CN105316734B - 用于制造硬化成型部件的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及通过以下步骤来制造硬化成型部件的方法，包括：从可硬化的条带材料11生产坯料16；将坯料加热到奥氏体化温度；使坯料成型并且硬化为硬化成型部件16；清洁硬化成型部件16；在具有电解质溶液的浸渍浴21中向硬化成型部件16涂敷金属涂层，其中在涂敷过程中，至少一个辅助元件22用于浸渍浴中，从而部分地影响涂层沉积。本发明还涉及制造硬化成型部件的设备。

Description

用于制造硬化成型部件的方法和设备
技术领域
本发明涉及利用轧制的条带材料来制造硬化和涂敷的成型部件的方法和设备。涂层将保护成型部件避免腐蚀。本发明还涉及这样的成型部件，即作为具有腐蚀防护系统的结构构件，特别地作为用于机动车辆的车身构件的结构构件。
背景技术
从DE 10 2004 037 206 A1，已知一种用于机动车辆的车身，其从各单个元件组装而成。为此，使用由具有可变薄板厚度的柔性轧制薄板制成的各单个元件。这种具有可变薄板厚度的金属板元件也被设计为连续变截面辊轧板(Tailor Rolled Blanks)(TRB)。
在机动车辆工业中趋向于轻型设计和乘员保护的当前发展导致高强度或超高强度车身钢的使用增加。在这种发展的过程中，特别地使用多相(phase)钢或马氏体相钢。马氏体相钢通常经由间接或直接热成型方法加工成结构构件。
用于机动车辆的结构构件通常设有涂层，涂层应保护金属板避免腐蚀。然而，对于热成型钢材料而言，执行可靠的腐蚀防护特别困难。已知多种涂层和涂敷方法，它们的不同之处在于涂层是在热成型工艺之前还是之后施加。
用于涂敷钢构件的已知方法例如是电镀(电解)锌涂层。在电镀锌涂敷期间，工件被浸渍到锌电解质中。采用由锌制成的涂层是因为与被称作“牺牲阳极”的工件相比不太贵的特征。镀锌基体材料用作阴极，因此，这种类型的涂层也被表征为阴极腐蚀防护。
从EP 2 412 848 A1已知一种用于制造金属板成型部件的方法，金属板成型部件具有腐蚀防护涂层。为此，最初，将金属板材料成型和硬化为金属板成型部件。然后，锌-镍-涂层作为腐蚀防护涂层施加到硬化金属板成型部件上。在涂敷过程开始时，沉积薄镍层，其防止钢板材料氢脆。
对于用于较大系列制造中的超高强度结构构件而言，关于涂敷材料工艺的困难在于在热成型之前施加的腐蚀防护涂层可能会由于在热成型之前和之后作用于涂敷系统上的温度而不利地改变构件和涂层的特征。这可能会导致涂层或涂敷的构件中焊料开裂和微开裂，而这种开裂对于涂敷的构件和其腐蚀方面具有不利的影响。在热成型之后施加的涂敷系统和方法，如火焰喷涂和镀锌，具有以下缺点：层厚度具有较大波动并且这些方法总体上较为麻烦。
从斯图加特大学机械工程系Christoph Janisch的“Hochgeschwinkeitsverzinken(HGV)geometrisch komplexer Bauteile”(几何复杂零件的高速镀锌(HGV))已知：在电解涂敷期间的电流密度可以通过额外地附连的阳极而局部地增加。
发明内容
本发明是基于提出用来制造硬化成型部件的方法的目的，其提供特别好的腐蚀防护。而且，一个目的在于提出一种用来制造具有良好腐蚀保护特征的硬化成型部件的相对应的设备以及相应制造的构件。
一种方案是通过以下步骤制造硬化成型部件的方法：利用可硬化的条带材料生产坯料；将坯料加热到奥氏体化温度；使坯料成型并且硬化为硬化成型部件；清洁硬化成型部件；在具有电解质溶液的浸渍浴中向硬化成型部件涂敷金属涂层，其中在涂敷期间至少一个辅助元件设置于浸渍浴中，从而部分地影响涂层的沉积。
一个优点在于涂层并不经受通过成型或硬化工艺所造成的不希望的影响，因为仅在成型和硬化之后执行涂敷工艺。能在特别地无裂缝的成型部件的表面上产生基本上恒定的分布和层厚度。成型工艺不会对涂层造成不利的机械或热影响，如在成型之前涂敷坯料或条带材料的情况下。额外地支持基本上均匀分布的涂层在于：至少一个辅助元件设置于浸渍浴中，利用辅助元件部分地影响在成型部件表面上的层的积聚。总之，在成型部件上的涂层品质和因此成型部件的抗腐蚀性明显增加。一个或至少一个辅助元件表示可能提供一个或多个辅助元件，其可以分别单独地根据其影响涂敷工艺的特征来配置和设计。特别是在使用若干辅助元件时，其可以具有彼此不同的特点，如形状或导电性。在此情况下，如在本公开中，其被称作一个辅助元件或该辅助元件，这应在至少一个辅助元件的意义上进行理解。
根据一优选实施例，执行涂敷工艺，使得至少3μm，特别至少7μm的平均涂层厚度被施加在硬化成型部件上。因此，确保了对成型部件良好的腐蚀防护。层厚度的上限是例如最大30μm，特别地最大15μm，使得涂敷工艺能相对快速地进行。应了解，所提到的上限和下限可以任意组合，并且可以使用在它们之间的任何值，或者其它层厚度通常可以考虑在内。可以利用辅助元件对局部部分中的层厚度进行个别调整或影响。例如，通过辅助元件的相应布置，能以指向方式(a targeted manner)在部分区域而不是其它部分区域中实现较大层厚度。而且，这个工艺可以被设置成在构件的整个表面上产生优选地恒定的层厚度。
通过电镀、即电解施加涂层。为此，例如能使用由纯锌或锌和其它合金元素制成阳极，当施加电流时，阳极将金属离子转移到电解质。替代地可以使用形式稳定的阳极，在此情况下，涂敷材料已经溶解于电解质中。锌离子和若需要另一合金元素的离子以原子沉积在成型部件上并且形成涂层，其中成型部件充当阴极。
涂敷材料优选地具有至少50％质量的锌，优选地至少90％质量的锌，其中锌含量也可以是100％(纯锌涂层)。涂敷工艺的持续时间优选地少于或等于20分钟，特别地小于或等于15分钟，更特别地小于或等于10分钟长。在涂敷工艺中，根据一有利实施例，在硬化成型部件与电解质溶液之间生成相对流动。在成型部件表面上的相对流动有利地抑制氢在电解质溶液中不希望的形成，因此保持转移到成型部件内的氢较低。如果在涂敷工艺中氢含量低于具体上限，可以省略随后的热处理，诸如流出退火。
辅助元件中至少一个可以包括导电材料，在涂敷工艺中，相对于硬化成型部件，电流可以施加到辅助元件上。当使用若干导电辅助元件时，其可以在涂敷工艺中被加载不同的电位。因此，将在成型部件上产生的层厚度可以部分地个别地调整，例如，在成型部件的部分区域中的层结构可以通过增加电流而加速而通常因为几何条件或者其它边界条件，层结构的建立以较缓慢的速度发生。作为附加或作为替代，辅助元件中的至少一个可以由导电材料来提供，并连接到将由电导体涂敷的构件。
根据一可能实施例，可以执行涂敷工艺使得至少在一个工艺步骤中，待涂敷的成型部件经受脉冲电流。作为替代或作为附加，成型部件也可以经受非脉冲电流。在利用脉冲或非脉冲电流处理期间，顺序是可变的，即，成型部件可以在第一步骤中利用脉冲电流进行处理并且然后在随后的第二步骤中利用非脉冲电流进行处理，或反之亦然，首先用非脉冲电流处理并且然后利用脉冲电流处理。通过在第一部分步骤中的脉冲电流施加，实现了纳米结晶层结构，其例如可以具有一至二微米的层厚度。因此，涂层靠近工件具有特别致密的结构，其充当扩散阻挡层。利用脉冲电流对电解质溶液进行处理能在第一工位发生；在随后的第二工位，电解质溶液能被加载非脉冲电流。可以利用分开的阳极和/或导电辅助元件来实现电流施加。
作为使用由导电材料制成的辅助元件的替代或补充，辅助元件中的至少一个可以包括不导电材料。为了涂敷工艺，这种非导电辅助元件布置于浸渍浴中，特别地使得涂层沉积被部分抑制。在这种情况下，非导电辅助元件充当遮罩并且能局部抑制涂敷工艺。
独立于辅助元件的设计，根据一优选实施例，设置成将辅助元件中的至少一个容纳于保持装置中，其中保持装置能在浸渍浴内移动。可以特别地设置为将硬化成型部件浸渍到浸渍浴内后，辅助元件相对于成型部件从闲置位置(即静止位置)移动到处理位置，在闲置位置，辅助元件离成型部件一定距离，在处理位置，辅助元件更靠近成型部件移动。由于相应辅助元件相对于成型部件的可移动性，辅助元件可以很精确地定位用于涂敷工艺并且因此能局部地影响，例如便于或抑制层形成，或者涂层沉积。而且，可以设置为辅助元件的保持装置保持在浸浴中，它在浸浴中可移动地布置。
通过将工件浸渍到具有电解质溶液的浸渍浴内来执行涂敷工艺。浸渍浴也可以被称作浸浴或电解浴。根据第一可能性，涂敷工艺能以连续方式执行，其中在工件持续地移动经过浸渍浴时工件被涂敷。因为在工件表面上的相对移动，实现了涂敷工艺良好的可再现性，以及在整个表面上特别均匀的涂层。应了解连续方法也可以包括暂停，其中前移可以在某种程度上短暂地停止，例如在链式递送系统中。替代地，涂敷工艺也可以以不连续工艺执行，其中工件被浸渍到浸渍浴内并且在完成后，再次提出涂敷工艺。而且，不连续工艺可以以有利方式包括产生相对流动，例如通过喷嘴，生成抵靠成型部件的流体流动。
使用相对流动执行涂敷工艺以有利方式确保了由于第四流动电解质，锌含量在工件上保持较高。在电解质中氢不希望的产生和相对应地在工件中氢的包含因此在涂敷工艺中被抑制。防止工件氢脆，使得能省略随后的热处理。
酸性电解质溶液优选地用作电解质溶液，其能具有特别地2至4的pH-值。但是，应了解替代地也可以使用pH值优选地大于7的碱性电解质。酸性电解质具有以下优点：其能经受高电流密度，即，在预定时间，沉积的涂层厚度相对较大，并且在构件中的氢含量相对较低。然而，不利的是酸性电解质具有更恶化的散射能力(scattering power)。与之相反的是在碱性电解质中，沉积更加均匀，即，电解质具有更好的均镀能力，使得在工件上建立特别均匀的涂层。
在下文中更详细地描述在涂敷工艺之前执行的方法步骤。
起点可以是由可硬化钢材料制成的至少一个条带。优选地，含锰的材料用作可硬化的钢材料，其能附加地包含另外的微合金元素，如铌和/或钛。在此情况下，这种微合金元素占总质量的重量百分比优选地最大1000ppm(百万分之)。可以以低的重量百分比添加另外的微合金元素，如硼和/或钒。可用钢材料的示例是22MnB5、34MnB5或者51CrV4。起始材料(条带材料)具有优选地至少450MPa和/或优选地最大850MPa的拉伸强度。成品成型部件至少在部分区域中可以具有至少1100MPa，优选地至少1300MPa，特别优选地甚至高于1500MPa的最终拉伸强度。
从至少一种条带材料，生产坯料，根据一实施例，其被生产为使得它们具有不同厚度的部分。根据第一工艺，通过柔性轧制条带材料并且之后从柔性轧制条带材料切割坯料而实现具有不同厚度的部分。这样制造的坯料也被称作连续变截面辊轧板。根据可以与第一工艺组合的替代的第二工艺，能通过将具有不同厚度的若干部分坯料连接到彼此而制造坯料。可以相应地从具有彼此不同的金属板厚度的若干条带材料生产部分坯料。各个部分坯料的连接也可以通过例如焊接来执行。由若干部分坯料制成的坯料也被称作拼焊板(Tailor Welded Blank)。因为具有不同厚度，由这些坯料制成的构件也可以以有利方式部分地适应技术要求，如具体荷载。然而，应了解这种方法也可以用于具有恒定金属板厚度的坯料。
柔性轧制表示轧制工艺，其中，沿着长度具有恒定厚度的钢条被轧制为沿着长度具有可变厚度的条带。在柔性轧制之前的起始厚度可以多达8mm。作为用于柔性轧制的条带材料，可以使用热轧条带或冷轧条带，其中这些术语应以常用技术术语的意义来理解。钢条带也可以被称作钢带。热轧条带是轧制钢产品(钢条带或带)，其在先前加热之后通过轧制而生产。冷轧条带是冷轧的钢条带(扁钢)，其中，通过轧制而无先前加热实现了最终厚度减小。在柔性轧制后，条带材料可以在最厚点具有例如至多6.0mm的厚度。优选地，执行柔性轧制，使得生产具有不同厚度的至少两部分，其中较薄的第一部分的第一厚度与第二部分的第二厚度的比例小于0.8，特别地小于0.7，优选地小于0.6。然而，应了解，取决于最终产品的要求，在原则上可以生产具有不同厚度的任何数量的部分。能特别地调整厚度使得沿着该长度，构件的荷载至少基本上恒定，或者防止或至少减轻荷载峰值。
关于术语，从条带材料切割坯料(也可以被描述为分离)假定包括自条带材料生产坯料或具有轮廓的金属板部件的任何类型。这可以例如通过机械切割，如冲压或切割或者利用激光切割来实现。坯料指金属板部件，其从条带材料切割并且可以具有例如矩形形状。有轮廓的金属板部件指从条带材料切割的金属板元件，并且其外形，即轮廓已经适应最终产品的形状。当生产坯料或具有轮廓的金属板部件时，边缘能保留在不进一步使用的条带材料上。然而，可以执行将条带材料长度简单切割为部分零件，其中不留边缘。在本公开中，术语坯料应指具有任何类型轮廓例如矩形或成形边缘的金属板坯料，以及与若干部分坯料组合的金属板坯料。
可以作为根据第一实施例的热成型来执行使坯料成型的步骤。热成型指成型工艺，其中，在成型之前，工件被加热到高于奥氏体化温度的范围中的温度，并且其中，在成型工艺其间，或者之后不久，至少部分区域硬化。在合适加热装置，例如炉中执行加热。根据第一可能性，作为间接工艺执行热成型，其包括部分步骤：将坯料冷预成型为预成型构件，然后将冷预成型构件的至少部分区域加热到奥氏体化温度，并且随后将构件热成型以产生产品的最终外形。奥氏体温度是一温度范围，其中，存在至少部分奥氏体化(在两相区域铁氧体和奥氏体中的微结构)。而且，也可能仅坯料的奥氏体部分区域能进行例如部分硬化。也可以根据第二可能性作为直接工艺执行热成型，其特征在于坯料的至少部分区域被直接加热到奥氏体化温度并且然后在一个步骤中热成型和硬化成所需的最终外形。并不发生先前(冷)成型。而且，在直接工艺中，可以通过奥氏体化部分区域实现部分硬化。对于两个工艺，下面的情形适用：利用不同回火工具部分，或者通过使用允许不同冷却速度的若干工具材料，构件的部分区域硬化也是可能的。在后一种情况下，总坯料或总构件能完全被奥氏体化。
根据替代的方法工艺，金属板坯料也可以被冷成型。冷成型是下面这样的成型工艺：其中在成型之前不加热坯料，其在室温发生。冷成型特别地用作使软车身钢成型的工艺。在冷成型之后，成型部件可选地被硬化。
在成型期间或成型之后，热处理可以提供为集成的或单独的方法步骤，利用这些方法步骤，可以在工件中产生不同延展性的部分。延展性表示在不损坏或形成裂缝的情况下钢材料的可成型性。在抗拉测试中，例如可以利用断裂伸长(elongation at fracture)或者断裂收缩(contraction at fracture)来评估延展性。部分区域中延展性增加导致材料在所述部分区域中边缘开裂敏感性减小和可焊接性增加。
在硬化之后，清洁成型部件。根据优选实施例，执行清洁步骤使得在清洁之前和之后直接测量的与清洁有关的可扩散氢的增加小于0.7ppm(百万分之)。分别地，在清洁之前和清洁之后可直接包括之前或之后分别多达10分钟的时间范围，在此时间内，测量在材料中可扩散氢的含量。以此方式，能防止或至少减轻钢材料的不希望的氢脆。
根据第一工艺，能机械地执行成型部件的清洁。这表示其中从表面机械移除在成型之后存在的不希望的污染的处理。机械清洁的优点在于不想要的氢引入到工件内。优选地，可以喷砂或刷净成型部件。作为喷砂，特别是喷丸方法，可以使用金刚砂或干冰(CO2)的喷砂。利用喷丸，产生比非喷砂条件更粗糙的表面，这对于后来施加的涂层的粘合性质具有有利效果。根据替代工艺，也可以利用阳极浸蚀来执行清洁。可以通过将成型部件浸渍到浸浴内来执行阳极浸蚀，其中在直流电影响下执行氧化皮和其它污染物的去除。
显然，除了上文所提到的方法步骤之外，还在之前，期间或之后使用另外的步骤。例如，在柔性轧制之前或之后，可以执行条带材料的热处理。在柔性轧制之后，可以提供条带拉直。而且，在涂敷工艺之前，可以提供工件的预处理，如净化和/或脱氧(表面活化)。在涂敷工艺之后，可以作为另一处理来执行进一步处理，如净化、钝化、干燥和/或热处理。
优选地执行方法步骤使得在涂敷工艺之后，可扩散氢的最大0.7ppm量包含于成型部件中。以此方式，防止或至少减轻钢材料的不希望的氢脆。在清洁期间，通过阳极浸蚀，氢含量保持特别低。在涂敷工艺中，使用辅助元件造成低氢含量。通过组合地使用辅助元件和具有相对流动的酸性电解质实现了特别低的氢含量。
而且，通过一种制造硬化成型部件的设备实现了这个目的，这种设备包括：轧制装置，其用于轧制可硬化的条带材料；切割装置，其用于从条带材料产生坯料；热处理装置，其用于加热坯料到奥氏体化温度；成型-和硬化装置，其用于将坯料成型和硬化成硬化成型部件；清洁装置，其用于清洁硬化成型部件；涂敷装置，其用于向硬化成型部件涂敷金属涂层，其中涂敷装置包括具有电解质溶液的浸渍浴和在浸渍浴中的至少一个辅助元件，至少一个辅助元件被形成为使得其部分地影响涂层在硬化成型部件上的沉积。
利用该设备，实现了相同优点，如同上文所提到的方法，使得为了防止重复，参考上文的描述。利用根据本发明的设备，能执行根据本发明的方法，并且反之亦然。在此情况下，应了解关于本方法的每个个别特征也有效地用于该设备并且反之亦然，关于该设备的每个特点也有效地用于该方法。一起形成根据本发明的设备的各个装置，如轧制装置，切割装置、热处理装置、成型装置和清洁装置可以被布置成在空间上彼此靠近，其保持工件的搬运和运输费用相对应较低，或者也可以被布置在空间上分离的位置。
根据一优选实施例，至少一个辅助元件被形成为辅助阳极，辅助阳极被配置成惰性和/或不可溶和/或尺寸稳定中的至少一种情况。在涂敷工艺中，尺寸稳定的阳极并不溶解并且优选地适应待涂敷构件的形状。
优选地，涂敷装置具有保持机构，在保持机构上附连至少一个辅助元件，其中保持机构能相对于硬化成型部件在浸渍浴中移动。保持机构被配置成承载至少一个辅助元件并且也可以被称作保持装置。当使用若干辅助元件时，根据第一可能性，也能设置若干保持机构。替代地，若干辅助元件也可以容纳于一个保持机构中。保持机构的功能优选地也使得在其中容纳辅助元件中的一个或多个。在将待涂敷的构件浸渍到浸渍浴内后，其中容纳至少一个辅助元件的保持机构前移到构件，其中，使至少一个辅助元件到与成型部件相邻的所需位置。在此位置，一个或多个辅助元件以所需方式影响涂层结构。
辅助元件中的至少一个可以具有一个或多个贯通开口，电解质能通过贯通开口以指向方式流到成型部件的部分区域上。以此方式，在成型部件上实现局部地涂层沉积增加。总之，辅助元件中的一个或多个优选地布置成围住成型部件使得电解质围绕构件的定向循环是可能的。
根据一优选实施例，涂敷装置具有流动机构，流动机构在电解质溶液与硬化成型部件之间产生相对流动。流动抑制氢形成并且防止成型部件的这种氢脆的危险。在工件与电解质之间产生的相对流动速度可能例如在10mm/sec(毫米/秒)与600mm/sec之间。根据第一可能性，流动机构或装置可以被配置成使得成型部件移动经过静止的浸渍浴。作为替代或作为附加，流动装置可以具有一个或多个泵，其能以相对于工件的流动来移动电解质溶液。优选地，通过喷嘴使电解质溶液流动到成型部件上，喷嘴可以布置成相对于工件表面呈一角度，优选地该角度在90°直到±45°。一般而言，在电解质溶液中，在工件表面上可能存在电流密度的不均匀分布。因此，电解质溶液相对于工件的流动优选地被调整成使得在工件表面上产生电流密度的均匀分布。上文提到的辅助元件用于补偿不均匀的电流密度，因此，它们被布置于成型部件上，使得总体上产生具有至少尽可能恒定层厚度的涂层。用于涂敷工艺的电流密度在2与70A/dm2之间。
上文所提到的目的进一步由一种产品实现，特别地用于机动车辆的结构构件来实现，其根据本发明的方法或者利用根据本发明的设备制造。
附图说明
在下文中，使用附图来描述优选实施例。附图示出了：
图1作为流程图示意性地示出了根据本发明利用柔性轧制条带材料制造产品的方法；
图2是根据本发明在第一实施例中用于涂敷产品的装置
A)在第一位置(闲置位置)，
B)在第二位置(操作位置)，
图3示出了图2的产品和涂敷装置的另外的细节，
A)以第一视图，
B)以根据图3A)的截面线III-III截取的截面图，
C)以第二视图，
图4示出了在另一实施例中用于涂敷产品的根据本发明的装置，
A)以第一视图，
B)以根据图4A)的截面线IV-IV的截面图，
图5示出了在另一实施例中用于涂敷产品的根据本发明的装置，
A)以第一视图，
B)以根据图5A)的截面线V-V的截面图。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明用于从条带材料生产产品的方法。在方法步骤S10，通过轧制更具体的通过柔性轧制加工初始条件下卷成卷12的条带材料11。为此，用辊13轧制在柔性轧制之前沿着长度具有差不多恒定薄板厚度的条带材料11，使得辊13沿着轧制方向接收可变薄板厚度。在轧制期间，监视该过程并且利用轧制间隙控制来控制该过程，其中由薄板厚度测量装置确定的数据用作输入信号以控制辊。在柔性轧制之后，条带材料11在轧制方向上具有不同厚度。条带材料11在柔性轧制之后再次缠绕成卷12，使得其能转移到下一方法步骤。然而，应了解作为所描述的柔性轧制的替代，也可以使用其中条带材料被轧制为恒定薄板厚度的轧制工艺。
可硬化的钢材料，例如22MnB5、34MnB5或51CrV4可以用作条带材料11的材料。起始材料优选地具有至少450MPa和最大850MPa的拉伸强度(抗拉强度)。
在柔性轧制之后，条带材料可以在在条带拉直装置15中平整。平整方法步骤S20是可选的并且也可以省略。
在经过柔性轧制(S10)或平整(S20)之后，在下一方法步骤S30中，从条带材料11加工出各个薄板坯料16。优选地，通过冲压或切割来执行用条带材料加工出薄板坯料16。根据待生产的金属板坯料的形状，从条带材料11冲压出有轮廓的坯料，其中边缘保留在不再使用的条带材料上，或者条带材料可以简单地切割成各个零件块。
在从条带材料生产坯料之后，在下一方法步骤S40中执行工件的成型和硬化以成为所需的成形部件。
能作为直接工艺或间接工艺来执行成型和硬化。在直接工艺中，在成型之前将坯料加热为奥氏体化温度，加热例如可以通过感应加热或在炉中执行。奥氏体化温度指至少部分奥氏体化(两相范围铁素体和奥氏体中的微结构)的温度范围。然而，也可能仅坯料的部分区域奥氏体化，以能例如进行部分硬化。
在将坯料加热到奥氏体化温度后，在成型工具17中，热的坯料16被成型并且以高冷却速度冷却，其中部件接收其最终形状并且同时被硬化。也被称作热成型的这个工艺被表示为方法步骤S40。特别类型的热成型是压制硬化，其在高压下执行。
在间接热成型工艺中，坯料16在奥氏体化之前经受预先成型。在坯料的冷条件下，即无先前加热的情况下执行预成型。在预成型期间，部件接收一外形，其尚未对应于最终形状，然而，其接近最终形状。在预成型之后，发生奥氏体化和热成型，如在直接工艺中，其中部件接收其最终轮廓并且硬化。
在成型工艺期间，能在工件中产生具有不同延展性的区域和/或具有不同强度的区域。
在设置热成型(直接或间接)的情况下，钢材料应当具有至少0.1质量百分比直到0.35质量百分比的碳比例。独立于热成型的类型，能使整个工件或仅部分区域硬化。当执行热成型使得仅部分区域硬化时，成型部件具有减小强度和增加断裂伸长的区域。通过在随后方法步骤中仅在这些软区中施加涂层，减小了在硬化区域中的氢脆风险。
在成型和硬化(方法步骤S40)后，成型部件16在方法步骤S50中经受清洁工艺。执行成型部件的清洁使得最大0.7ppm量的可扩散氢(H)引入到成型部件内。为此，在此处提供阳极酸洗清洁。在阳极酸洗期间，成型部件16浸渍到浸渍浴19内，其中在电流作用下去除氧化皮和污染物。替代地，也可使用机械清洁工艺，如喷丸或刷净。
清洁之后，成型部件16在方法步骤S60中设有腐蚀防护。为此，成型部件行进经过电解涂敷设备20，电解涂敷设备20包括若干工位。优选地，具有至少50％质量百分比的锌、特别地至少90％质量百分比的锌的涂层材料用于涂敷工艺，其中，纯锌涂层也是可能的。涂层材料也可以包括其它合金元素。
在涂敷后，成型部件16可选地经受净化，即，清洁(未图示)。在净化后，成型部件16被热处理(未图示)，其中当可扩散氢的含量低于可容许的最大水平时，也可以省略热处理。热处理在原则上能以任何合适技术方式执行，例如，以分批退火或也可以通过感应加热，仅示例性地提到两种方法。能在高于220℃，更优选地高于230℃温度执行热处理。用于热处理的最高温度优选地低于钢材料的AC1温度，特别地在至多600℃，优选地至多400℃的温度。通过也可以被设计成流出退火(effusion annealing)的热处理，减小了工件中的残余应力或者在硬化构件中的应力峰值，或增加了断裂伸长。同时，利用选定的温度，加速氢流出，使得总体实现了较低氢脆。热处理也可以在数秒至三个小时的时间范围执行。在涂敷之后执行热处理加速了构件的干燥，并且通过回火，当使用高强度钢时，有关延展性和断裂伸长的材料特征得到了改进。
在下文中，使用图2至图5单独地描述涂敷工艺。
利用电解质溶液21，通过电镀执行涂敷，成型部件16浸渍到电解质溶液21内。图2A和图2B示意性地示出了第一实施例的相应的涂敷装置20。可以看到成型部件16，其被浸渍到具有电解质溶液的浸浴21内。成型部件16可以在浸浴中移动，使得在成型部件16与电解质之间生成相对流动。以此方式，实现了均匀的层结构并且减少了氢产生。在浸浴中，设置阳极(未图示)，其能由涂层材料制成，当施加电流时金属离子到电解质，或者阳极由不可溶材料制成，其中，在此情况下，涂层材料已经包含于电解质中。金属离子作为原子沉积到成型部件16上并且形成涂层，成型部件充当阴极。成型部件16可以例如是机动车辆的车身的结构构件，如A、B或C柱，或其它车身部件。
涂敷方法的特别特征在于若干辅助元件22、22’用于浸浴中，其部分地影响了涂层的沉积。在本情况下，提供两组辅助元件，即，用于成型部件16的第一侧23的第一辅助元件22和用于成型部件的第二侧23’的第二辅助元件22’。两个第一辅助元件22附连到联合的第一载体24上，联合的第一载体24布置于电解质21中，并且能相对于浸浴19、更具体地相对于成型部件16移动。第二辅助元件22’安装于第二载体24’上，第二载体24’布置于电解质21中并且能相对于浸浴19、更具体地相对于成型部件16移动。载体24、24’也可以被称作保持机构或装置。
在图2A中，可以看出，载体24、24’和连接于其的辅助元件22、22’被布置成离成型部件一定距离。在将成型部件16浸渍到浸渍浴19内之后，载体24、24’和附连于其的辅助元件22、22’从闲置位置(图2A)朝向成型部件16移动到工作位置(图2B)，以局部地影响涂敷工艺。利用相应辅助元件22、22’相对于成型元件16的可移动性，辅助元件可以精确地定位用于涂敷工艺，并且因此，涂层沉积或层结构可能受到局部影响，例如促进或抑制。
辅助元件22、22’中的至少一个或某些可以包括导电材料，其在涂敷工艺中经受电位。如果使用多于一个辅助元件，在涂敷工艺中，辅助元件22、22’可以被施加不同电位。因此，待生产于成型部件16上的层厚度可以个别地调整。根据一实施例，可以执行涂敷工艺使得在第一步骤中，电解质溶液经受脉冲电流并且然后在随后的第二步骤中经受非脉冲电流。利用脉冲电流馈送，实现了纳米结晶层结构，使得涂层具有接近工件的基本上精细的粒度大小。也可以经由若干分开的阳极(未图示)和/或经由导电辅助元件22、22’来执行电流的施加。
也可能一个或多个辅助元件22、22’包括非导电材料。对于涂敷工艺，这种非导电辅助元件22、22’特别地被布置成在浸浴中，部分地抑制涂层沉积。应了解一个或多个导电辅助元件可以与一个或多个非导电辅助元件组合使用。
在图3A至图3C中，示出了具有辅助元件22、22’的示例性成型部件16的另外的细节。辅助元件22横向于成型部件16的上部24和下部25延伸，成型部件16在目前设置为机动车辆的B柱的形式。显然，上辅助元件22具有近似三角形截面并且适应成型部件16的上部24的相应轮廓。下辅助元件22具有近似矩形截面并且适应成型部件16的下部25的U形轮廓。在相对侧23’上，辅助元件22’设置于中间部分26的下部中，当在侧视图中观察时，辅助元件22’布置于成型部件16的外轮廓内。
图4A和图B示出了在另一实施例中根据本发明的涂敷装置20。这大致对应于图2和图3的实施例，使得其因此参考上文的描述。为了简单起见，并未示出浸浴和载体。相同或相对应构件被提供与在上面的图中相同的附图标记。
图4A和图4B的本实施例的特别特征在于辅助元件22、22’在成型部件16的整个表面上延伸。成型部件16布置于两个辅助元件22、22’之间，其中两个辅助元件形成通道30、30’，利用一个或多个喷嘴28泵送电解质溶液通过通道30、30’。以此方式，实现了围绕工件的流动井和因此相对快速的层积聚。而且，电解质流动抵制氢的形成和引入到工件内。在图4B的截面图中，可以看出，辅助元件22、22’的形状适应成型部件16的外形。沿着成型部件16具有近似恒定宽度的相应间隙形成于成型部件16的表面23、23’与相对应辅助元件22、22’之间。在本示例中，电解质在上部24上流入并且在下部25离开，其由箭头指示。应了解辅助元件也可以具有不同形状，特别地使得间隙部分地减小和/或扩大，以在这些区域中以选择性方式影响流动。
图5A和图5B示出了在另一实施例中根据本发明的涂敷装置20。这大致对应于图2至图4的实施例，使得相对应地，其参考上文的描述。为了简单起见，没有示出浸浴和载体。相同或相对应构件被提供与上文所描述附图中相同的附图标记。
在图5A和图5B的本实施例的特别特征在于辅助元件22在成型部件16的总表面上延伸。在辅助元件22内，若干贯通开口29在成型部件16的延伸部上分布，利用喷嘴28，电解质溶液通过贯通开口29流到成型部件16上。以此方式，在贯通开口覆盖的这些区域中实现了部分涂层沉积的增加。在图5B的截面图中，看出辅助元件22的形状适应成型部件16的轮廓。具有接近恒定距离的间隙沿着成型部件16分别形成于成型部件16的表面23与相应辅助元件22之间。在本示例中，辅助元件22仅布置于成型部件的一侧上，利用辅助元件22，通过贯通开口29，电解质溶液流到成型部件16上。然而，应了解在相对侧上，也可以布置另一辅助元件和/或间隙可以以可变宽度沿着成型部件形成。
在本实施例中，总是提供成型部件的完整涂层。然而，可以考虑仅涂敷成型部件的部分区域。因此，能简化处理工作以及其之后将成型部件连接到其它构件的焊接工艺。而且，在非涂敷区域中，氢可以易于流出，从而减轻氢脆的风险。在此情况下，当成型部件仅在腐蚀危险区域中设有腐蚀防护涂层时，这是特别有利的。这些例如是在机动车辆中暴露于增加的湿气的区域，并且因此也可能被称作湿区域。
本发明的特别特点在于在柔性轧制之后，在切割坯料之后并且在其成型之后执行电解涂敷。施加到成型部件上的涂层连续地闭合、具体地说无裂缝，并且可以被设置为均匀厚度，即，独立于工件的相应厚度。因此，较强的轧制区域具有充分厚的涂层，其可靠地防止腐蚀。利用上游或下游热处理，能减小在工件中的残余应力，并且能加速氢流出，这也导致材料较低的氢脆。
应了解，可以更改根据本发明的方法工艺。例如，此处并未单独地示出的中间步骤可以设置于所提到的步骤之间。例如，成型部件可以在电解涂敷之前具有中间层，特别地是镍层、铝层或锰层。中间层形成对表面的额外保护并且改进了后来施加的含锌涂层的粘附。
附图标记列表
10
11 条带材料
12 卷
13 辊
14 轧制间隙控制
15 平整装置
16 坯料/成型部件
17 成型/硬化装置
18 浸渍槽
19 浸渍浴
20 涂敷装置
21 电解质溶液
22,22’ 辅助元件
23,23’ 表面
24,24’ 保持装置
25 部分
26 部分
27 部分
28 流动装置
29 贯通开口
30,30’ 通道
S10 轧制
S20 平整
S30 分离
S40 成型/硬化
S50 清洁
S60 涂敷

Claims (22)

1.一种通过以下步骤来制造硬化成型部件的方法：
从可硬化的条带材料(11)生产出坯料(16)，
将所述坯料(16)加热到奥氏体化温度，
使所述坯料成型并且硬化为硬化成型部件(16)，
清洁所述硬化成型部件(16)，
在具有电解质溶液(21)的浸渍浴中向所述硬化成型部件(16)涂敷金属涂层，其中在涂敷期间，至少一个辅助元件(22,22’)设置于所述浸渍浴中并相对于所述硬化成型部件(16)定位，从而通过所述至少一个辅助元件(22,22’)局部地影响所述涂层在所述硬化成型部件(16)上的沉积。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
执行所述涂敷步骤，使得至少3μm和最多30μm的平均涂层厚度被施加到所述硬化成型部件上。
3.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
所述辅助元件(22,22’)中至少一个包括导电材料并且在所述涂敷步骤期间经受电流。
4.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
提供由导电材料制成的若干辅助元件(22,22’)，所述辅助元件在所述涂敷的步骤期间经受不同电流。
5.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
执行所述涂敷步骤，使得至少在一工艺步骤中所述电解质溶液(21)经受脉冲电流。
6.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
所述辅助元件(22,22’)中的至少一个包括不导电的材料并且其在所述涂敷工艺中布置于所述浸浴中，从而部分地抑制所述涂层的沉积。
7.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
所述辅助元件(22,22’)中的至少一个容纳于保持装置(24,24’)中，其中所述保持装置(24,24’)能在所述浸浴中移动。
8.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
在所述硬化成型部件(16)浸渍到所述浸渍浴内之后，所述辅助元件(22,22’)从闲置位置移动到处理位置，在所述闲置位置，所述辅助元件远离所述硬化成型部件(16)，在所述处理位置，所述辅助元件(22,22’)接近所述硬化成型部件(16)。
9.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
在所述涂敷步骤期间，在所述硬化成型部件(16)与所述电解质溶液(21)之间生成相对流动。
10.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
利用涂敷材料执行所述涂敷步骤，所述涂敷材料具有至少50％的锌质量部分。
11.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
所述硬化成型部件被涂敷持续最多20分钟。
12.根据权利要求11所述的方法，
其特征在于
所述硬化成型部件被涂敷持续最多15分钟。
13.根据权利要求12所述的方法，
其特征在于
所述硬化成型部件被涂敷持续最多10分钟。
14.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
生产所述坯料(16)，使得通过对所述条带材料进行柔性轧制并且随后从所述柔性轧制条带材料切割出所述坯料，或者通过连接具有第一厚度的第一部分坯料与具有不同于所述第一厚度的第二厚度的第二部分坯料，来形成具有不同厚度的部分。
15.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
执行所述方法的生产、加热、成型并硬化、清洁和涂敷步骤，使得在所述涂敷步骤之后，最大量0.7ppm的可扩散氢容纳于所述硬化成型部件(16)中。
16.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于
由阳极浸蚀、喷砂和刷净中至少一种来执行所述硬化成型部件(16)的清洁步骤。
17.一种用于制造硬化成型部件的设备，包括：
轧制装置(13)，其用于轧制可硬化的条带材料；
切割装置，其用于从所述条带材料产生坯料(16)；
热处理装置，其用于加热所述坯料(16)到奥氏体化温度，
成型和硬化装置(17)，其用于将所述坯料成型和硬化成硬化成型部件，
清洁装置(18)，其用于清洁所述硬化成型部件，
涂敷装置(20)，其用于向所述硬化成型部件涂敷金属涂层，其中所述涂敷装置(20)包括具有电解质溶液(21)的浸渍浴和在所述浸渍浴中的至少一个辅助元件(22,22’)，所述至少一个辅助元件(22,22’)被形成为使得其部分地影响所述涂层在所述硬化成型部件(16)上的沉积。
18.根据权利要求17所述的设备，
其特征在于
所述辅助元件(22,22’)中的至少一个被形成为辅助阳极，所述辅助阳极被配置成惰性、不可溶和尺寸稳定中的至少一种情况。
19.根据权利要求17所述的设备，
其特征在于
所述涂敷装置(20)具有保持装置(24,24’)，所述辅助元件(22,22’)附连到所述保持装置(24,24’)上，其中所述保持装置(24,24’)能在所述浸渍浴中相对于所述硬化成型部件(16)移动。
20.根据权利要求17所述的设备，
其特征在于
所述辅助元件(22)中至少一个具有贯通开口(29)，所述电解质能通过所述贯通开口(29)以指向方式流动到所述硬化成型部件(16)的部分区域。
21.根据权利要求17所述的设备，
其特征在于
所述涂敷装置(20)具有流动机构(28)，所述流动机构(28)用于在所述电解质溶液与所述硬化成型部件(16)之间产生相对流动力矩。
22.根据权利要求21所述的设备，
其特征在于
所述流动机构(28)具有用于以指向方式将电解质导向至所述成型部分(16)的部分区域的至少一个喷嘴。
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