CN101583486B - 涂覆的钢带材、其制备方法、其使用方法、由其制备的冲压坯料、由其制备的冲压产品和含有这样的冲压产品的制品 - Google Patents
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Abstract
具有明确限定和均匀厚度的涂覆钢，其对于通过热冲压制备产品是有用且有利的。当进行随后的点焊步骤时，通过热冲压这样的钢制备的产品是特别有利的。
Description
发明领域
本发明特别涉及涂覆钢，制备这样的涂覆钢的方法包括热浸，使用这样的涂覆钢的方法，由涂覆钢制备的冲压坯料，由涂覆钢制备的冲压产品，还涉及本发明产品的各种用途，例如在点焊中的用途等。
本发明的另外优点及其它特征将部分地在随后说明书中提出，且通过参阅下面说明书，部分地对于本领域中普通技术人员将变得明显，或可从实施本发明的过程中获悉。特别如所附权利要求所指出，可实现和获得本发明的优点。将意识到，本发明可具有其它的和不同的实施方案，其多个细节能够在多个明显方面加以改变，而不背离本发明。认为说明书本质上是说明性的，而不是限制性的。
发明背景
近年来，在成型部件的热冲压方法中使用预涂覆钢变为重要，特别是在汽车工业中。制备这样的部件可包括以下主要步骤：
-通过热浸对钢片材进行预涂覆
-修整(trim)或切割以获得坯料
-加热坯料以获得钢基材与预涂层的合金化，及钢的奥氏体化
-热成型后快速冷却部件以获得主要马氏体的组织
参见例如US6,296,805，在此通过引用将其并入本文。
由于预涂层与钢基材的合金化具有产生高熔融温度的金属间合金的效果，因此可以在金属基材发生奥氏体化的温度范围内加热具有这样的涂层的坯料，允许通过淬火而进一步硬化。
考虑到涂层的金属间合金化和基材的奥氏体化，最通常在炉子中进行坯料的热处理，其中坯料在辊子上进行传输。坯料经历的热循环包括第一加热阶段，其速率是参数例如坯料厚度、炉温、传输速度和涂层反射率的函数。在该加热 阶段之后，热循环通常包括保温阶段，其温度是炉子的调节温度。然而进行炉子操作时会经历问题：来自坯料预涂层的金属沉积物可导致辊子结垢。如果这些沉积物过多，则必须对辊子进行维修，从而降低生产率。
加热和快速冷却后获得的部件显示出非常高的机械抗力(resistance)，并可用于结构应用，例如用于汽车工业应用。通常，必须将这些部件与其它部件焊接，因此需要高的可焊性。这意味着：
-在足够宽的操作范围焊接操作应是可进行的，以确保标称焊接参数的最终变化对于焊接品质没有影响。对于汽车工业中非常普遍的电阻焊接，通过组合下面参数来限定操作焊接范围：在焊接期间中施加于部件的力F和焊接电流强度I是最重要的。这些参数的适当组合有助于确保不会获得不足的熔核直径(由过低的强度或过低的力导致)和不发生焊接喷溅(expulsion)。
-还应进行焊接操作使得在焊缝上获得高的机械抗力。可通过试验例如通过剪切-拉伸试验或横向-拉伸试验来评估该机械抗力。
仍需要通过冲压工艺可方便地用于制备成形部件的涂覆钢。还需要可通过适于焊接的冲压工艺用于制备成形部件的涂覆钢。还需要制备这样的涂覆钢和冲压部件的方法。
发明概述
发明人已经发现特定的涂覆钢，其中基础钢带材的至少一个侧面上至少部分涂覆有铝或铝合金涂层(有时称之为“预-涂覆”，该前缀表明在冲压前的热处理期间将会发生预涂层性质的转变)，且其中该涂层具有限定厚度并优选基本上是均匀的，在加热后通过冲压将该涂覆钢方便地成型为成形部件，并且可以方便地进行焊接。此外，发明人已经发现通常由于基材和金属预涂层之间的金属间合金化不充分程度而导致上述辊子结垢问题。此外发现，辊子结垢的位置对应于与辊子接触的坯料区域，其中金属预涂层厚度局部超过平均厚度。尽管不束缚于特定理论，然而相信，如果预涂层局部过厚，则金属间合金化不充分，且预涂层熔融，使辊子结垢。因此发明人发现，为了获得所需金属间合金化程度，在指定公差内控制整个片材上方的预涂层厚度的均匀性是重要因素，允许改善在辊子上传输期间对随后涂层熔融的抵抗性。
发明人还发现，镀铝和热冲压的部件特别好的可焊性与部件上从钢基材向 外的特定涂层顺序有关。
发明人还发现，在加热炉和冲压模具之间的转移时间、冲压期间的变形量、冲压温度、冲压期间产品的冷却速率的特定组合，导致具有充分均匀的马氏体组织的部件的制备，及通过使硫减少到低于临界值获得冲压后部件的延展性或能量吸收的增加，通过具有或不具有本发明的铝/铝合金涂层和具有其它涂层获得上述两个优点。
发明目的
因此，鉴于上述内容，本发明的一个目的是提供可便于加工成冲压坯料的新型预涂覆钢带材。
本发明的另一目的是提供可便于通过冲压形成部件的新型预涂覆钢带材或片材。
本发明的另一目的是提供可便于通过热冲压形成部件的新型涂覆钢。
本发明的另一目的是提供制备这样的涂覆钢的新方法。
本发明的另一目的是提供由这样的涂覆钢制备的新型冲压坯料。
本发明的另一目的是提供制备这样的冲压坯料的新方法。
本发明的另一目的是提供由这样的涂覆钢制备的新型冲压部件。
本发明的另一目的是提供制备这样的冲压部件的新方法。
本发明的另一目的是提供制备含有这样的冲压部件的新制品，例如机动车。
本发明的另一目的是提供新型冲压部件。
本发明的另一目的是提供制备焊接冲压部件的新方法。
本发明的另一目的是提供含有这样的焊接冲压部件的新制品，例如机动车。
本发明的另一目的是提供新型焊接涂覆钢和焊接冲压坯料。
本发明的另一目的是提供制备这样的焊接涂覆钢和焊接冲压坯料的新方法。
通过下面的详细说明，将清楚这些及其它目的。
附图简要描述
图1图解了热处理和冲压后的本发明涂覆部件的优选实施方案。钢基材上涂层的层顺序是：(a)相互扩散层；(b)中间层；(c)金属间化合物层；和(d)表 面层。该设置特别有利于部件的进一步焊接。
图2图解了在热处理和冲压后的与本发明并不对应的钢基材的涂层。这样的层顺序(相互扩散层和金属间化合物层)在电阻点焊中产生差的结果。
图3图解了不根据本发明的条件进行热冲压和冷却的钢部件的显微组织。
图4图解了根据本发明一组优选条件进行热冲压和冷却的钢部件的显微组织。
图5图解了硫对于热冲压后部件弯曲角度的影响。
图6图解了硫对于热冲压后部件断裂起始能量的影响。
图7显示了对于总厚度为0.7-1.5mm和1.5-3mm的片材，提供对于焊接特别有利涂层的炉温条件与炉中总停留时间的函数关系。
优选实施方案的详细说明
如上所述，发明人发现特定的涂覆钢，其中基础钢在至少一个侧面至少部分预涂覆有铝或铝合金的涂层，且其中预涂层具有限定厚度且基本上均匀，通过冲压易于形成为成形部件，该涂覆钢构成本发明的一个基础。
在本发明的上下文中，术语基础钢的带材或片材等的第一侧面(或侧面1)和第二侧面(或侧面2)，指的是两个大的、相对面向的、具有由基础钢带材的长度和宽度限定的表面区域的表面。相反，基础钢带材的侧缘是两个小的、相对面向的、具有由带材的长度和厚度限定的表面区域的表面。基础钢带材的顶缘和底缘是两个小的、相对面向的、具有由带材的宽度和厚度限定的表面区域的表面。在下文中，tp表示在片材或坯料侧面1和2上任何给定位置的预涂层厚度。特别在两侧面1和2上均进行涂覆的片材情况下，tp1表示侧面1上的厚度，tp2表示侧面2上的厚度。
根据非常优选的实施方案，将tp控制在由(tpmin、tpmax)表示的准确范围内，以改善辊子的抗结垢性。优选地，控制带材或片材纵向(或轧制方向)及横向的厚度。
对于辊子结垢问题，控制直接与辊子接触的片材或坯料侧面上的预涂层厚度是特别重要的。因为在钢片材涂覆步骤后可以进行不同的操作(例如热浸涂，其提供涂覆的侧面1和2)，优选仔细控制片材两个侧面上的预涂层。例如，在卷曲、操纵、切割、冲压等中的任何操作之后，侧面1和2可能不易辨认。但 当在已涂覆的片材的两个侧面(第一侧面和第二侧面)上进行tp控制的时候，因为任一侧面都不会使辊子结垢，所以无需追踪侧面1和2。此外，无需修整片材以获得具有更均匀预涂层厚度的优选的更小片材，从而提供通过例如热浸进行预涂覆的片材。换言之，当控制目标钢片材或坯料的第一侧面的最小和最大预涂层厚度(tpmin1、tpmax1)和第二侧面的最小和最大预涂层厚度(tpmin2、tpmax2)时，获得了重要的益处。
本文中，热浸涂覆钢是优选的钢。然而，不管涂覆方法如何，能够在涂覆操作后直接在涂覆线上连续测量和监测片材一个侧面或两个侧面上的预涂层厚度。这可以通过本身已知的装置例如依靠X射线吸收的厚度测量计得以实现。每时每刻，可以在指定位置进行厚度的测量，例如在表示被X射线辐射区域尺寸的几百mm2区域上。
在优选实施方案中，在带材横向上在不同距离处设置多个这样的装置，以获得沿带材宽度预涂层厚度的分布(profile)。
发明人发现，当第一侧面(tpmin1、tpmax1)和第二侧面(tpmin2、tpmax2)之中的至少一个的最小和最大厚度分别等于20和33微米(微米同μm，是长度公制单位，等于一米的百万分之一)时，改善了炉中辊子的抗污染或结垢性。换言之，在优选实施方案中，在片材或坯料至少一个侧面的每个位置上，预涂层厚度tp优选为20-33微米厚度，包括21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31和32微米及其间的全部范围和子范围，并包括每个列出值间的所有数值，如完全给出的那样(例如22.34微米)。对于热浸涂覆，在涂覆后、例如在带材或片材离开镀浴之后，例如使用喷嘴吹气系统并借助于带材的平坦，能够在操作线上实现该预涂层厚度范围的准确控制。喷嘴的数目、几何形状和位置及流速是准确控制厚度tp的主要参数。通过本申请公开内容，本领域普通技术人员能够如本文所述地控制预涂层厚度，而不需过度劳动。
本发明涉及工业条件下生产的带材，即在长度大于100m、宽度大于600mm的宽表面带材上有效控制预涂层厚度。以这种方式，从这些带材切割或修整出的坯料显示出非常高的预涂层厚度均匀性，无需改变炉中的热处理设定以适于该厚度的最终变化。
不受特定操作理论约束，发明人相信本发明的几个优点与预涂层厚度范围有关，例如：
-对于小于20微米的预涂层厚度，在坯料加热期间形成的合金化层具有不充分的粗糙度。从而，随后的涂料在该表面上的附着性低，且抗腐蚀性降低。
-如果在片材给定位置处的预涂层厚度大于33微米，则风险在于，在该位置和预涂层较薄的一些其它位置之间的厚度差变得过于重要：炉内热处理的设定可适于较薄数值的预涂层，而不适于较厚数值的预涂层。于是，因为元素在预涂层中的平均扩散距离明显小于预涂层厚度的局部值，所以形成金属间合金的合金化反应的程度可能不充分。因此，将更难以在外部(或表面)部分进行合金化，特别在高加热速率的情况下。
因此，在第一实施方案中，本发明提供特定的涂覆钢带材，其包含基础钢带材和在基础钢带材一个侧面的至少部分上的铝或铝合金的预涂层。对于许多应用，基础钢带材可包含可涂覆有铝或者铝合金的任何种类钢。然而，对于特定应用，例如汽车的结构部件，优选基础钢带材包含超高强度钢(UHSS)。在这样的情况下，特别优选基础钢带材包含硼钢。
发明人还发现，如果在由已经进行金属间合金化、奥氏体化和热冲压的坯料制得的部件上获得的涂层显示出独特的性能，那么会获得好的焊接结果。必须指出的是，该涂层不同于起始预涂层，因为热处理引起了钢基材的合金化反应，这改变了预涂层的物理化学性质和几何结构：在这方面，发明人已经发现，镀铝且热冲压部件的特别好的可焊性与(从钢基材向外的)部件上涂层的以下顺序有关：
-(a)相互扩散层，
-(b)中间层，
-(c)金属间化合物层，
-(d)表面层。
例如参见图1。在优选实施方案中，这些层如下：
-(a)相互扩散层，优选具有中等硬度(例如，HV50g在290-410之间，HV50g指的是在50克载荷下测量的硬度)。在优选实施方案中，该层具有以重量计的以下组成：86-95％Fe、4-10％Al、0-5％Si
-(b)中间层(HV50g约900-1000，例如+/-10％)
在优选实施方案中，该层具有以重量计的以下组成：39-47％Fe、53-61％Al、0-2％Si
-(c)金属间化合物层，硬度HV50g约580-650，例如+/-10％)。在优选实施方案中，该层具有以重量计的以下组成：62-67％Fe、30-34％Al、2-6％Si
-(d)表面层(HV50g约900-1000，例如+/-10％)。在优选实施方案中，该层具有以重量计的以下组成：39-47％Fe、53-61％Al、0-2％Si
在优选的实施方案中，层(a)到(d)的总厚度大于30微米。
在另一优选实施方案中，层(a)的厚度小于15微米，例如14、12、10、8、6、4、2或1微米，其间的所有整数、范围和子范围，包括介于每个所列数值间的所有数字，如完全给出的那样(例如，13.84微米)。
发明人已经发现，当层(c)和(d)基本上连续(即：占相应于所考虑层的至少90％水平)并当少于10％的层(c)存在于部件的最外表面时，特别获得高的可焊性。不束缚于理论，认为这种特别的层布置，特别是层(a)以及层(c)和(d)，通过它们固有特征和通过粗糙作用影响涂层的电阻。因此，这种特别的设置影响电流、在表面处产生的热和在点焊起始阶段的熔核形成。
例如，当在炉中将铝或铝合金预涂覆的、且厚度范围为例如0.7-3mm的钢片材加热3-13分钟(该停留时间包括加热阶段和保温时间)加热到温度880-940℃时，获得这种有利的层布置。在图7中可见导致这样的有利层布置的其它条件：
对于总厚度大于或等于0.7mm且小于或等于1.5mm的片材，优选的处理条件如图7所示：落在图形“ABCD”界限内的条件(炉温、炉中的总停留时间)
对于总厚度大于1.5mm且小于或等于3mm的片材，优选的处理条件如图7中通过图形“EFGH”所示(炉温、炉中的总停留时间)。
对于生产有利的合金化层布置，加热速率Vc为4-12℃/s。在这方面，“加热速率”反映置于预热炉中的预涂覆钢所经历的升温。将Vc限定为20-700℃之间的平均加热速率。发明人已经发现将Vc控制在该准确范围内是关键因素，因为它直接控制形成的合金化层的性质和形态。本文强调的是，加热速率Vc不同于平均加热速率，后者是室温和炉温之间的加热速率。包括6、7、8、9、10、和11℃/s的速率及其间的所有数字、范围和子范围，并包括每个列出值之间的所有数字，如同完全给出的那样(例如，7.7℃/s)。在这方面，图7中规定的所有条件在此通过引用而并入。特别优选的条件是：
(对于0.7-1.5mm厚度)
-930℃，3分钟至6分钟；
-880℃，4分钟30秒至13分钟
(对于1.5-3mm厚度)
-940℃，从4分钟至8分钟；
-900℃，从6分钟30秒至13分钟
厚度为20-33微米的预涂层具有特别的优点，因为该厚度范围产生有利的层布置，并因为预涂层厚度的均匀性与在合金化(alliation)处理后形成的涂层均匀性有关。
然后将加热的坯料转移到模具，热冲压以获得部件或产品，并以大于30℃/s的速率进行冷却。本文中，冷却速率定义为加热的坯料离开炉到降至400℃之间的平均速率。
基础钢带材涂覆有铝或者铝合金。在本领域中商业纯铝被称为2型铝，而在本领域中具有5-11重量％硅的铝合金被称为1型铝。硅的存在是为了抑制厚的铁-金属的金属间层的形成，该层降低附着性和可成型性。在本文中，与铝一起使用的其它合金化元素包括2.5-3重量％铁、以重量计15-30ppm钙，包括其两种或多种与铝的组合。
用于Al-Si涂层的典型金属浴通常在其(以重量计)基本组成中含有：8％-11％硅、2％-4％铁、余量铝或铝合金，和在处理中固有的杂质。Al-Si涂层的典型组成是：Al-9.3％Si-2.8％Fe。然而，本发明涂层不局限于这些组成。
在本文中使用的基础钢带材可以为能够通过常规涂覆技术进行涂覆的任何钢带材。例如，基础钢带材可为任何的热轧带材，例如通过热轧钢坯料(随后进行或不进行冷轧)制备的热轧带材。典型地，基础钢带材在形成涂层之前和之后以卷材形式进行储存和转移。
用于基础钢带材的优选钢的例子具有以重量计的下述组成：
0.10％＜碳＜0.5％
0.5％＜锰＜3％
0.1％＜硅＜1％
0.01％＜铬＜1％
钛＜0.2％
铝＜0.1％
磷＜0.1％
硫＜0.05％
0.0005％＜硼＜0.010％，
余量包括铁和在处理中固有的杂质，基本上由铁和在处理中固有的杂质组成，或由铁和在处理中固有的杂质组成。使用这样的钢在热处理后提供非常高的机械抗力，且铝基涂层提供高的抗腐蚀性。
特别优选地，基础钢带材中的钢以重量计的组成为如下：
0.15％＜碳＜0.25％
0.8％＜锰＜1.8％
0.1％＜硅＜0.35％
0.01％＜铬＜0.5％
钛＜0.1％
铝＜0.1％
磷＜0.1％
硫＜0.05％
0.002％＜硼＜0.005％，
余量包括铁和在处理中固有的杂质，基本上由铁和在处理中固有的杂质构成，或由铁和在处理中固有的杂质构成。
本文中，优选的带材是100m长且600mm宽。优选的厚度为0.7-3mm。
更优选地，在片材以重量计的组成中，钛含量相对于氮含量的重量比超过3.42，认为在此水平上硼不再能与氮结合。
用于基础钢带材的优选的市购钢的例子是22MnB5。
可以在根据本发明的钢组成中添加铬、锰、硼和碳以影响淬硬性。此外，由于碳影响马氏体的硬度，因此碳使得能够获得高的机械性能。
将铝引入组成中，以在液态下进行脱氧并保护硼的有效性。
引入钛(钛含量相对于氮含量的比例应该超过3.42)以便例如抑制硼与氮的结合，而使氮与钛结合。
合金化元素Mn、Cr、B使得具有淬硬性，从而允许在冲压工具中硬化或在热处理时使用温和的硬化流体来限制部件的变形。另外，从可焊性的观点对本发明的组成进行优化。
片材中的钢可经历用钙进行的硫化物球化处理，这具有改善片材的抗疲劳性的作用。
如上所述，利用根据本发明的涂覆并热冲压的钢片材可提供超高强度。这样的高强度水平有时与有限的延展性有关。在需要较高延展性的应用中，特别是当需要部件或产品能够进行弯曲时，发明人发现，如果特别控制硫，则能够获得提高的延展性：当基础钢的硫水平低于或等于0.002％(20ppm)时，弯曲角度能够大于60°，并且对于热处理且冲压的部件获得了提高的延展性和抗撕裂性。优选的水平包括20、18、15、13、10、8、5、2等ppm的硫。实际上，这样的优点通常适于钢，并不局限于涂覆的钢或涂覆有Al或Al合金涂层的钢。不束缚于特定理论，当分析一些部件在弯曲操作中过早失效的原因时，发明人观察到失效起始于硫化物夹杂物。因此相信，夹杂物和马氏体或贝氏体-马氏体基质之间的脱离充当了应力集中的因素，并且引发以延展方式的进一步裂纹扩展。
本发明还涉及生产部件的方法，由本发明的涂覆片材开始，然后切割成坯料，在成型后，以超过4℃/秒但低于12℃/秒的速度对坯料的涂层进行升温。加热速率Vc定义为20-700℃之间的平均速率。
本发明还涉及热轧钢片材的用途，这时可将其冷轧和涂覆，用于陆用机动车辆的结构部件和/或抗侵入或子结构部件，例如保险杠、门加固件、轮辐条等。
能够通过热轧机处理获得上述根据本发明的片材，根据所需的最终厚度，任选可再一次进行再冷轧。然后，例如通过在除铝源/合金外还含有例如8％-11％硅和2％-4％铁的浴中进行浸渍而对其涂覆铝基涂层，在热处理后片材具有高机械抗力，高抗腐蚀性以及好的涂布和胶粘能力。
优选如上控制涂层，且涂层特别具有保护基础片材在各种条件下抵抗腐蚀的作用。在热成型处理时或在成型后应用的热处理使得能够获得高机械特性，其可超过1500MPa机械抗力和1200MPa屈服应力。最终机械特性是可调节的，并特别取决于组织的马氏体分数、钢的碳含量和热处理。在最终部件进行热处理时或在热成型处理时，涂覆形成具有如下性质的层：大的抗磨蚀性、抗磨损性、抗疲劳性、抗冲击性及好的抗腐蚀性和好的涂布与胶粘能力。涂覆使得能够避免不同的表面调制操作，例如对于钢片材进行无需任何涂覆的热处理。
在酸洗后，能够通过在例如仅含有铝、或含有铝和8％-11％硅和2％-4％铁、 或含仅有2％-4％铁的铝浴、或者在优选含有9％-10％硅和2％-3.5％铁的铝浴中浸渍而对钢片材进行预涂覆。铝可为铝本身或铝合金。
在通过在含有铝比例约90％的铝合金的金属浴中浸渍对片材进行涂覆的实施例中，涂层包含与钢表面接触的第一合金层。直接与片材表面接触的该层与铁高度合金化。
在第一层之上的第二涂层含有约90％铝，并可含有硅和少量铁，取决于浴组成。
在制备部件的冷成型操作期间，当片材承受高应变时，第一合金层可能开裂。
根据本发明，在部件成型后，以超过4℃/秒的速度对涂层进行升温。这样的升温能够使铝快速再熔融，填充由部件成型操作而产生的裂纹。
在热处理时，例如铝基层涂层转变成与铁合金化的层，并且取决于热处理而包含不同的相，且具有可超过600HV50g的可观硬度。
本发明的另一优点在于涂层中的铁在高温下开始扩散。因此在片材中的涂层和钢之间具有更好的结合。在本发明的另一形式中，可在严重变形区域局部进行热处理。
根据本发明，以卷材或片材形式进行转移的、且厚度可为0.25-15mm的片材，具有好的成型性能和好的抗腐蚀性以及好的涂布或胶粘能力。优选地，钢片材或钢坯具有小于3mm的厚度，因为在淬冷后可获得的冷却速率高，并有助于获得马氏体组织。
钢片材(涂覆的产品)在成型和热处理期间以及在最终部件的使用期间在转移状态下具有大的抗腐蚀性。
在部件热处理时涂层的存在使得能够抑制基础金属的任何脱碳和任何氧化。特别对于热成型情况，这是不可否认的优点。此外，已处理部件的加热不需要具有受控气氛的炉子以抑制脱碳。
片材中金属的热处理包含在炉中在Ac1(即加热时奥氏体转变的起始温度)例如750℃和1200℃间的温度范围加热一定时间，时间取决于到达到的温度和坯料的厚度。优化组成以在热处理时限制晶粒生长。如果所需结构完全是马氏体，则保温温度应超过Ac3，例如840℃，即奥氏体转变结束的温度。保温后应进行冷却以调整最终所需组织。
之后将坯料从炉中转移到冲压机中。在坯料离开炉和进入冲压机之间的经历时间多于10秒时，容易出现从奥氏体进行的部分转变：如果希望获得完全马氏体组织，则离开炉和冲压之间的转移时间应小于10s。
发明入还发现，获得完全马氏体组织与热成型操作中的变形量相关：由热成型导致的局部变形量与部件或产品的形状密切相关，在一些特定区域可局部超过40或50％。本发明人发现，当局部应变超过临界值10％时，冷却速率必须足够高以获得完全马氏体转变。否则，可大量发生贝氏体转变代替马氏体转变。因此风险在于：在具有复杂形状的部件上的比其它位置发生更多变形的一些位置处出现不均匀组织。在这方面，发明人证实，在成型应变高于10％的部件位置处，必须增加冷却速率超过50℃/s以确保完全马氏体转变。冷却速率定义为在加热的坯料离开炉和降至400℃之间的平均速率。
但也可通过在Ac1(例如750℃)和Ac3(例如840℃)之间的温度范围进行加热，之后进行适合的冷却来试图获得铁素体-贝氏体或铁素体-马氏体组织。根据要获得的抗力水平和应用的热处理，这些组分中的一种或几种以可变比例存在。
对于给定组成，调节热处理参数使得能够根据所需厚度获得不同水平的热片材和冷片材抗力。对于最高抗力水平，该组织主要由马氏体构成。
该钢特别适合于生产结构和抗侵入部件。
因此本发明能够生产所需厚度的、涂覆的、具有大的成型能力的热轧或冷轧钢片材，在对最终部件进行热处理后，能够获得超过1000MPa的机械抗力、大的抗冲击性、抗疲劳性、抗磨蚀性、抗磨损性，同时保持好的抗腐蚀性以及好的焊接、涂布和胶粘能力。
现在通过特定示例性实施方案进一步描述本发明，这些实施方案并不意图进行限制。
实施例
实施例1：
在执行的第一实施例中，对含有以重量计：0.23％碳、1.25％锰、0.017％磷、0.002％硫、0.27％硅、0.062％铝、0.021％铜、0.019％镍、0.208％铬、0.005％氮、0.038％钛、0.004％硼、0.003％钙的1.9mm厚冷轧钢片材预涂覆组成为9.3％硅、 2.8％铁、余量是铝和不可避免的杂质的铝基合金。根据制备条件，即设置操作线上的吹风设备，生产120m长和650mm宽且具有各种厚度的片材。
-片材A(根据本发明)：控制片材每侧上的厚度tp1和tp2在(20-33)微米范围即在片材两个表面的每个位置上、沿纵向(或轧制)方向和横向。通过根据X射线发射的厚度测量计连续进行测量。每时每刻，每个测量计测量的光斑是约20mm半径的圆形区域。之后，将片材切割成总尺寸为1.2×0.5m2的坯料。
-片材B(参比)：在这些片材上，预涂层厚度具有较宽的可变性，因为片材两侧的厚度tp1和tp2在(30-45)微米范围内。从这些片材切割出的坯料显示出相同预涂层厚度。
然后将坯料在T＝920℃炉中进行加热。加热时间是3分钟，保温时间4分钟。这时显微组织完全是奥氏体。之后将坯料从炉转移至冲压机。在坯料离开炉和送入冲压机之间的经历时间多于10秒时，容易出现从奥氏体的部分转变，从而降低冲压部件的机械抗力。
之后，使坯料直接进行冷却而不热冲压，以便评价涂层的最终再熔融。
在系列A上，没有发现预涂层熔融。在预涂层和钢基材之间完全发生金属间合金化。
在系列B上，预涂层主要发生合金化，但发现再熔融的一些痕迹，特别在先前预涂层较厚的位置处。这样的铝预涂层的部分再熔融促进炉中辊子的逐渐结垢。根据本发明的片材不会在辊子上造成这种逐渐积累。
实施例2：
i)根据本发明的条件：在执行的第二实施例中，制备1.2mm厚、120m长和650mm宽的冷轧钢片材，其具有与实施例1相同的组成和相同的预涂层。之后，将片材切割成坯料，将坯料在920℃加热6分钟，该时间包括加热阶段和保温时间。20-700℃之间的加热速率Vc是10℃/s。最后将坯料进行热冲压和淬冷以获得完全马氏体组织。
热冲压后获得的部件覆盖有40微米厚的涂层，该涂层具有4层结构，如图1所示。从钢基材开始，所述层是：
-(a)相互扩散层或金属间化合物层，17微米厚。该层本身由两个子层构成。硬度HV50g为295-407，平均组成是：90％Fe、7％Al、3％Si。
-(b)中间层，看起来较暗，8微米厚。该层具有940HV50g的硬度，以重量计平均组成是：43％Fe、57％Al、1％Si。
-(c)金属间化合物层，呈淡色相，8微米厚，具有610HV50g的硬度，平均组成是65％Fe、31％Al、4％Si
-(d)较暗的表面层，7微米厚，950HV50g，平均组成是45％Fe、54％Al、1％Si
层(c)和(d)是准连续的，即占相应于所考虑层的至少90％水平。特别地，层(c)不延伸到最外表面，除非很例外的情况。总之，该层(c)占据最外表面的小于10％。
ii)参比的条件：另一方面，以不同条件在炉中加热具有相同基础材料和预涂层部位的坯料：将坯料加热到950℃持续7分钟，该时间包括加热阶段。加热速率Vc是11℃/s。这些条件相应于比条件(i)更重要的合金化程度
-在该涂层中，淡色的金属间化合物层(c)是不连续的，并且呈现为分散在涂层内。该层的约50％存在于部件的最外表面。此外，与钢基材接触的10微米厚的相互扩散层比在图1中的先前情况中更薄。
在两种情况i)和ii)中进行电阻点焊：
-(i)：用准连续的层(c)和(d)涂覆，层(c)占最外表面的少于10％
-(ii)：用混合和不连续层涂覆，层(c)占最外表面的多于10％。
通过将两个部件叠置并将它们接合在下列条件下进行电阻点焊：
-挤压力和焊接力：4000N
-挤压时间：50个周期
-焊接和保持时间：分别为18个周期
在每种条件下，测定适合的强度范围以获得：
-在焊接期间没有喷溅
-合格的熔核尺寸。
对于条件i)，以电流强度表示的可焊性范围为1.4kA。对于条件ii)，可焊性范围极小。
因此可见，根据本发明的涂层产生显著更令人满意的结果。
实施例3：
在执行的第三实施例中，将实施例1的冷轧钢片材切割成500×500mm2坯料，将坯料在920℃加热6分钟，然后在工具中热冲压和冷却，在这样的条件下获得两种不同的冷却速率：
-(A)：冷却速率：VA＝30℃/s
-(B)：冷却速率：VB＝60℃/s
由于部件形状，在热冲压期间产生不同的变形水平ε。特别地，应变程度大的一些区域表现出高于30％的变形水平。
-如图3所示，金相观察揭示了当ε＞10％时，以VA＝30℃/s冷却的部件主要在先前奥氏体晶界上发生部分贝氏体或铁素体转变。另一方面，以VB＝60℃/s冷却的部件显示出如图4所示的完全马氏体显微组织。在有机械性能要求(solicitation)的情况下，后者组织显示出优异的机械抗力和好的均匀性。
因而，甚至在应变大于10％的产品或部件中，实施根据本发明的冷却确保显微组织和机械性能的均匀性。
实施例4：
在执行的第四实施例中，制备了含有不同硫值的钢铸件。将这些钢进一步热轧，然后将钢冷轧成2.2mm厚的片材。以重量计，硫含量从11ppm(0.0011％)变化到59ppm(0.006％)。除硫外，这些不同钢铸件的组成以重量计包含：0.24％碳、1.17％锰、0.01％磷、0.25％硅、0.045％铝、0.01％铜、0.02％镍、0.2％铬、0.04％钛、0.003％硼、0.002％钙、余量铁和不可避免的杂质。
用组成包括9.3％硅、2.8％铁、余量铝和不可避免杂质的铝基合金对这些片材进行预涂覆。
然后将片材切割成坯料，将该坯料在950℃加热5分钟，然后在工具中热冲压和冷却以获得完全马氏体组织。机械抗力超过1450MPa。
根据轧制方向的横向选取样品，并以交替弯曲方式进行弯曲试验。发明人证实，临界弯曲角(断裂时的角度)与钢的含硫量密切相关。当含硫量低于0.002％时，弯曲角超过60°，表明较高的延展性和能量吸收。
还根据横向轧制方向选取紧凑拉伸试验类型的样品以测量抗撕裂性，即，已有裂纹萌生或扩展所必需的能量。如图6所示的结果表明当含硫量低于0.002重量％时，获得高于18焦耳的萌生能量。
因为在汽车工业中需要高抗力、高能量吸收和可焊性这些特性，根据本发明制备的部件或产品将有利地用于这样的应用。
尽管对于理解本发明来说，上述说明是清楚的，然而用于下面所列出的优选实施方案和权利要求中的以下术语具有下文给出的含义以免任何混淆：
预涂层-涂覆在或位于至少部分基础钢带材或片材等上的材料(Al或Al合金)，以形成预涂层/基础复合物，在涂覆Al或Al合金材料和基础钢之间，使复合物不发生合金化反应；
合金化-预涂层和基础钢之间的反应以产生组成不同于基础钢和预涂层两者的至少一层中间层。于恰好在热冲压前的热处理期间发生合金化反应。合金化反应影响预涂层的总厚度。在非常优选的实施方案中，合金化反应形成如上所述的以下层：(a)相互扩散层、(b)中间层、(c)金属间化合物层和(d)表面层；
预涂覆钢-预涂层/基础的复合材料，在涂覆材料和基础钢之间不进行合金化反应；
涂层-在预涂层和基础钢之间进行合金化反应后的预涂层。在非常优选的实施方案中，涂层包括如上所述的层：(a)相互扩散层、(b)中间层、(c)金属间化合层和(d)表面层；
涂覆钢或产品-在预涂覆层和基础钢之间已经进行合金化反应的预涂覆的钢或产品。在非常优选的实施方案中，涂覆钢是基础钢的带材或片材等，该基础钢在其上具有如上所述本发明的涂层，包括如下层：(a)相互扩散层、(b)中间层、(c)金属间化合物层和(d)表面层；
坯料-从带材切割出的型材。
产品-冲压的坯料。
因此，本发明特别提供了以下的优选实施方案：
1.制备热冲压涂覆钢片材产品的方法，包括：
(A)在预热到一定温度的炉中加热铝或铝合金预涂覆的钢片材并持续一定的时间，如果所述片材的厚度大于或等于0.7mm且小于或等于1.5mm，则由图7中的图形ABCD限定所述温度和时间，如果所述片材的厚度大于1.5mm且小于或等于3mm，则由图7的图形EFGH限定所述温度和时间，在20℃至700℃间的加热速率V。为4-12℃/s，以获得加热的坯料；
(B)将所述加热的坯料转移到模具中；和
(C)在所述模具中冲压所述加热的坯料，从而获得热冲压的钢片材产品，并且
其中所述加热的产品在离开所述炉与降至400℃之间以至少30℃/s的平均速率进行冷却。
2.根据实施方案1的制备热冲压涂覆钢片材产品的方法，其中在所述加热的坯料在离开所述炉和所述冲压开始之间的经历时间不多于10秒，和
其中在所述冲压期间，所述加热的坯料变形量高于10％，且在所述加热的产品在离开所述炉与降至400℃之间以至少50℃/s的平均速率进行冷却。
3.根据实施方案1或2的制备热冲压涂覆钢片材产品的方法，其中通过用铝或铝合金对具有第一侧面和第二侧面的钢带材进行热浸预涂覆来获得所述预涂覆钢片材，所述带材的所述第一侧面和第二侧面的至少之一上的预涂层厚度在所述带材的所述第一侧面和第二侧面的至少之一上的每个位置处具有20-33μm的厚度；
切割所述预涂覆钢带材以获得片材；
4.涂覆钢冲压产品，包含：
(a)具有第一侧面和第二侧面的基础钢带材；和
(b)在所述基础钢带材的所述第一侧面和所述基础钢带材的所述第二侧面的至少之一上的涂层，其中：
(i)所述涂层由所述基础钢与铝或铝合金预涂层之间的相互扩散产生，
(ii)由基础钢向外，所述涂层包含，
-(a)相互扩散层
-(b)中间层
-(c)金属间化合物层
-(d)表面层
其中所述涂层具有大于30微米的厚度，且其中所述层(a)具有小于15微米的厚度。
5.根据实施方案4的涂覆钢冲压产品，其中所述层(c)和(d)因占相应于所考虑的所述层的至少90％水平而是准连续的，其中在产品最外表面存在少于10％的层(c)。
6.根据实施方案4或5的涂覆钢冲压产品，其中带材中的钢包含以于总重量计的下面组分：
0.15％＜碳＜0.5％
0.5％＜锰＜3％
0.1％＜硅＜0.5％
0.01％＜铬＜1％
钛＜0.2％
铝＜0.1％
磷＜0.1％
硫＜0.05％
0.0005％＜硼＜0.08％，
且还包含铁和在处理中固有的杂质。
7.根据实施方案4-6中任一项的涂覆钢冲压产品，其中带材中的钢包含以基于总重量计的下面组分：
0.20％＜碳＜0.5％
0.8％＜锰＜1.5％
0.1％＜硅＜0.35％
0.01％＜铬＜1％
钛＜0.1％
铝＜0.1％
磷＜0.05％
硫＜0.03％
0.0005％＜硼＜0.01％，
且还包括铁和在处理中固有的杂质。
8.根据实施方案4-7中任一项的涂覆钢冲压产品，其中钢包含20ppm或更少的硫。
9.根据实施方案4-8中任一项的涂覆钢冲压产品，其中钢片材中钛对氮的重量比例超过3.42。
10.根据实施方案4-9中任一项的涂覆钢冲压产品，其中铝或铝合金预涂层包含8-11重量％硅、2-4重量％铁、余量铝和在处理中固有的杂质。
11.陆用机动车辆，其包括根据实施方案4-10中任一项的热处理的涂覆钢产品。
12.陆用机动车辆，其包括根据实施方案1或3中任一项生产的热处理的涂覆钢产品。
上述记载的本发明描述提供了制备和使用本发明的方式和方法，使得任何本领域技术人员能够对其进行制备和使用，这使得能够特别提供构成原始说明书一部分的所附权利要求的主题。如上所使用的，语句“选自由...构成的组”、“选自”等包括指定材料的混合物。本文使用的术语例如“含有”等是开放式的术语，指的是“至少包括”，除非另外具体指出。所有本文提及的参考文献、专利、申请、试验、标准、文献、出版物、手册、文本、文章等在此通过引用并入本文。在提及数值界限或范围时，包括端点。此外，明确包括数值界限或范围内的所有值和子范围，如同明确写出的。提供上述说明书以使本领域技术人员能够制备或使用本发明，并针对具体应用和其需要而提供上述说明书。优选实施方案的各种变体对于本领域技术人员是显而易见的，本文限定的一般原则可以应用于其它实施方案和应用，而不脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不意图受限于所示实施方案，而是符合于本文公开的原则和特征相一致的最宽范围。
Claims (9)
1.制备热冲压涂覆钢片材产品的方法，包括：
(A)在预热到一定温度的炉中加热铝或铝合金预涂覆的钢片材并持续一定的时间，如果所述片材的厚度大于或等于0.7mm且小于或等于1.5mm，则所述温度和时间限定在图形ABCD内，该图形ABCD具有由A(3分钟，930℃)、B(6分钟，930℃)、C(13分钟，880℃)、D(4.5分钟，880℃)所限定的时间和温度坐标，如果所述片材的厚度大于1.5mm且小于或等于3mm，则所述温度和时间限定在图形EFGH内，该图形EFGH具有由E(4分钟，940℃)、F(8分钟，940℃)、G(13分钟，900℃)、H(6。5分钟，900℃)所限定的时间和温度坐标，在20℃至700℃间的加热速率Vc为4-12℃/s，以获得加热的坯料；
(B)将所述加热的坯料转移到模具中；和
(C)在所述模具中冲压所述加热的坯料，从而获得热冲压的钢片材产品，并且
其中在所述加热的坯料离开所述炉和所述冲压开始之间的经历时间不多于10秒，和
其中所述加热的坯料在所述冲压期间的变形量高于10％，且在离开所述炉与降至400℃之间以至少50℃/s的平均速率进行冷却。
2.根据权利要求1的制备热冲压涂覆钢片材产品的方法，其中通过用铝或铝合金对具有第一侧面和第二侧面的钢带材进行热浸预涂覆来获得所述预涂覆钢片材，所述带材的所述第一侧面和所述第二侧面的至少之一上的预涂层厚度在所述带材的所述第一侧面和第二侧面的至少之一上的每个位置处具有20-33μm的厚度；
切割所述预涂覆钢带材以获得片材。
3.通过权利要求1的方法制备的涂覆钢冲压产品，包含：
(a)具有第一侧面和第二侧面的基础钢带材；和
(b)在所述基础钢带材的所述第一侧面和所述基础钢带材的所述第二侧面的至少之一上的涂层，其中：
(i)所述涂层由所述基础钢与铝或铝合金预涂层之间的相互扩散产生，
(ii)由基础钢向外，所述涂层包含，
-相互扩散层，该相互扩散层具有以重量计的以下组成：86-95％Fe、4-10％Al、和0-5％Si
-中间层，该中间层具有以重量计的以下组成：39-47％Fe、53-61％Al、和0-2％Si
-金属间化合物层，该金属间化合物层具有以重量计的以下组成：62-67％Fe、30-34％Al、和2-6％Si
-表面层，该表面层具有以重量计的以下组成：39-47％Fe、53-61％Al、和0-2％Si
其中所述涂层具有大于30微米的厚度，且其中所述相互扩散层具有小于15微米的厚度；并且
其中所述金属间化合物层和所述表面层因占相应于所考虑的所述层的至少90％水平而是准连续的，其中在产品最外表面存在少于10％的所述金属间化合物层。
4.根据权利要求3的涂覆钢冲压产品，其中带材中的钢包括以基于总重量计的下面组分：
0.15％＜碳＜0.5％
0.5％＜锰＜3％
0.1％＜硅＜0.5％
0.01％＜铬＜1％
钛＜0.2％
铝＜0.1％
磷＜0.1％
硫＜0.05％
0.0005％＜硼＜0.08％，
且还包含铁和在处理中固有的杂质。
5.根据权利要求3或4的涂覆钢冲压产品，其中带材中的钢包含以基于总重量计的下面组分：
0.20％＜碳＜0.5％
0.8％＜锰＜1.5％
0.1％＜硅＜0.35％
0.01％＜铬＜1％
钛＜0.1％
铝＜0.1％
磷＜0.05％
硫＜0.03％
0.0005％＜硼＜0.01％，
且还包括铁和在处理中固有的杂质。
6.根据权利要求3或4的涂覆钢冲压产品，其中钢包含20ppm或更少的硫。
7.根据权利要求3或4的涂覆钢冲压产品，其中钢片材中钛对氮的重量比例超过3.42。
8.根据权利要求3或4的涂覆钢冲压产品，其中铝或铝合金预涂层包含8-11重量％硅、2-4重量％铁、余量铝和在处理中固有的杂质。
9.陆用机动车辆，其包括根据权利要求3-8中任一项的热处理的涂覆钢产品。
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