CN101932747A - 用于制造由具有铝硅涂层的钢制品构成的部件的方法以及由该方法制成的中间制品 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于制造由涂有铝硅防护涂层的钢制品构成的部件的方法以及一种中间制品，该中间制品在上述方法的过程中产生并且用于上述类型部件的制造。该方法包括：对涂有铝硅涂层的钢制品进行第一加热步骤，其中，热处理的温度和时间这样设定：使铝硅涂层仅部分地与钢制品的铁元素进行预先合金处理；在第二加热步骤中使钢制品加热到位于Ac1温度之上的加热温度，在该加热温度处，钢制品具有至少部分形成奥氏体的结构，其中，该第二加热步骤的温度和时间这样设定：使铝硅涂层在第二加热步骤的过程中全部与钢制品的铁元素进行完全合金处理；使加热到上述加热温度的钢制品加工成部件；以及对所得到的部件可控地进行冷却，从而生成淬火结构。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于制造由涂有铝硅防护涂层的钢制品构成的部件的方法。此外，本发明还涉及一种中间制品，该中间制品在上述方法的过程中产生并且用于上述类型部件的制造。
背景技术
在此所述类型的钢制品通常是指钢带或钢板，这样的钢带或钢板以公知的方式、例如通过热浸镀铝工艺而具有铝硅涂层。然而在此，上述钢制品还可以指预先成型的半制品，该半制品例如由钢板预先成型，而然后再成型加工成各种部件。
在实际应用中，通过铝硅涂层使由各种钢制品成型的部件防腐蚀。然而，铝硅防护涂层还可以在已经直接在钢基底镀层处理之后提供防腐作用、特别是防止氧化皮生成，并且在成型过程中该防腐作用得以保持。当成型工艺采用所谓的“模压淬火
”时，这一点尤为有效。
在模压淬火过程中，待成型的最初制品在成型之前到达至少部分形成奥氏体结构的温度，并且在热状态下进行成型加工。或者已经在热成型过程中或者直接紧接着热成型过程，然后使所得到的部件加速冷却，从而形成淬火结构。作为用于模压淬火的最初制品，可以采用诸如为板状坯料的平面制品，或者采用宽的预先成型或最后成型的半制品。
在进行模压淬火时，铝硅涂层避免了钢制品上氧化皮的生成，氧化皮能够在很大程度上阻止成型加工过程。以这种方式实现了，使高强度的、可调质处理的钢加工成部件，这样的部件在实际应用中特别能够承受较高的载荷。
为了实现上述目的所采用的典型的钢材在实际应用中公知表示为“22MnB5”。由这种钢材例如可以制成机动车车身部件，这种车身部件在具有很小的平面制品厚度并由此实现相对较轻重量的同时还必须具有很高的强度。同理，还能够采用其它的钢材进行模压成型淬火处理，这些钢材例如为根据DIN EN 10327组合类型的公知商业标识为“DX55D”的深拉钢，以及根据DIN EN 10292合金而成的商业称为“HX300/340”类型的微合金钢。还实现了，采用这样的最初制品，即，该最初制品根据Tailored Blanks/Patchwork Blanks公司类型由多种板坯组合制成。
因此，铝硅涂层非常坚固地粘附在钢基底上，以至于在成型过程中该涂层不会破裂和剥落，这样就要求，能够对具有铝硅涂层的钢制品在成型加工之前进行热处理，通过热处理使铁元素从钢基底合金进入到铝硅涂层中。由此，其目的在于，使涂层在其整个厚度上都进行完全合金处理，从而确保，在顶部的、限定出被涂覆的平面制品的外侧的、涂层所在的镀层上同样不产生断裂或剥落。此外，铝硅涂层进行完全合金处理的方式和程度还影响到由模压淬火制造的部件的焊接性能和可涂漆性能。
上述类型的方法在EP1380666A1中所有公开。在该方法中，镀有铝硅涂层的钢板首先经过2至8分钟加热至900℃至950℃。然后将镀层的钢板冷却到700-800℃，并且在该温度下进行热成型处理。接下来，使成型的钢件快速冷却到300℃以下，从而在所得到的钢件中生成马氏体结构。在此，具有涂层的钢基底的热处理是这样进行的，即，通过来自钢基底的铁元素的扩散，在热处理之后，使涂层中的铁成分处于80％和95％之间的范围内。以这样的方式可以得到热成型部件，该部件伴随较高的防腐性能还兼具良好的焊接性能和良好的可塑性能。
在进行由完全合金处理所需的热处理时存在这样的问题，即，在此除了要调整到足够的加热温度之外，还必须保证已知的热炉停车时间。各种钢制品在热炉中必须要保持的时间由基底的升温速度以及具有铝硅镀层的基底所需的完全合金处理来决定。现有技术中，热炉停车时间为5至14分钟。
在实际应用中，在热成型处理之前进行的对具有铝硅涂层的钢制品的加热处理采用辐射炉。在这方面提供了用于具有铝硅涂层的钢制品升温处理的基础试验，即，与未镀层的、或采用有机或无机镀层材料相比，在上述热炉中各个涂层表面上的热辐射反应使升温速度有所降低。由此得出，必须考虑到由于加工条件导致的长时间加热处理的问题。
上述的长时间导致在具有铝硅涂层的平面制品的加工商处需要较长的处理时间，由该较长的处理时间不仅延长了部件生产过程中的实际时间，还增加了用于加热处理所需的热炉的设备消耗。
从技术方面还实现，平面制品的钢基础材料通过其镀层处理经由电感或传导加热而更快地升温。而且升温还能够通过热辐射的强制对流而进行加速。然而，在这样加速加热的情况下还存在这样的危险，即，在铝硅涂层镀层中合金过程比升温速度进行得慢，由此导致的结果是，铝硅镀层并没有全部地或有缺陷地进行合金处理。在极端情况下甚至导致铝硅镀层从钢制品上流失。
由DE102004007071B4公开一种方案，能够这样缩短具有铝硅涂层的平面制品在加工商处的处理时间，即，使涂层的完全合金处理以及到达加热温度的钢平面制品的加热处理在两个单独的操作步骤中进行。这样就实现了，使完全合金处理的过程在具有铝硅涂层的钢平面制品的生产商处来完成。在加工商处，使具有已经完全合金的涂层的钢制品的加热例如能够通过电感或传导方式在优化较短的时间内来完成，而不需要考虑涂层的形成。适宜地，使用该公知的方法还主要实现了，将在生产商处已经具有全部进行完全合金处理的涂层的钢平面制品存放在一个中间位置中，然后在需要时可以由该中间位置将这些钢平面制品短时间地提取出，用以在加工商处进行进一步加工处理。
然而在上述说明的方案中存在的问题是，全部进行完全合金处理的涂层无论是在预先制成的钢平面制品于中间位置的存放过程中，还是在加工商处继续操作步骤的过程中都受到腐蚀侵入。这个问题还出现在存在于进行完全合金处理的涂层的自由表面中的铁成分上。为了抑制这样的表面腐蚀，需要采用耗费工本的防护措施，这样的防护措施又大部分消耗了使完全合金处理与模压淬火分离所实现的优点。此外，在热成型处理之前所需要的、涂有完全合金处理的涂层的平面制品板的坯料难以实现，这是因为进行完全合金处理的铝硅镀层既硬又脆。
发明内容
根据上述现有技术的背景情况，本发明的目的在于，提供一种方法，能够实现在具有铝硅涂层的钢制品的加工商处缩短加工时间，而且在镀层的平面制品的接下来的坯料中没有腐蚀侵入的危险或缺点。
本发明的上述目的通过权利要求1的方法得以实现。本发明方法具有优势的实施例在权利要求1的从属权利要求中给出。
根据本发明加工的钢制品指的是钢平面制品，例如钢板或钢带，或例如为由钢板预先加工成型的半制品，这样的钢制品在本发明实施的热模压淬火过程中完成成型加工。采用本发明的方法还可以对Tailored Blanks/Patchwork Blanks公司多种类型组合的板坯进行加工处理。
在本发明的方法中还进行分为两步的热处理，其中，同样与现有技术一致的，在第一加热步骤中，使来自钢基底的铁元素合金进入到铝硅涂层中。
然而与现有技术不同的是，第一合金步骤是这样通过对适合的温度和处理时间的调整来实现的，即，在第一加热步骤之后使铝硅涂层不全部与钢制品的铁元素形成合金。
接下来，能够使具有本发明不完全进行合金的涂层的钢制品冷却到室温并且进行放置，直到继续加工成各种部件为止。因为铝硅涂层在第一加热步骤中仅不完全地进行合金，所以铝硅涂层在第一加热步骤之后还具有极少的易腐蚀性，从而使钢制品的放置、运送和进一步在第二热处理之前进行的操作步骤能够顺利地实现，而对此不需要进行附加的措施。
同时，本发明在第一加热步骤的过程中仅部分进行合金的涂层具有刚性，这样的刚性在第一加热步骤之后还实现了，使由此得到的平面制品通过简单的切割处理而进行分割或切割，而且并没有因此对涂层镀层造成持久损坏。
在钢制品成型为部件之前，对在第一加热步骤之后得到的、根据本发明具有仅预先涂层的平面制品进行第二加热步骤。该第二加热步骤通常情况下于最终加工商处进行，而第一待完成的热处理步骤通常情况下在钢制品的生产商处完成。
因此，第二加工步骤以常用方式直接在热成型加工之前完成。在第二加热步骤的过程中，使以本发明的方式仅具有预先合金的铝硅涂层的钢制品加热到接下来的淬火处理所需的加热温度，该加热温度在奥氏体温度(Ac1温度)之上，在该加热温度时，钢制品具有至少部分形成奥氏体的结构。在需要的情况下，还设定了至少对应于所有铁素体均转变为奥氏体的温度(Ac3温度)或超过该温度的加热温度，从而在待成型的最初制品中调整到尽量完全的奥氏体结构。
因此，根据本发明，第二加热步骤的温度和时间是这样调整的，即，使铝硅涂层在第二加热步骤的过程中完全与钢制品的铁元素进行合金。
令人惊奇的是，与此相关的，本发明的与钢基底仅部分进行合金的涂层具有反射率，相对于具有完全合金的铝硅铁涂层的平面制品的加热，该反射率在反射炉中加热到加热温度的过程中实现了显著较高的升温速度，而且没有产生涂层流失。
以本发明方法得到的中间制品具有如下特征，即，该中间制品具有仅与钢基底的铁元素不完全地预先合金的铝硅涂层。
在第二加热步骤之后，仅具有完全合金的硅铝铁涂层的最初制品接下来以公知的方式在适宜的热成型工具中成型加工成所需部件。所得到的部件指的是完成的最终成型的部件，或是半制品，该半制品接下来进行进一步成型处理步骤。
已经在热成型过程中或是直接接下来，使热成型的部件最终进行可控地冷却，从而在钢基底中产生淬火结构。因此，该操作步骤“热成型处理”和“冷却处理”特别以公知的“模压成型淬火”的方式实现。
据此，本发明的方法实现了，以成本经济的且同时特别有效的方式提供一种镀铝的、通过模压成型淬火在缩短的加工时间内生成的部件。因此，不仅由于本发明使通常情况下于钢制品的制造商处进行的加热步骤的工本消耗减少，即，用于仅部分进行的铝硅镀层与钢基底的铁元素的合金处理的过程时间和处理温度相对于现有技术有所缩短，而且能够使通常情况下，于本发明仅不完全合金的铝硅涂层的加工商处进行的第二加热步骤，以缩短的过程时间在相应减少的能量消耗以及减小的设备消耗的情况下进行。
实际上，在根据本发明进行的第一加热步骤之后，于铝硅镀层中具有的铁成分比采用热模压淬火所得到的部件中的铁成分更少，在采用热模压淬火所得到的部件中仅具有最小化的腐蚀危险，这样特别实现了，使第一和第二加热步骤之间的钢制品冷却到室温，并且在随后进行进一步加工处理之前进行放置。因此，根据第一加热步骤实现的、仅部分进行合金的铝硅镀层的防腐作用是如此之大，以至于使第一和第二加热步骤之间的钢制品顺利地在空气中例如于钢制品生产商的工厂和最终加工商的工厂之间进行运送。
实际尝试已经证明，第一加热步骤的温度至少为500℃，同时最高可以等于钢制品的Ac1温度。在实际应用中，由此特别适合用于第一加热步骤的温度是在550℃-723℃的范围内，特别为550℃-700℃。通过以上述温度范围进行的加热，使钢制品的机械技术参数不会受到破坏，并且在钢制品的组成成分之中保持基本结构。
用于第一加热步骤的在加热温度条件下计划在内的时间为，在初始状态的铝硅涂层厚度为10-30μm(相当于80-150g/m2)的情况下于罩式炉内加热4-24h。还可以考虑在连续式加热炉和箱式炉中进行加热，其中，对此加热时间分别各小于一个小时。
优选第一处理步骤的温度和时间在此分别这样设置的，即，铝硅涂层根据钢基底得出，以至少50％、特别70-90％、优选90-99％的厚度与铁元素进行合金处理。
根据钢制品生产商处采用的热炉技术，可以使第一加热步骤在罩式退火炉、箱式炉或在连续式加热炉中进行。在加工钢平面制品的条件下，由此实现了，在连续式加热炉中进行预先合金处理，该连续式加热炉直接同轴设置在镀层设备的出口上，这与用于镀层的设备的情况相同，并且使加热处理在600和723℃之间的温度范围内进行。同样，本发明得到的、具有仅部分进行合金的铝硅涂层的钢制品在第二加热步骤中也在连续式加热炉中加热到所需的加热温度。因此，该第二次加热处理能够采用电感、传导或通过热辐射来实现。
附图说明
图1为各试件的温度T随着退火时间t变化的曲线图。此外，在图1中还示出了没有在前置的第一加热步骤中退火的试件的温度曲线图(曲线“-℃/-s”)。
具体实施方式
接下来，根据实施例对本发明进行详细说明。
采用1.5mm厚的钢板试件进行试验，钢板成分除了含铁和不可避免的杂质外(重量％)，还含有C：0.226％，Si：0.25％，Mn：1.2％，Cr：0.137％，Mo：0.002％，Ti：0.034％，B：0.003％，而且通过传统的热浸镀铝工艺而具有20μm(相当于120g/m2)厚的铝硅涂层。
试件在仿制罩式退火炉的试验炉中分别进行8小时的对应于本发明方法的第一加热步骤的热处理。在此，试件的第一部分于500℃的条件下、第二部分于550℃的条件下以及第三部分于600℃的条件下进行退火处理。此外，使其它试件以6分钟经过950℃的连续式加热炉。这样就实现了一个典型的用于模压淬火的热处理，在该热处理中，铝硅涂层镀层进行完全合金处理。在各自的退火处理之后，将试件冷却到室温。所得到的试件直到在950℃条件下进行热处理的试件都分别具有未完全合金的铝硅涂层镀层。
接下来，在对应于第二加热步骤的退火处理中，使之前退火且冷却的试件于辐射炉中加热到950℃的加热温度，在该温度条件下，钢基底具有奥氏体结构。由此要考虑到升温率，也就是说，要注意监控，试件是如何快速升温到950℃的目标温度的。
图中示出了，若试样在第一加热步骤中于罩式退火炉中、在550℃或600℃的条件下退火8小时，那么在试验的试样中则具有优化的升温速率。对于在连续式加热炉中、于950℃的条件下退火6分钟的试件，则确定了一个同样良好的升温过程。
之前在500℃的条件下退火8小时的试件的升温过程不够理想，其不理想的原因在于，在该试样中，于铝硅涂层的上述未进行合金的镀层中，辐射的反射情况同样如同在通常的铝硅涂层中于发货状态下没有事先进行热处理那样。
通过本发明的过程，使热成型处理之前于奥氏体炉中进行完全合金处理所需要的时间明显缩短。因此能够示出，与传统的操作方式相比，能够实现节省至少90s的时间。由于时间的节省可以使热成型处理之前的加热处理所需要的热炉设计成更小的结构。在具有传统尺寸的热炉的维护方面需要大约10天才能冷却到室温，与此相对，通过本发明实现的尺寸减小的热炉预计能够节省至少2至3天的冷却时间。
Claims (13)
1.一种用于制造由涂有铝硅防护涂层的钢制品构成的部件的方法，其中，该方法包括：
-对涂有铝硅涂层的钢制品进行第一加热步骤，在该步骤中，热处理的温度和时间是这样设定的，即，使铝硅涂层仅部分地与钢制品的铁元素进行预先合金处理；
-在第二加热步骤中使钢制品加热到位于奥氏体温度之上的加热温度，在该加热温度处，钢制品具有至少部分形成奥氏体的结构，其中，该第二加热步骤的温度和时间是这样设定的，即，使铝硅涂层在第二加热步骤的过程中全部与钢制品的铁元素进行完全合金处理；
-使加热到上述加热温度的钢制品成型加工成部件；以及
-对所得到的部件可控地进行冷却处理，从而生成淬火结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一和第二加热步骤之间将所述钢制品冷却到室温。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述第一和第二加热步骤之间使所述钢制品在空气中进行运送。
4.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述第一加热步骤的温度至少为500℃，而同时最高等于所述钢制品的奥氏体温度。
5.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述第一加热步骤的温度为550℃-723℃，特别为550℃-700℃。
6.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述第一加热步骤在罩式退火炉中进行。
7.根据权利要求1至5中任意一项所述的方法，其特征在于，所述第一加热步骤在连续式加热炉中进行。
8.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，在所述第二加热步骤中使所述钢制品加热达到的加热温度至少对应于使所有铁素体均转变为奥氏体的温度。
9.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述第二加热步骤在连续式加热炉中进行。
10.根据权利要求1至8中任意一项所述的方法，其特征在于，所述第二加热步骤在箱式炉中进行。
11.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述钢制品由调质钢构成。
12.根据前述任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述钢制品为钢平面制品，诸如钢板或钢带。
13.根据权利要求1至11中任意一项所述的方法，其特征在于，所述钢制品为预先成型的半制品。
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