CN103403195A - 一种热成型部件的方法，以及如此成型的部件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用热成型技术制造具有非常高的机械性能的涂覆钢部件的方法。根据本发明，所述方法包括以下步骤：提供涂覆钢坯料，其包含具有涂覆层的钢基材；在炉子中将坯料加热到800℃或更高的温度；从炉子传送加热的坯料，并放入热成型压机中；将坯料在压机中热成型以形成涂覆钢部件；对涂覆钢部件进行淬火。其中当将加热的坯料在放入热成型压机时，其具有最多为780℃的温度。本发明还涉及一种使用根据本发明的方法所制得的热成型部件。

Description

一种热成型部件的方法,以及如此成型的部件
技术领域
本发明涉及一种使用热成型技术制造具有非常高的机械性能的涂覆钢部件的方法，以及如此成型的部件。
背景技术
部件的热成型在本领域已被热知，且其主要用于在汽车工业中制造具有降低的重量的复杂部件。
已经发现，由于热成型过程，部件的热成型，例如使用涂覆Zn或Zn合金的钢易于形成微裂纹，其中该微裂纹不仅存在于涂层中，而且还存在于部件本身。将热成型部件中的微裂纹视为不期望的。
本发明的一个目的是提供一种使用热成型技术制造具有非常高的机械性能的涂覆钢部件的方法，其避免了或至少减少了热成型部件中微裂纹的发生。
本发明的另一个目的是提供一种使用热成型技术制造具有非常高的机械性能的涂覆钢部件的方法，其比已知的方法更快速。
依据本发明，上述的一个或多个目的使用下面的方法实现，即一种使用热成型技术制造具有非常高的机械性能的涂覆钢部件的方法，其包括以下步骤：
●提供涂覆钢坯料，其包括具有涂覆层的钢基材，
●在炉子中将坯料加热到800℃或更高的温度，
●从炉子传送加热的坯料，并将该坯料放入热成型压机中，
●将坯料在压机中热成型以形成涂覆钢部件，
●将涂覆钢部件淬火，
其中加热的坯料在放入热成型压机时的温度最多为780℃。
发明人发现，微裂纹的形成受到将坯料放入热成型压机时的坯料温度和热成型部件在热成型压机中成型时的温度的强烈影响。在高温下，例如现有技术中所使用的，在基材中会形成很多微裂纹，其常常具有大于10μm的深度。降低放入热成型压机中的涂覆坯料的温度降低了微裂纹的数量和深度。已经发现，当将加热的坯料放入热成型压机时将其温度冷却到最多780℃已经很大程度上降低了微裂纹的数量和深度。
优选地，将坯料加热到850℃或更高的温度，更优选地880℃或更高的温度，更加优选900℃或更高的温度。通常，将涂覆的坯料加热到使得基材在被放入热成型压机前完全而均匀地奥氏体化的温度。
依据优选的实施方案，当将加热的坯料放入热成型压机时，其具有至少500℃的温度，更优选地至少600℃的温度，更加优选地至少650℃的温度。当将坯料放入坯料(blank)时，坯料的温度可以低于Ar1温度，但优选不将坯料过度冷却，因为在低温下冷却速率非常重要。
将加热的坯料在放入热成型压机时，其优选具有最多740℃的温度，更加优选最多700℃的温度。坯料的温度应该尽可能低，以避免(大的)微裂纹。因此，优化的是，在将坯料放入热成型压机时，坯料的温度在650℃-700℃之间。
根据一个优选实施方案，在炉子和热成型压机之间对加热的坯料通过强制冷却至少部分进行冷却，优选采用至少为30℃/s的平均冷却速度，更优选采用至少40℃/s平均冷却速度，更加优选采用至少为60℃/s的平均冷却速度，最优选采用至少为80℃/s的平均冷却速度。强制冷却以比坯料在露天中冷却时可获得的冷却速率高的冷却速率有效地降低了坯料温度。优选高的冷却速率，从而将坯料保持在炉子和热成型压机之间的时间尽可能的短。为了获得期望的高强度成型部件，并为了减少坯料上涂层的氧化，这是有益的。
优选在最多10秒的时间跨度内，更优选最多8秒的时间跨度内，且更加优选最多6秒的时间跨度内将加热的钢坯料在炉子和热成型压机之间传送。短的传输时间也有利于降低制造热成型部件的周期时间。
依据一个优选的实施方案，利用气体使用加速的冷却将加热的坯料在炉子和热成型压机之间冷却，例如采用强制空气流进行冷却，采用强制N2流进行冷却，或采用强制CO2流或使用固体CO2的冷却的CO2进行冷却。使用气流冷来却坯料提供了高的冷却能力，其可易于控制。
根据另一个优选实施方案，在炉子和热成型压机之间使用液体或固体材料，例如液体或固体CO2颗粒，或金属冷却板将加热的坯料进行冷却。液体或固体材料将是供快的冷却速率，但较难控制。固体CO2颗粒例如具有快速冷却能力的优点，且其额外的优点是，涂层上的氧化物层至少部分被同时去除，但固体CO2颗粒较难以准确的时间段供应。接触加热的坯料的金属冷却板提供非常高的冷却速率，但需要冷却时间的严格控制。
优选坯料上的涂层为金属涂层，优选为锌或锌合金的涂覆层。锌或锌合金可提供有效的腐蚀防护。
在这方面，优选锌合金由0.3-4.0％的Mg和0.05-6.0％的Al、任选地最多0.2％的一种或多种添加元素、不可避免的杂质，余量的锌组成。已经发现，这种锌合金对热成型部件提供了更好的耐腐蚀性。
一个选择是，在基材上预扩散锌或锌合金层。预扩散涂层使得坯料可快速加热到高于Ac3的温度成为可能。
优选涂覆锌或锌合金的钢坯料在炉子中加热该坯料后，在涂层中包含平均10-75％，优选平均25-55％的铁。涂层中的该铁含量确保(起始)锌或锌合金涂层在高于Ac3的温度下不会蒸发。
根据一个优选实施方案，对热成型压机进行内部冷却，使得压制完全结束后坯料在第一秒期间至少以50℃/s的冷却速度冷却，优选第一秒期间至少以100℃/s的冷却速度冷却。在热成型压制完全结束后，该非常快的冷却速率使加热的坯料的奥氏体组织完全或几乎完全转变为马氏体组织。
优选地，热成型压制在最多一秒钟内完全结束。热成型压制的该快速结束对也能将没有与压机直接接触的坯料部分快速冷却是有益的。
根据本发明的另一个优选实施方式，提供了一种根据上述方法制得的热成型部件，其中部件的基材不含具有大于15μm的深度的微裂纹，优选基材不含具有大于10μm的深度的微裂纹。具有较浅微裂纹的部件与具有较深微裂纹的部件相比是优选的。
依据本发明的另一个优选的实施方案，提供一种根据上述方法制得的热成型部件，其中在坯料的5个具有1cm2的尺寸的表面区域中，基材中的微裂纹具有最多为3μm的平均深度。具有平均浅的微裂纹部件与具有深的平均微裂纹部件相比是优选的。

Claims (15)

1.一种使用热成型技术制造具有非常高的机械性能的涂覆钢部件的方法，其包括以下步骤：
●提供涂覆钢坯料，其包含具有涂覆层的钢基材，
●在炉子中将坯料加热到800℃或更高的温度，
●从炉子传送加热的坯料，并将该坯料放入热成型压机中，
●将坯料在压机中热成型以形成涂履钢部件，
●对涂覆钢部件进行淬火，
其中加热后的坯料在放入热成型压机时具有最多为780℃的温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中将坯料加热到850℃或更高的温度，优选880℃或更高的温度，更加优选900℃或更高的温度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中当将加热的坯料放入热成型压机时，其具有至少为500℃的温度，优选至少600℃的温度，更优选至少650℃的温度。
4.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中当将加热的坯料放入热成型压机中时，其具有最多为740℃的温度，优选最多700℃的温度。
5.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中将加热的坯料在炉子和热成型压机之间通过强制冷却至少部分地进行冷却，优选采用至少为30℃/s的平均冷却速度，更优选采用至少40℃/s的平均冷却速度，更加优选采用至少为60℃/s的平均冷却速度，最优选采用至少为80℃/s的平均冷却速率。
6.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中在最多10秒的时间跨度内，更优选最多8秒的时间跨度内，更加优选最多6秒的时间跨度内将加热的钢坯在炉子和热成型压机之间传送。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中利用气体使用加速冷却将加热的坯料在炉子和热成型压机之间冷却，例如采用强制空气流进行冷却、采用强制N2流进行冷却、或采用强制CO2流或使用固体CO2的冷却CO2进行冷却。
8.根据权利要求5或6所述的方法，其中使用液体或固体材料，例如液体或固体CO2颗粒，或金属冷却板，将加热的坯料在炉子和热成型压机之间进行冷却。
9.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中坯料上的涂层为金属涂层，优选锌或锌合金涂覆层，且更优选锌合金由0.3-4.0％的Mg和0.05-6.0％的Al、任选的最多0.2％的一种或多种添加元素、不可避免的杂质、余量的锌组成。
10.根据权要求9所述的方法，其中将锌或锌合金层在基材中预扩散。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中在炉子中加热该坯料后，涂覆锌或锌合金的钢坯料在涂层中包含平均10-75％，优选平均25-55％的铁。
12.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中对热成型压机进行内部冷却，使得在压制完全结束后的第一秒期间以至少50℃/秒的冷却速率冷却坯料，优选第一秒期间以至少100℃/秒的冷却速率进行冷却。
13.根据前述任一项权利要求所述的方法，其中热成型压制在最多一秒钟内完全结束。
14.根据权利要求1-13中任一项所述方法制得的热成型部件，其中部件的基材不具有大于15μm的深度的微裂纹，优选基材不具有大于10μm的深度的微裂纹。
15.根据权利要求1-13中任一项所述方法制得的热成型部件，其中在坯料的5个尺寸为1cm2的表面区域中，基材中的微裂纹具有最多为3μm的平均深度。
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