimal processing characteristics.
Zudem wird erfindungsgemäß eine energieoptimierte Fahrweise ermöglicht. Dies verringert die Energieverluste und erhöht die Verfahrenseffizienz. In addition, the invention enables energy-optimized operation. This reduces energy losses and increases process efficiency.
Erfindungsgemäß wurde herausgefunden, dass möglichst einheitliche Emissionsgrade und damit ein einheitliches Aufheizverhalten bei erwärmten Platinen bzw. Vorbauteile dann sichergestellt werden kann, wenn die Heizraten variabel in Abhängigkeit der Blech- und Schichtdicke eingestellt werden. According to the invention, it was found that the most uniform possible emission levels and thus a uniform heating behavior for heated blanks or prefabricated parts can be ensured if the heating rates are variably adjusted depending on the sheet and layer thickness.
Es ist zudem besonders vorteilhaft, wenn die Heizraten aufeinander abgestimmt gewählt werden. It is also particularly advantageous if the heating rates are chosen to match each other.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn die erste Heizrate rl bis zur Erreichung von 530°C unter einer bestimmten mittleren Heizrate rm liegt. It is advantageous if the first heating rate rl is below a certain average heating rate r m until 530°C is reached.
In einer vorteilhaften Ausführungsform beträgt rm 14 K/s, sodass rl < rm, d.h. rl < 14 K/s ist. In an advantageous embodiment, r m is 14 K/s, so that rl < r m , i.e. rl < 14 K/s.
Die Erwärmung kann mittels Strahlung oder Konvektion erfolgen. Alternativ kann die Erwärmung mittels Strahlung und Konvektion bewerkstelligt werden. Heating can be achieved by radiation or convection. Alternatively, heating can be achieved by radiation and convection.
Des Weiteren wurde erkannt, dass eine oder mehrere über die Ofenverweilzeit variablen und von der Zinkschichtdicke abhängigen Heizraten eingestellt werden sollen, um vorteilhafterweise die möglichst uniforme Erwärmung der Platinen bzw. Vorbauteile sowie eine hochqualitative Ausbildung der zinkbasierten Schicht gewährleisten zu können. Furthermore, it was recognized that one or more heating rates should be set that are variable over the furnace residence time and dependent on the zinc layer thickness in order to advantageously ensure the most uniform possible heating of the blanks or prefabricated parts and a high-quality formation of the zinc-based layer.
Grundidee ist hierbei, die Verringerung der Temperatur der ersten Ofenzonen und damit Herabsetzung der mittleren Aufheizraten rl von Raumtemperatur (RT) bis 530 °C auf maximal 14 K/s. Dies gilt insbesondere für Beschichtungen Z40 bis Z180 auf 20MnB8 bis 34MnB8 mit einer Blechdicke von 0,8 mm bis 3 mm. Besonders bevorzugt ist ein Blechdickenbereich von 0,9 mm bis 2,5 mm. Die Raumtemperatur im Sinne der Erfindung ist die Ausgangstemperatur, die Bleche oder Vorbauteile haben, bevor sie in einen Ofen eingebracht werden. Es ist die Temperatur, die in der Fertigungsstätte herrscht oder durch warme Warenträger die Platine bzw. Vorbauteile vorgewärmt werden. Diese Ausgangstemperatur kann beispielsweise bei 50 °C oder 60 °C liegen. Diese Temperatur kann darüber hinaus auch jahreszeitlich schwanken, ist aber an sich in ihrer Schwankungsbreite für den nachfolgenden Prozess irrelevant. The basic idea here is to reduce the temperature of the first furnace zones and thus reduce the average heating rates rl from room temperature (RT) to 530 °C to a maximum of 14 K/s. This applies in particular to coatings Z40 to Z180 on 20MnB8 to 34MnB8 with a sheet thickness of 0.8 mm to 3 mm. A sheet thickness range of 0.9 mm to 2.5 mm is particularly preferred. The room temperature in the sense of the invention is the initial temperature that sheets or pre-assembled parts have before they are placed in a furnace. It is the temperature that prevails in the production facility or the temperature at which the board or pre-assembled parts are preheated by warm product carriers. This initial temperature can be 50 °C or 60 °C, for example. This temperature can also fluctuate seasonally, but its range of fluctuation is irrelevant for the subsequent process.
Für den Fall, dass eine klare Definition benötigt wird, kann die Raumtemperatur auf die Standardtemperatur von 20°C festgelegt werden. In case a clear definition is needed, the room temperature can be set to the standard temperature of 20°C.
Nachfolgend angegebene Temperaturen sind in °C zu verstehen. Temperaturdifferenzen können in K (Kelvin) angegeben sein. So weit nicht anders angegeben, sind Gehalte in Legierungen in Masseprozent (M-%) angegeben. The temperatures given below are in °C. Temperature differences can be given in K (Kelvin). Unless otherwise stated, contents in alloys are given in mass percent (M-%).
Es konnte herausgefunden werden, dass die Erfindung in einfacher Weise immer nachgearbeitet werden kann, wenn ein formelhafter Zusammenhang mit der Blechdicke und Schichtauflage gegeben ist: gültig für den Blechdickenbereich d von 0,85 mm bis 3 mm und Schichtdickenbereich s von 20 bis 100 g/m2 je Seite. It was found that the invention can always be easily reproduced if a formulaic relationship with the sheet thickness and layer thickness is given: valid for the sheet thickness range d from 0.85 mm to 3 mm and layer thickness range s from 20 to 100 g/m 2 per side.
Somit wird die Heizrate rl, insbesondere im Temperaturbereich bis 530 °C, in Abhängigkeit von der Blechdicke (d) und der Schichtdicke (s) variabel eingestellt. Thus, the heating rate rl, especially in the temperature range up to 530 °C, is variably adjusted depending on the sheet thickness (d) and the layer thickness (s).
Wie bereits ausgeführt, erwärmen sich Platinen oder umgeformte Vorbauteile während der Erhitzung zum Zwecke der Austenitisierung unterschiedlich homogen, insbesondere vom Rand nach innen. Hierdurch wird auch die Zink-Oxid-Schicht-Bildung durch die lokal inhomogene Erwärmung beeinflusst. Die Figur 1 zeigt drei maximale mittlere Heizraten rl in Abhängigkeit der Schichtauflage s und Blechdicke d nach der oben angeführten Formel. Man kann dabei erkennen, dass die höchste mittlere Heizrate rl über die Blechdicke abnimmt. As already mentioned, blanks or formed prefabricated parts heat up to varying degrees of homogeneity during heating for the purpose of austenitization, particularly from the edge inwards. This also influences the formation of the zinc oxide layer due to the locally inhomogeneous heating. Figure 1 shows three maximum average heating rates rl depending on the layer thickness s and sheet thickness d according to the formula given above. It can be seen that the highest average heating rate rl decreases over the sheet thickness.
D.h. mit zunehmender Blechdicke d wird die Heizrate entsprechend reduziert, sodass wenn dl < d2 < d3 ist, die Heizrate derart eingestellt wird, dass rl(dl) > rl (d2) > rl(d3) gilt. This means that with increasing sheet thickness d, the heating rate is reduced accordingly, so that if dl < d2 < d3, the heating rate is adjusted such that rl(dl) > rl (d2) > rl(d3).
Des Weiteren wird der Zusammenhang mit der Schichtauflage deutlich, dass die Kurven mit steigender Schichtauflage ebenfalls abnehmen. Furthermore, the connection with the layer thickness becomes clear: the curves also decrease with increasing layer thickness.
Die Figur 2 zeigt drei minimale mittlere Heizraten rl in Abhängigkeit der Schichtauflage s und Blechdicke d. Auch hier lässt sich das Zusammenspiel der Faktoren gut erkennen. Figure 2 shows three minimum average heating rates rl depending on the layer thickness s and sheet thickness d. Here, too, the interaction of the factors can be clearly seen.
Somit wird die Heizrate rl mit steigender Schichtauflage s entsprechend reduziert, sodass wenn sl < s2 < s3 ist, die Heizrate rl derart eingestellt wird, dass rl(sl) > rl (s2) > rl(s3) gilt. Thus, the heating rate rl is reduced accordingly with increasing layer thickness s, so that if sl < s2 < s3, the heating rate rl is adjusted such that rl(sl) > rl (s2) > rl(s3).
Figur 3 stellt den bevorzugten mittleren Heizratenbereich rl für die Schichtauflage s = 20 g/m2 je Seite dar. Dies stellt den typischen Wert für die Beschichtung Z40 dar. Man erkennt, dass sich beispielsweise bei einer Blechdicke von 1,5 mm sich ein bevorzugter mittlerer Heizratenbereich rl für Z40, also s = 20 g/m2 je Seite, von Raumtemperatur auf 530°C von etwa 3,4 bis 7,8 K/s ergibt. Figure 3 shows the preferred average heating rate range rl for the layer thickness s = 20 g/m 2 per side. This represents the typical value for the Z40 coating. It can be seen that, for example, with a sheet thickness of 1.5 mm, a preferred average heating rate range rl for Z40, i.e. s = 20 g/m 2 per side, from room temperature to 530°C of about 3.4 to 7.8 K/s results.
Figur 4 und Figur 5 stellen den jeweils bevorzugten mittleren Heizratenbereich rl für die Schichtauflage s = 50 g/m2 also Z100 bzw. s = 90 g/m2 welches Z180 entspricht. Figure 4 and Figure 5 show the preferred average heating rate range rl for the layer thickness s = 50 g/m 2 i.e. Z100 or s = 90 g/m 2 which corresponds to Z180.
Man erkennt den Effekt der Erfindung auch optisch, dargestellt in Figur 6, wobei links die Beschichtung Z80 mit einer mittleren Heizrate nach dem Stand der Technik von Raumtemperatur bis 530°C mit 20 Kelvin pro Sekunde angewandt wurde. Gegenüber der rechten Darstellung, die die gleiche Beschichtung, jedoch bei einer Aufheizrate rl nach der Erfindung, in diesem Fall mit 7,7 Kelvin pro Sekunde zeigt, erkennt man, dass die Beschichtung erheblich gleichmäßiger auch von der Oberflächenmorphologie ist. In Figur 7 ist eine beispielhafte Aufheizkurve von Raumtemperatur bis 900°C für eine mit Z140 beschichtete, beölte Stahlplatine dargestellt. Dabei kann man sehr gut die drei verschiedenen Heizraten rl bis r3 erkennen. Es wird deutlich, dass die mittlere Heizrate rl von RT bis 530°C vergleichsweise niedrig eingestellt werden soll, um eine möglichst homogene Erwärmung über die gesamte Oberfläche der Platinen bzw. Vorbauteil sicherstellen zu können. Ab Zerfall der zeta Phase bei 530°C soll die Erwärmung rascher erfolgen, daher die maximale Heizrate r2 im Bereich von 530°C bis 670°C höher als die mittlere Heizrate rl gewählt werden um eine gute Schichtausbildung zu gewährleisten. Von 670°C bis 780°C hingegen soll die Aufheizung bevorzugt vergleichsweise langsamer erfolgen um eine robuste Fahrweise zu ermöglichen. The effect of the invention can also be seen visually, shown in Figure 6, where on the left the Z80 coating was applied with an average heating rate according to the state of the art from room temperature to 530°C at 20 Kelvin per second. Compared to the right-hand illustration, which shows the same coating but with a heating rate rl according to the invention, in this case at 7.7 Kelvin per second, it can be seen that the coating is considerably more uniform, including in terms of surface morphology. Figure 7 shows an example heating curve from room temperature to 900°C for an oiled steel plate coated with Z140. The three different heating rates rl to r3 can be clearly seen. It is clear that the average heating rate rl from RT to 530°C should be set comparatively low in order to ensure as homogeneous heating as possible over the entire surface of the plate or pre-assembled part. From the breakdown of the zeta phase at 530°C, the heating should occur more quickly, therefore the maximum heating rate r2 in the range from 530°C to 670°C should be selected higher than the average heating rate rl in order to ensure good layer formation. From 670°C to 780°C, on the other hand, the heating should preferably occur comparatively more slowly in order to enable robust operation.
Somit werden die Heizraten rl, r2 und r3 derart eingestellt, dass die folgende Beziehung gilt: rl < r2; r2 > r3. Thus, the heating rates rl, r2 and r3 are set such that the following relationship applies: rl < r2; r2 > r3.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können die Heizraten derart eingestellt werden, dass r2 > rl > r3 gilt. In a particularly advantageous embodiment, the heating rates can be set such that r2 > rl > r3.
Beispielsweise kann r2 größer als 14 K/s insbesondere zwischen 15 K/s und 25 K/s eingestellt werden. rl kann vorzugsweise im Bereich von 3 K/s bis 14 K/s liegen und r3 entsprechend bevorzugt unter dem Wert von rl. For example, r2 can be set to be greater than 14 K/s, in particular between 15 K/s and 25 K/s. rl can preferably be in the range from 3 K/s to 14 K/s and r3 accordingly preferably below the value of rl.
Ein geeignetes Aggregat zum Erwärmen, insbesondere mittels Strahlung oder Konvektion, ist beispielsweise ein Durchlaufofen, wobei Mantelstrahlrohre, welche zum Beispiel gasbeheizt sind, die Erhitzung vornehmen. In dem kritischen Bereich der Temperatur zwischen RT und 530 °C, wird hierbei die Beheizung so durchgeführt, dass die Heizrate rl nicht überschritten wird, während im Bereich darüber, insbesondere von 530 °C bis 670 °C, auch deutlich höhere Heizraten möglich sind. Es ist besonders vorteilhaft, wenn r2 größer als rl ist. A suitable unit for heating, in particular by means of radiation or convection, is, for example, a continuous furnace, in which jacketed radiant tubes, which are heated by gas, for example, carry out the heating. In the critical temperature range between RT and 530 °C, the heating is carried out in such a way that the heating rate rl is not exceeded, while in the range above this, in particular from 530 °C to 670 °C, significantly higher heating rates are also possible. It is particularly advantageous if r2 is larger than rl.
In einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform ist r3 immer geringer als rl und r2, um das Risiko der Ofenüberhitzung und die Abbrandgefahr zu minimieren. In another particularly advantageous embodiment, r3 is always lower than rl and r2 in order to minimize the risk of furnace overheating and the risk of burnout.
Auch ein Mehrlagenkammerofen ist geeignet, wobei hierbei die Ofentemperatur vorzugs- weise konstant gehalten wird und eine Absenkung der Ofentemperatur gegebenenfalls dazu führt, dass der kritischste Temperaturbereich bis 530°C mit einer entsprechend niedrigen Heizrate rl durchschritten wird. Eine über die Ofenverweilzeit veränderliche Ofentemperatur d.h. eine zu Beginn niedrige und ab 530 °C angehobene Ofentemperatur ist jedoch auch denkbar. Bei der Erfindung ist von Vorteil, dass mit der erfindungsgemäßen Einstellung der Heizrate rl im kritischen Temperaturbereich von RT bis 530 °C wiederholbare Ergebnisse bezüglich einer einheitlichen homogenen Beschichtung erzielt werden. A multi-layer chamber furnace is also suitable, whereby the furnace temperature is preferably kept constant and a reduction in the furnace temperature may result in the most critical temperature range up to 530°C being passed through with a correspondingly low heating rate rl. However, a furnace temperature that varies over the furnace residence time, i.e. a furnace temperature that is low at the beginning and then increased from 530°C, is also conceivable. The advantage of the invention is that with the inventive setting of the heating rate rl in the critical temperature range from RT to 530°C, repeatable results are achieved with regard to a uniform, homogeneous coating.
Durch die variable Einstellung der Heizrate wird ein homogenes Aufheizverhalten im Ofen in Abhängigkeit der Schichtauflagendicke gewährleistet. Durch die Möglichkeit, die Heizraten variabel einzustellen, können die Heizraten unterhalb von 530 °C verringert und oberhalb von 530 °C, insbesondere zwischen 530°C und 670°C, erhöht werden. Dies verkürzt die Ofenverweilzeit, reduziert den Energieverbrauch und die COz-Emissionen. Insgesamt wird hierdurch die Verfahrenseffizienz signifikant erhöht. The variable setting of the heating rate ensures homogeneous heating behavior in the furnace depending on the layer thickness. The ability to variably set the heating rates means that the heating rates can be reduced below 530 °C and increased above 530 °C, especially between 530 °C and 670 °C. This shortens the furnace residence time, reduces energy consumption and CO2 emissions. Overall, this significantly increases the process efficiency.
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