CN103459616A - 热处理带涂层金属条带的方法及热处理的带涂层金属条带 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热处理带涂层金属条带（10）的方法，所述方法包括以下步骤：通过使用在带涂层金属条带（10）的宽度上不同的热处理条件而热处理带涂层金属条带（10），由此提供在条带（10）的宽度上不同的机械性能，其中带涂层金属条带为双相（DP）钢或马氏体钢的带涂层钢条带，本发明还涉及具有在条带的宽度上不同的机械性能的带涂层金属条带（10）。

Description

热处理带涂层金属条带的方法及热处理的带涂层金属条带

技术领域

本发明涉及一种热处理带涂层金属条带的方法。本发明还涉及热处理的带涂层金属条带。

背景技术

例如钢条带材料的金属条带材料在轧制后通常经受连续的退火过程，以为条带材料提供期望的机械性能。退火之后，可涂覆条带材料以便使条带材料获得期望的表面性能。例如，在浸锌槽中热浸镀锌是一种为金属条带提供腐蚀保护及美观的外观的众所周知的工艺。

对于某些应用而言，主要在汽车工业中，需要在其选定部分中具有定制机械性能的带涂层金属条带。特别地，可成形性及强度要求可被视为相互抵触的一组期望性能。有限的可成形性通常与高强度等级相关，其中极限强度（ultimate strength:Rm）为780MPa或更大。

发明内容

本发明的一个目的为满足该需要。

另一目的为提供在其选定部分中具有定制机械性能的带涂层金属条条带的制造方法。

另一目的为提供具有用于弯曲和扩孔的选定部分和用于强度、深拉拔及拉伸成形操作的其他选定部分的带涂层金属条带。

根据第一方面，本发明提供一种热处理带涂层金属条带的方法，所述方法包括以下步骤：通过使用在带涂层金属条带的宽度上不同的热处理条件而热处理带涂层金属条带，由此提供在条带的宽度上不同的机械性能，其中带涂层金属条带为双相（dual phase:DP）钢或马氏体钢（martensite steel）的带涂层钢条带。

在根据本发明的方法中，以受控制的且局部化的方式在带涂层金属条带上执行温度处理。不同的处理条件，特别是例如处理温度及时间的条件被应用至带涂层金属条带的不同的部分。加热速率及冷却速率也属于可为不同的处理因素。由于不同的处理条件，在选定部分中改变及优化物理和/或机械处理，以适应于带涂层金属条带的进一步应用。

本方法的起始材料为已经被涂覆过的金属条带。金属条带为已经设置有涂层的双相（DP）钢或马氏体钢的钢条带。具有例如为780MPa及更高的高水平的极限抗拉强度的双相钢为特别优选的，比如DP800、DP1000以及DP1200。根据本发明处理较低强度等级可能为不必要的，因为这些等级在随后的成形操作中已经具有足够的可成形性。有利地，涂层为金属涂层，由于锌涂层的腐蚀保护及表面外观，优选地为锌涂层。

执行根据本发明的方法，以使涂层的期望特征不会由于经受热处理而被改变，或至少基本上不被改变。

根据一优选实施例，根据本发明的热处理包括：将带涂层金属条带的要被改性的一个或多个选定区域加热至临界温度之上，而不要改性的一个或多个选定区域被保持于临界温度之下，或在临界温度或之上保持于临界时间之下。在此实施例中，基于预期的进一步应用而改变带涂层金属条带的某些部分的性能以获得被局部地优化的特征，而使其它部分保持其原始性能，例如在涂覆之前在金属条带的普通退火步骤所获取的那些性能。

有利地，执行根据本发明的方法以使所述选定区域平行于金属条带的纵向轴线。因此，具有不同性能的区域在金属条带的全部长度上延伸。通常根据本发明以连续的方式处理带涂层金属条带。例如使带涂层金属条带运动通过具有能局部定位的加热装置的静止的加热设备。在一实施例中，在与先前的涂覆操作相同的生产线上执行根据本发明的局部热处理。当然，还可在单独的专用生产线上执行根据本发明的方法。在这两种情况下运动的条带的适当的线速度为例如每分钟0.5米至150米。区域的宽度可介于10mm至带涂层金属条带的宽度的90%或更多。

可通过传统的连续的退火工艺制造带锌涂层的双相钢或马氏体钢。例如，将0.5至2.5mm厚的冷轧条带加热至Ac1之上的温度。随后，充分快速地冷却以此方式处理的条带，以为DP钢保持按体积计介于5%至60%的体积比例的一定比例的马氏体。微观结构的剩余部分包括铁素体或贝氏体铁素体。冷却步骤可包括温度的保持，在本领域也称作过时效阶段。可选择地在临涂覆之前可稍微再加热所冷却的条带。热浸镀锌、电解及气相沉积工艺为常见的涂覆工艺。一旦经过涂覆，条带就冷却至室温。

对于马氏体钢而言，最初将条带加热至Ac3之上且随后充分迅速地冷却以防止形成铁素体、珠光体、贝氏体及碳化物。

若要被处理的条带的温度在250℃之下，则可开始根据本发明的方法。通常环境温度将为起始温度。

在本发明中，可以并不是在条带的全部宽度或长度上执行热处理。例如，可存在一个或多个平行于条带的长度且连续地延伸的、被无热处理区域隔开的热处理区域，在无热处理区域中条带保持其原始性能。热处理和无热处理区域的宽度为10mm和10mm之上，例如50mm。若存在多于一个的热处理区域，则热处理区域不需要必须经受相同的处理条件，而是可应用时间和温度上的差异。因此，热处理区域可具有不同的性能。

可通过使用感应加热执行根据本发明的局部热处理。其他合适的示例包括电阻加热、直焰及热气加热。如果必要，可主动冷却带涂层金属条带的不要被改性的区域，例如通过使用气体、液体或二相流体。在根据本发明的热处理之后，容许带涂层金属条带以主动的（强制的）方式或自然地冷却至室温。通常在未改性区域及改性区域之间将存在过渡区域。所述过渡区域的例如5至50mm的宽度有利地通过主动冷却所控制。

在热处理区域，热处理条件应当改变金属条带的大部分的机械性能，但是不影响涂层功能。例如应当将锌涂层的外观及电化腐蚀保护性能至少保持在期望的水平。

有利地，把要被改性的一个或多个区域被加热至处理温度，所述处理温度介于300至450℃之间，优选地介于300至420℃之间。处理时间根据处理温度而定且介于用于400℃之上的温度的几秒至用于介于300至400℃的温度的几分钟之间。在300℃之下的温度，条带中的主体金属的处理时间过长以致不实用。在450℃之上的温度，即使短暂的处理时间（例如保持时间小于1秒）也会影响锌涂层。对于450℃的小于1秒的保持时间，条带中的主体金属的性能的变化一般是不充分的。

正如已经提到的，加热及冷却速率是影响根据本发明的处理温度的其它因素。这些因素不是很关键或根本不关键，但是通常将其与用于热处理的最高温度一同作为整体考虑。换句话说，一般较慢的加热和/或冷却速率（<30℃/s）用于较低的最高温度，而较快的速率（>30℃/s）应用于较高的温度。

在一优选实施例中，使不要被改性的区域的温度至多在250℃的温度保持少于10秒，更优选地所述温度低于200℃。

在根据本发明的使用带有锌涂层的马氏体或DP钢条带的热处理中，温度可补偿时间。这意味着高温的短暂的热处理可等效于较低温度的持续更长时间的热处理。以被称作霍洛曼-贾菲（Holloman-Jaffe）或拉森-米勒参数的单参数描述该种现象。所述参数（P）的值由P=T*(A+log(t))给出，T以开（绝对温度）度量，t以小时度量且常数A一般为22±2。应用此参数的方式使得此参数将温度的斜坡上升和热处理的冷却部分考虑在内。

在使用由DP钢构成的带涂层金属条带的一优选示例中，使用温度及时间条件执行对要被改性的选定区域的热处理，以使拉森-米勒参数P介于10000至14000之间。

在另一优选实施例中，带涂层金属条带由马氏体钢构成。那么使用温度及时间条件执行对要被改性的选定区域的热处理，以使拉森-米勒参数P介于13000至15000之间。在使用马氏体钢的情况下，在P为10000及更大时抗拉强度将随退火降低，但是强度仍然相对较高，为大于780MPa。

研究表明，当加热DP800或DP1000以使P大于10000时，机械性能变化显著，特别是弯曲及扩孔性能得以提高。与拉伸成形相反，事实上总抗拉响应与针对弯曲及扩孔性能而被优化的具有高屈服比（Rp/Rm）的复相钢非常相似。尽管P值大于14000的热处理以屈服和极限强度为代价增加了总延伸量及其它可成形性参数，尤其是埃里克森杯突（Erichsen-cupping），但是锌涂层的外观及功能严重恶化。

对于马氏体而言，最佳P参数范围为13000至15000。至于DP，较高的P产生较大的总延伸量以及埃里克森杯突值，但是屈服及极限强度损失的代价过高。

有利地，在不要被改性的选定区域中，拉森-米勒参数P小于9500，更有利地小于9000。

可按客户要求为不同产品定制热处理区域的尺寸及分布以及所利用的处理周期。

根据本发明的方法产生具有至少两个区域的产品，所述至少两个区域具有不同的机械性能集合。亦即，未改性区域仍然具有其原始DP或马氏体钢性能，具有<0.8的低屈服强度比。这些原始DP性能集合针对涉及它们的强度水平的拉伸及深拉拔成形操作而进行了优化。根据本发明热处理的区域显示出更像复相（CP）钢的性状，所述复相钢具有不同的机械性能集合：高屈服强度比及与相同强度水平的DP或马氏体钢相比稍微较低的延展性。然而，具有类似CP抗拉性能的钢等级与相同强度水平的DP钢相比具有优良的弯曲性、抗边裂性及扩孔性能。马氏体钢也是如此，但是极限抗拉强度可能会稍微减少约10%的相对百分比。

可将产品以卷、切割板或冲压坯料的形式出售及交付至顾客。一个目标应用为用于白车身（body-in-white）汽车工业中的部件的坯料，在白车身汽车工业中，坯料的不同部分需要不同的性能以进行成形操作，或最终部件本身需要不同的性能以实现其性能特性（例如碰撞）。

根据本发明的第二方面，提供具有在条带的宽度上不同的机械性能的带涂层金属条带。上文基于根据本发明的方法所讨论的优选实施例同样地适用于本发明的第二方面。

附图说明

本发明在图中进行进一步示例说明，其中：

图1示出根据本发明的工艺的一个实施例的基本布置图；

图2概略地示出根据本发明的产品的其它实施例；

图3为作为用于根据本发明的方法的DP钢所用的加工条件的温度相对于时间的曲线图；

图4为示出回火镀锌DP800钢相对于拉森-米勒参数（LMP）所绘制的抗拉强度、屈服强度、扩孔系数及弯曲性米勒的发展的一系列曲线图；以及

图5为示出拥有1450MPa的初始抗拉强度的回火镀锌马氏体钢相对于拉森-米勒参数（LMP）所绘制的抗拉强度、屈服强度、扩孔系数及埃里克森杯突值米勒的发展的一系列曲线图。

具体实施方式

在图1中，使直接从热浸镀锌站（未示出）所获得的带涂层金属条带10运动通过用于执行对带涂层金属条带10的局部热处理的温度处理站12。所述站12被垂直于运动方向（由箭头标示）放置于条带10上方。在此示例中，所述站12设置有感应加热元件14，所述感应加热元件14被沿运动的条带10的纵向边缘放置。加热元件14形成沿条带的纵向方向延伸的局部热处理边缘区域16。在中心设置冷却元件18，用于金属条带10的中心区域20的主动冷却。离开站12后，以此方式处理的金属条带被容许自然地冷却。由于热处理，边缘区域16已经具有不同于中心区域20的原始性能的改良性能。

图2示出根据本发明的热处理的带涂层金属条带的另外两种布置。与图1相似的零件由相同的参考数字标示。图2a示出具有中心区域16的金属条带10，所述中心区域16已经根据本发明被热处理且因此中心区域16具有不同于未改性边缘区域20的性能。图2b与图1中所示的条带10类似，除了未改性条带区域20不相对于条带10的中心纵向轴线22对称之外。换句话说，上边缘区域16a的宽度与下边缘区域16b的宽度不同。根据所应用的处理条件，上边缘区域16a的最终性能可以与下边缘区域16b不同，如图案的不同密度所示例说明的。

图3示出带涂层DP钢的温度（Y-轴）相对于时间（X-轴）的曲线，还示出了恒定拉森-米勒参数（LMP）的线a、b及c，以及由●所表示的测量的T,t组合。t窗口被限定于实际范围。在小于1秒的时间t（包括从临界温度至处理（最高）温度的加热时间、临界温度之上的保持时间以及冷却至低于临界温度的温度的冷却时间），则处理时间通常太短而不能使原始机械性能产生充分的改变。考虑到与涂覆线结合或关联，大于等于1000秒的时间周期t为不实用的且考虑到设备的因素因而为成本非常高的。在线a（LMP=9000）之下，给定时间与温度的组合，原始性能未发生改变。在线a与线b（LMP=10000）之间存在过渡区域，其中性能的预期改变开始发生。在线b与c之间存在用于将DP性能改变至CP性能的最佳区域。在线c（LMP=14000）之上获得较高的可成形性，但是是以强度为代价，从而导致不能接受的总体改变。

图4示出镀锌DP800钢等级的机械性能随由拉森-米勒参数（LMP）所描述的回火温度-时间的发展。图4a、b、c及d分别示出抗拉强度、屈服强度、扩孔系数（HEC）及弯曲性。

在垂直于条带的轧制方向的方向上测试了抗拉及弯曲性能。竖直的虚线对应于与图3中的线a、b及c相对应的为9000、10000及14000的LMP值。

所测试的材料为具有1.6mm的厚度的条带。所述条带涂覆有10μm厚的锌涂层。所述条带是在商业性的连续的退火及镀锌线上生产的。机械性能是从600mm×150mm的条带部分评定的。所述条带部分是在连续的退火模拟器中被加热的。加热速率为35℃/min且冷却速率为26℃/min。在加热与冷却阶段之间，在恒定温度处使用或不使用保持时间进行实验。在条带的温度均一的区域上进行机械测试。

回火镀锌DP800钢的原始性能为位于图4a)-d)中的Y-轴上的数据点。对于为9000及之下的LMP值而言，机械性能的变化是不显著的。在LMP=9000与LMP=10000之间，屈服强度存在少量的增长。随着增加LMP值，抗拉强度稳定地下降且在超过为14000的LMP值时急剧下降。屈服强度保持稳定直至达到LMP13000且随后由于较大的LMP值开始下降。HEC随LMP在10000之上增加而稳定地增加。弯曲性在其在约为10000的LMP处发生的初始增加后保持恒定，但是在LMP为14000后其开始再次增加。

类似地热处理且机械地测试镀锌DP1000条带。在对应于基本上相同的LMP范围的具有未改变的、过渡的和显著改进的可成形性性能的区域中，结果非常类似。

图5示出马氏体钢等级的机械性能随由拉森-米勒参数（LMP）所描述的回火温度-时间的发展。图5a、b、c及d分别示出抗拉强度、屈服强度、扩孔系数（HEC）及埃里克森杯突值。

在垂直于条带的轧制方向的方向上测试了抗拉及弯曲性能。竖直的虚线对应为9000、10000及15000的LMP值。

所测试的材料为具有1.5mm的厚度的条带。所述条带是在实验室连续的退火线模拟器上生产的。机械性能是从600mm×150mm的条带部分评定的。所述条带部分是在连续的退火模拟器中被加热的。加热速率为35℃/min且冷却速率为26℃/min。在加热与冷却阶段之间，在恒定温度处使用或不使用保持时间进行实验。在条带的温度均一的区域上进行机械测试。

回火马氏体钢的原始性能为位于图5a)-d)中的Y-轴上的数据点。对于为9000及之下的LMP值而言，机械性能的变化是不显著的。在LMP=9000及LMP=11000之间，屈服强度存在增长。随着增加LMP值，抗拉强度在超过为9000的LMP值时稳定地下降。屈服强度保持稳定直至达到LMP13000且随后对于较大的LMP值开始下降。HEC随LMP增加至10000之上稳定地增加且在LMP值为13000以后趋向稳定。埃里克森杯突值的表现与HEC及弯曲性（未示出）类似。

Claims (15)

1.一种热处理带涂层金属条带（10）的方法，所述方法包括以下步骤：通过使用在带涂层金属条带（10）的宽度上不同的热处理条件而热处理带涂层金属条带（10），由此提供在带涂层金属条带（10）的宽度上不同的机械性能，其中，带涂层金属条带（10）为双相（DP）钢或马氏体钢的带涂层钢条带。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述双相（DP）钢为具有780MPa或更大的强度的DP钢。

3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，带涂层金属条带（10）包括金属涂层，优选地包括锌涂层。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，热处理包括将带涂层金属条带（10）的要被改性的一个或多个选定区域（16）加热至临界温度之上，而不要被改性的一个或多个选定区域（20）被保持于临界温度之下，或在临界温度或之上保持于临界时间之下。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，将带涂层金属条带（10）的要被改性的一个或多个选定区域（16）加热至处理温度，所述处理温度介于300至450℃之间，优选地介于300至420℃之间。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在处理时间周期期间将带涂层金属条带（10）的要被改性的一个或多个选定区域（16）保持于处理温度，所述处理时间周期至多为2分钟，优选地小于1分钟。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，带涂层金属条带（10）的金属为DP钢，且使用温度及时间条件对要被改性的选定区域（16）执行热处理，以使拉森-米勒参数P处于10000至14000的范围中，其中P=T*(A+log(t))，T为处理温度（K），t为时间（小时）且A为22±2的常数因子。

8.根据前述权利要求1至6中的任一项所述的方法，其特征在于，带涂层金属条带（10）的金属为马氏体钢且使用温度及时间条件对要被改性的选定区域（16）执行热处理，以使拉森-米勒参数P处于13000至15000的范围中，其中P=T*(A+log(t))，T为处理温度（K），t为时间（小时）且A为22±2的常数因子。

9.根据前述权利要求4至8中的任一项所述的方法，其特征在于，把不要被改性的选定区域（20）中的温度保持于250℃之下，优选地200℃之下。

10.根据前述权利要求4至9中的任一项所述的方法，其特征在于，使用温度及时间条件对不要被改性的选定区域（20）执行热处理，以使拉森-米勒参数P小于9000，其中P=T*(A+log(t))，T为处理温度（K），t为时间（小时）且A为22±2的常数因子。

11.根据前述权利要求4至10中的任一项所述的方法，其特征在于，通过强制冷却控制要被改性的区域（16）与不要被改性的区域（20）之间的过渡区域的宽度。

12.根据前述权利要求4至11中的任一项所述的方法，其特征在于，选定区域（16;20）平行于带涂层金属条带（10）的纵向轴线延伸。

13.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，在运动的带涂层金属条带（10）上连续地执行热处理，其中优选地，所述运动的带涂层金属条带（10）的线速度处于每分钟0.5米至150米的范围中。

14.一种带涂层金属条带（10），其具有在条带的宽度上不同的机械性能，其特征在于，所述带涂层金属条带（10）的金属为双相钢或马氏体钢的条带。

15.根据权利要求14所述的带涂层金属条带，其特征在于，所述带涂层金属条带（10）具有金属涂层，优选地具有锌涂层。

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