CN106164184B - 以高生产率生产经压制硬化并涂覆的钢部件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包括用于热处理的钢基材的预涂覆板坯或金属板，所述钢基材至少一个主面的至少一部分被预涂层所覆盖，所述预涂层包含至少一个铝层或铝合金层，所述预涂层的至少一部分被聚合层所覆盖，所述聚合层的厚度为2微米至30微米并且由不含硅并且氮含量为相对于所述层的小于1重量％的聚合物组成，所述聚合层包含相对于所述层的量为3重量％至30重量％的碳颜料。

Description

以高生产率生产经压制硬化并涂覆的钢部件的方法

本发明涉及由预涂覆的钢板制造部件的方法，所述预涂覆的钢板经加热、冲压然后在冷却期间通过将其保持在加压工具中实现硬化；这些部件旨在用作机动车中的结构元件以发挥防撞入或能量吸收功能等。此类部件还可用于例如制造农业机械的工具或部件。

在这类应用中，目的是制造结合了高机械强度、良好耐腐蚀性和良好可焊接性的钢部件。还必须能够使用高生产力方法制造这些热冲压部件。这些要求特别适用于汽车行业，其中目的是显著降低车辆的重量。例如，防撞入的部件或在机动车安全方面发挥作用的部件如保险杠、门加强件或中柱均需要上述品质。这些品质可特别地通过显微组织为马氏体或贝氏体-马氏体的钢部件而获得。

已知此类部件的制造特别地来自于公开FR2780984和FR2807447，根据所述公开，将由钢板切割而成用于热处理、预涂覆有金属或金属合金的板坯在炉中加热并且然后热冲压。预涂层可以是铝或铝合金、锌或锌合金。在炉内加热期间，该预涂层与钢基材合金化以形成为钢表面提供保护使其免于脱碳和形成氧化皮(scalet)的化合物。该化合物适于热成形。在成形之后将工件保持在工具中使得能够快速冷却，这导致在钢基材中获得与强度和硬度的良好机械特征有关的硬化显微组织。该方法被称作“压制硬化”。

在此类方法中，板坯一般在连续炉中进行加热，由此所述板坯在这些炉中在辊上向前移动。该阶段包括加热步骤，随后是在加热炉内保持温度，一般为约900℃至950℃。保持温度和保持时间是板坯厚度和板坯上预涂层类型等的函数。出于生产力的原因，期望使用能够尽可能地缩短在炉内加热步骤的方法。在这点上，公开EP2312005公开了一种这样的方法，其中提供具有铝预涂层的钢线圈，并且然后在600℃至750℃下退火1小时至200小时的时间段。发生铁从基材向预涂层的扩散，到达获得预合金产物的程度。在切割之后，可更快速地加热这些预合金的板坯，特别由于由预合金处理引起的发射率改变。然而，该方法需要对线圈进行预先、耗时的退火。

文献EP2463395也提出了借助多种方法局部地降低板坯的反射率以加速加热阶段的动力学：预先施加黑漆，通过喷丸清理、轧制、激光或在酸溶液中浸渍蚀刻来改变表面粗糙度。该文献还描述了这样的实施例：其中水相中的颜料和溶剂相中基于聚酯/三聚氰胺的黑漆已经沉积在镀锌的预涂层上。考虑到常规的混合速率：在干燥之后漆层中90％至92％的聚酯和8％至10％的三聚氰胺(C₁₂H₃₀N₆O₆)，并且按体积计30％的最大颜料浓度，在干燥之后用于这些测试的漆层中的氮含量的量级为1.7至2.4％％。然而，该方法完全忽视了与这些部件的后续使用相关的某些基本问题。在热冲压之后，所述部件必须适用于通过电泳的涂漆，必须可焊接并耐腐蚀。然而，将如下所示，在热冲压之前施加耐高温的常规黑漆不可能获得这些特性。

因此已经进行了尝试来确定这样的方法：其能够同时地提高热冲压过程的生产力并控制该过程以使由此获得的经热冲压和硬化的部件与常规工业生产条件相容，即例如，他们不需要改变用于这些部件装配的电阻点焊机的现有设置。该方法还必须与用铝涂层预涂覆的焊接板坯的制造相容，所述制造需要在板坯边缘上预先去除预涂层的一部分，如文献EP2007545中所述。

还进行了尝试以确定这样的方法：其对制造条件的某些潜在变化相对不敏感。特别地，已经进行了尝试以设计一种方法，所述方法的结果对预涂覆板坯的制备条件相对不敏感。

此外，寻找这样的方法：其将能够获得对延迟开裂的优异抗性。已知的是压制硬化能够获得具有极高机械强度的部件，所述部件的显微组织可在应力存在下由于氢的存在对开裂敏感，例如由切割部件得到的那些。因此已经进行了尝试以限定这样的方法：其对延迟开裂不存在任何增加风险或将甚至能够降低对该风险的敏感度。

已经进行了另外的尝试限定这样的方法：其能够由不同厚度的板制造焊接板坯，所述不同厚度的板将不会在这些焊接板坯的不同部分中产生显著不同的加热速率。

最后，已经进行了尝试来设计这样的方法：其中组成步骤和物理元件使得该方法能够得以实施而不会导致高成本增加。

令人惊奇地，本发明人已经示出可由于在热冲压之前将聚合层沉积在包括至少一个铝层或铝合金层的预涂层上来经济地解决上述提到的问题，其中聚合层由包含量为3重量％至30重量％的碳颜料的特定聚合物构成。

为此，本发明的第一目的是包括用于热处理的钢基材1的预涂覆板或板坯，所述钢基材至少一个主面的至少一部分被预涂层2所覆盖，所述预涂层包括至少一个铝层或铝合金层，所述预涂层的至少一部分被聚合层3所覆盖，所述聚合层3的厚度为2μm至30μm，由不含硅并且相对于所述层氮含量小于1重量％的聚合物组成，其中相对于所述层，所述聚合物层包含量为3重量％至30重量％的碳颜料。

优选地，聚合物的元素选自C、H、O、N。

在一个优选实施方案中，聚合层由在水相中的分散体或乳液形式的树脂获得。

根据另一个优选实施方案，聚合层由在非水性溶剂中的溶液形式的树脂获得。

在另一个优选实施方案中，聚合层由与基材辊压接合的膜组成。

优选地，聚合层由丙烯酸型树脂获得。

在一个优选实施方案中，聚合层由在非水性溶剂中为溶液形式的环氧型树脂或丙烯酸型树脂获得。

在另一个优选实施方案中，聚合层由聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚乙烯或聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚丙烯膜组成。

颜料优选至少部分地由活性炭构成。

在一个优选实施方案中，颜料至少部分地由石墨构成。

相对于层按重量表示，聚合物层中活性炭的量优选少于5％。

优选地，铝层或铝合金层构成预涂层厚度的多于50％。

本发明的另一个目的是根据上述实施方案之一的板或板坯，其特征在于预涂层包括接触基材1的金属间合金层4，所述金属间合金层被金属铝合金层5所覆盖，并且特征在于，在所述板的至少一个预涂覆表面上，聚合层和金属合金层不存在于区域6中，其中该区域位于所述板或所述板坯的边缘上。

本发明的又一个目的是通过焊接至少两个板坯获得的焊接板坯，其中板坯7中的至少之一是厚度e₇的根据上述特征中任一者的板坯，并且所述板坯中的至少之一是厚度e₈的板坯8，板坯8由通过被与所述板坯7相同的铝层或铝合金层涂覆的钢基材构成，其中板坯7和8的厚度使得：

板坯(7)优选为涂覆在聚合层3的整个预涂层上的板坯，并且厚度e₇和e₈使得：

本发明的再一个目的是部件9，所述部件9通过以下步骤获得：使具有包括至少一个铝层或铝合金层的预涂层的板或板坯奥氏体化，随后通过保持在冲压工具中热冲压并硬化，其中所述部件的基材10的显微组织包含马氏体和/或贝氏体，其中基材的至少一个主表面被涂层11所覆盖，涂层11由钢基材和预涂层之间的相互扩散得到，其中涂层11被氧化物层12所覆盖，其中在所述部件表面之下0μm至0.01μm之间氧的平均百分数小于25重量％，并且在所述表面之下0.1μm至0.2μm之间氧的平均百分数小于10重量％。

本发明的另一个目的是一种用于制造经压制硬化的部件的方法，所述方法包括依次进行的以下步骤：

-提供用于热处理的钢板或板坯基材，

-施加预涂层，所述预涂层包括在板或板坯至少一个主面上接触钢基材的至少一个铝层或铝合金层，然后，

-在所述预涂层上，沉积厚度为2μm至30μm的聚合层3，所述聚合层由不含硅并且氮含量为相对所述层小于1重量％的聚合物组成，其中所述聚合层包含相对于所述层量为3重量％至30重量％的碳颜料，然后

-对所述板坯或板进行加热以在钢基材与预涂层之间实现相互扩散，以使所述钢具有部分或完全奥氏体组织，然后

-对板坯或板进行热冲压以获得部件，然后

-通过所述部件将保持在冲压工具中对其进行冷却，使得在所述部件的至少一部分中钢基材的显微组织包含奥氏体和/或贝氏体。

在一个优选实施方案中，板或板坯的厚度为1mm至2mm，并且板坯或板在50℃至500℃之间的加热速率为15℃/s至35℃/s。

优选地，铝层或铝合金层占预涂层厚度的多于50％。

在一个优选实施方案中，聚合物的元素选自C、H、O、N。

本发明的又一个目的是一种用于制造经热冲压并压制硬化的焊接板坯的方法，所述方法包括依次进行的以下步骤：

-提供通过焊接至少两个板坯产生的焊接板坯，其包括

-至少一个厚度为e₇的根据上述特征任一者的板坯7，

-至少一个厚度为e₈的板坯8，所述板坯8由涂覆有与所述板坯7相同的预涂层的铝层或铝合金层的钢基材构成，

-其中板坯7和8的厚度使得

-对所述焊接板坯进行加热以影响钢基材与预涂层之间的相互扩散并且使钢具有部分或完全奥氏体组织，然后

-对所述焊接板坯进行冲压以获得经热冲压的焊接板坯，然后

-通过将经热冲压的焊接板坯保持在冲压工具中对其进行冷却以在经热冲压的焊接板坯的基材的至少一部分中获得马氏体和/或贝氏体。

优选地，根据本发明的经热冲压和硬化的焊接板坯的特征在于，板坯7被聚合层3涂覆在整个预涂层上，并且特征在于：

本发明的另一些特征和优点将在以下描述中变得显而易见，该描述参考附图借助实施例给出，其中：

图1示出了根据本发明的预涂覆板或板坯在热冲压之前的示意性实例。

图2示出了根据本发明焊接的板坯的示意性实例，其中两个板坯不具有相同的厚度。

图3示出了意在经激光焊接然后经热冲压的根据本发明的板坯的示意性实例。

图4是在根据本发明的热冲压件上观察到的层构成的实例的示意性说明。

应注意的是，这些图无意于按比例重现不同构成元件的相对尺寸。

图5示出了在加热至900℃随后热冲压并压制硬化之后氧含量的表面曲线分析。

图6示出了在加热至900℃随后热冲压并压制硬化之后碳含量的表面曲线分析。

图7示出了不是根据本发明的预涂覆板坯在900℃下处理随后热冲压并压制硬化之后碳、氧和硅的表面曲线分析。

图8示出了与不包含具有碳颜料的聚合物层的预先沉积物的经热冲压的部件相比根据本发明的经热冲压的部件的表面外观，其中前者示于图9中。

用于根据本发明的方法的钢板的厚度优选为约0.5mm至4mm，该厚度范围特别地用于制造机动车行业用的结构部件或加强部件。

基材的钢是用于热处理的钢，即能够在奥氏体化之后硬化并通过淬火快速冷却的钢。

通过举例的方式，所述钢有利地包含以下元素，其中组成按重量百分比表示：

-碳含量：0.07重量％至0.5重量％、优选0.09重量％至0.38重量％、并且非常优选0.15重量％至0.25重量％。该元素在奥氏体化处理后的冷却之后获得的硬化性和机械强度方面发挥重要作用。含量低于0.07重量％时，对硬化的合适性降低并且压制硬化后的机械拉伸强度不足。0.15％的C含量能够确保最高热加工区中的充分硬化性。含量大于0.5重量％时，在硬化期间形成缺陷的风险增加，特别是对于最厚的部件而言。也变得难以确保在压制硬化后在部件弯曲期间的延展性。0.09％至0.38％的碳含量能够在部件的显微组织完全马氏体化时获得大约1000MPa至2050Mpa的拉伸强度Rm。

–锰除了其脱氧作用之外，还对硬化性具有重要影响，特别是当以大于0.5重量％，并且优选大于0.8重量％的量存在时。然而，优选地将其添加量限制到3重量％，非常优选地将其限制到1.5重量％以避免过度偏析(segregation)。

–钢的硅含量必须为0.02重量％至0.5重量％，并且优选为0.1重量％至0.35重量％。该元素除了在钢水脱氧中的作用之外，还有利于钢的硬化，但是仍必须对其浓度进行限制以防止氧化物的过量形成以及避免对可热浸涂性的任何不利影响。

-在大于0.01％的浓度之上，铬增加硬化性并且有助于在热成形操作之后获得高强度。在等于1％(优选0.3％)的浓度之上，铬对部件中机械特性均匀性的影响饱和。

–铝是促进氮的氧化和沉淀的元素。在炼钢期间形成过量的粗的铝酸盐，这倾向于降低延展性，因此将铝含量限制到0.25重量％。0.001％的最低浓度能够在加工期间使液态的钢氧化。

-过量的硫和磷导致脆性增加。这是优选将这些元素的水平分别限制到0.05重量％和0.1重量％的原因。

-硼是在硬化性方面起重要作用的元素，其含量必须为0.0005重量％至0.010重量％，并且优选为0.002重量％至0.005重量％。含量低于0.0005重量％时，则无法获得对硬化性的充分效果。含量为0.002重量％时，则获得完全效果。最大硼含量必须低于0.010重量％，并且优选为0.005重量％，以免对韧性产生不利影响。

–钛对氮具有强亲和力。其保护硼使得该元素呈游离形式，从而使其能够对硬化性产生完全作用。然而，高于0.2％时，钢水中存在形成粗的氮化钛的风险，从而对韧性具有负面影响。钛含量优选为0.02％至0.1％。

-任选地，钢还可包含量为0.001重量％至0.3重量％的钨。由于形成碳化物，示出量的该元素增加了硬化性和对硬化的适合性。

-任选地，钢还可包含量为0.0005％至0.005％的钙。通过与氧和硫结合，钙防止了大的夹杂物的形成，所述大的夹杂物对由其制造的板或部件的延展性具有不期望的影响。

钢组成的余量由铁和加工中产生的不可避免的杂质组成。

优选地，将使用22MnB5钢，其以重量百分数为单位包含以下成分：0.20％至0.25％的C、1.1％至1.35％的Mn、0.15％至0.35％的Si、0.02％至0.06％的Al、0.02％至0.05％的Ti、0.02％至0.25％的Cr、0.002％至0.004％的B，余量由铁和不可避免的杂质组成。

钢基材包括铝或铝合金的预涂层。在铝合金预涂层的情况下，涂层因此包含含量大于50重量％的铝。这种优选地通过连续热浸工艺施加的预涂层有利地为铝-硅合金，所述铝-硅合金包含7重量％至15重量％的硅、2重量％至4重量％的铁、任选地15ppm至30ppm的钙，余量由铝和加工中产生的不可避免的杂质组成。

预涂层还可以是这样的铝合金：包含40％至45％的Zn、3％至10％的Fe、1％至3％的Si，余量由铝和加工中产生的不可避免的杂质组成。

预涂层还可由以顺序步骤沉积的层的叠置构成，这些层中的至少一者为铝或铝合金。铝或铝合金层(或者，如果存在多个这种类型的层，则这些层的厚度总和)优选地占预涂层厚度的多于50％。

该预涂层在板至少一个主要表面上被包含碳颜料的聚合层所覆盖。所述层可沉积在整个金属预涂层上或仅被沉积在其一部分上。在仅被沉积在其一部分上的情况下，在所述层存在的区域中获得下述的被该层赋予的效应。特别是关于该层的热效应，在与已经沉积所述层的位置相邻的区域中也较小程度上赋予了该热效应。

该聚合层可特别地通过以下步骤获得：

-以在水相中的分散体或乳液形式的树脂开始。特别地，可使用丙烯酸型树脂。

-以在非水性溶剂中的溶液形式的树脂开始。特别地，可使用环氧型树脂，例如，环氧苯酚或丙烯酸树脂。

-以辊压接合至基材板的热塑性聚合物膜开始。特别地，可使用聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚乙烯或聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚丙烯膜。

出于生产力和厚度规则性的原因，该层可优选地通过辊涂沉积。在聚合和/或干燥之后，获得聚合层，其厚度为2μm至30μm。小于2μm的厚度使得不可能获得实施所述方法的足够的覆盖率。大于30μm的厚度导致在随后加热期间增加炉污染的风险。

板或预涂覆板坯在图1中示意性地示出。图1示出了被金属预涂层2覆盖的用于热处理的钢基材1，所述金属预涂层2其本身被包含碳颜料的聚合层3所覆盖。

在该阶段，钢基材仍未硬化，即其不含任何由硬化所得的组成部分或至少仅含一些由硬化所得的组成部分，例如少于10％的马氏体。板或板坯具有基本上平坦的形状。

在压制硬化方法中，将钢基材加热到温度T_γ，至少部分地导致其奥氏体化以在随后冷却期间实现马氏体或贝氏体转变。如果将用漆涂覆的板加热至这样的温度，则然后将自然地选择耐受高于T_γ的温度T的漆，即其中对于漆中颜料，粘合剂保持其功能性的漆。已知的是，耐高温的颜料一般为由此含硅的硅酮或聚硅氧烷树脂。实际上，其基于含非常稳定的键并耐高温的Si-O-Si链。然而，本发明人已经出乎意料地发现，使用不含硅的聚合物是必要的。当所述聚合物的组成元素选自碳、氢、氧或氮时，获得了以下阐明的有益效果。在加热期间，这些聚合物在低于T_γ的温度下分解并且部分地与炉气氛的氧结合。然后可期望的是，失去粘合剂的漆的颜料将不再粘附于基材并将变得不连接。在加热之后还可能担心的是，将存在源自漆分解的层，其将妨碍电泳或电阻焊接的后续实施。然而，本发明人已经出乎意料地示出，这些不期望的后果不会发生在本发明的条件下。

聚合层3的氮含量必须被限制到1％，优选0.5％，并且非常优选0.2％，否则出现在加热至冲压所需的温度期间形成HCN型化合物或过量氨的不利后果。

相对于聚合层3，碳颜料的含量为3重量％至30重量％。低于3重量％时，则加热周期时间的减少是不足的。高于30重量％时，则混合物的黏度不适合于施用。在该含量范围内，在热冲压之后获得的部件几乎没有碳的表面富集，如下文所示。

碳颜料可以为石墨或活性炭形式。通过高温碳化步骤获得的活性炭形式的碳颜料具有无定形结构和赋予其高吸附能力的大比表面积。相对于沉积层，活性炭的含量必须小于5重量％以适用于与聚合物混合。

包括金属预涂层和含碳颗粒的聚合物层的板坯在常温至温度T_γ(常规大约为900℃)的普通气氛下在炉内进行加热，这使得后续热冲压成为可能。在加热期间，所述层中的碳存在于板坯表面上用于该加热步骤的最大部分，即其对反射率的影响施加于该步骤的大部分，并且其因此有助于非常显著地降低所述步骤的持续时间。在本发明的条件下，本发明人已经发现，所述碳在加热期间在炉内逐步与氧结合，并且当板坯达到温度T_γ时几乎完全消失。本发明人还发现，施加根据本发明的漆不需要后续喷砂处理来消除潜在的氧化物层，所述氧化物层可通过电泳对后续涂漆产生不利影响。施加根据本发明的漆不改变部件在冲压之后的电阻焊接的适合性，使得没有必要改变焊接机的设置。此外，将如以下所示，由于可扩散氢含量的降低，根据本发明的方法能够增加对经热冲压的部件的延迟开裂的抗性。施加根据本发明的漆不会降低经热冲压的部件的耐腐蚀性。

可以以图2中示出的一种具体方式实施本发明，图2示意性示出了包括具有相应厚度e₇和e₈()的两个板坯7和8的焊接板坯。这两个板坯包括预涂覆有铝或铝合金的钢基材，其中预涂层在两个板坯上是相同的。焊接接头可通过任意合适的方法产生，特别是通过弧焊或激光焊接。如果加热这种类型的焊缝用于热冲压，则组成部件的不同厚度在两个部件中产生不同的加热动力学，其中板坯7加热得比较薄的板坯8慢。这进而会导致在热冲压之后基材以及部件7和8的涂层中的不同显微组织和不同特性。在某些情况下，无法确定令人满意的操作条件(如加热温度和保持时间)以在焊接接头的不同组成区域中获得期望的特性。

本发明教导了，沉积上述聚合物层以在较厚板坯7上获得包含3％至30％碳颜料的聚合层。较薄板坯8在铝或铝合金预涂层上不具有这样的层。根据经热冲压的部件上的期望均匀特性，可在整个板坯7上或仅在其一部分上沉积所述层。然后将焊接板坯放置于炉内。预先施加漆层能够增加板坯7的发射率并缩小由两个板坯7和8的厚度差异导致的两个板坯7与8之间加热速率的差异。

本发明人已经示出，当以的方式提供板坯时，在部件7和8中加热持续时间几乎相同，因为施加根据本发明的漆层改变了发射率从而几乎完全抵消了板坯7与8厚度之间的差异对加热周期的影响，这确保了热冲压和压制硬化之后部件特性的优良均匀性。

例如，可利用铝硅合金(包含7重量％至15重量％的硅、2重量％至4重量％的铁、任选15ppm至30ppm的钙，剩余物由铝和加工中产生的不可避免的杂质组成)预涂覆板坯7和8。在这些条件下，如图3示意性地示出的，预涂层2包括接触钢基材1的几微米厚的金属间合金层4，所述金属间合金层主要包含Fe₂Al₃、Fe₂Al₅和Fe_xAl_ySi_z。该金属间层4被金属合金Al-Si-Fe层5覆盖。在较厚板坯7上，该层5本身被包含3％至30％碳颜料的上述聚合物层3所覆盖。为了防止在焊接期间在熔融区域中形成脆性金属间化合物，将金属合金层5移动至板坯的边缘上，将金属间合金的薄层4留在原位。这种局部烧蚀可通过任意方式进行，特别是通过使用脉冲激光的熔融和汽化。本发明人已经示出，具有碳颜料的聚合物层的存在不妨碍烧蚀，其可在令人满意的生产力条件下进行。通过举例，可使用50W至1.5kW的激光功率、量级为3m/mn至6m/mn的烧蚀速率和300nm至1500nm的波长获得期望的结果。

图3示出了如下一个实例，其中已经将漆层3和金属合金层5移动至预涂覆涂漆板坯的一个边缘上。因此，金属间涂层4在该烧蚀之后暴露在表面6上。图3示出了如下实例，其中已经在板坯的单个表面上进行了烧蚀。当期望使通过再熔融引入到熔融焊接金属中的铝的量最小化时，还可在两个面上进行这种烧蚀。

沿着已经进行烧蚀的边缘焊接板坯。然后对所述板坯进行加热、热冲压并压制硬化。

本发明人已经示出，根据本发明的方法能够制造经热冲压的部件，所述部件具有良好的点焊和通过电泳涂漆的适合性、良好的耐腐蚀性和延迟开裂抗性。

通过非限制性实例，以下实施方案说明了通过本发明获得的优点。

实施例1：

提供了由具有按重量百分数计的以下组成的钢制成的1mm厚板坯：0.228％C、1.189％Mn、0.014％P、0.001％S、0.275％Si、0.028％Al、0.034％Ti、0.003％B、0.177％Cr，余量为铁和加工产生的杂质。这些板坯在各表面上包括24μm厚的预涂层，所述预涂层包含9重量％的硅、3重量％的铁，余量为铝和不可避免的杂质。在这些板坯的一些上，然后在示于下表的不同条件下在水相中通过辊涂在全部两个表面上沉积由聚合物和碳颜料构成的层。在沉积层上丙烯酸苯氧基树脂包含少于0.2％的氮。在这些辊涂的层中碳颜料按重量百分数示于下表1中。使所沉积的层通过70℃的干燥室5分钟对其进行干燥。

表1.试验条件

(I＝本发明，R＝参比)

热重分析示出，大多数丙烯酸树脂在大约400℃下分解。

在普通气氛下在炉内将在上表中所示的条件下制备的钢板坯从常温加热至900℃，在该温度下保持一分钟，然后通过将钢板坯保持在冲压工具中对其热冲压并回火硬化。由此获得的快速冷却转变了钢基材上的马氏体组织。机械强度Rm为约1500MPa。

热循环引起基材的铁与涂层的合金化，从而获得基本上包含铝、铁和硅的金属间合金。

在每个上述条件中，使用热电偶测量加热的持续时间即板坯为常温时并且其达到900℃时的时刻之间流逝的时间。结果列于表2中。

表2-从20℃加热至900℃的持续时间

只与金属预涂层(试验R2)相比，施加含碳颜料的聚合层(试验I1至I5和R1)能够将加热时间减少多于50％。

还在厚度为1mm至2mm于条件I3和R2下制备的板坯上测量在50℃至500℃之间加热期间获得的平均速率。表3列出了所得到的结果。

表3：50℃至500℃之间的加热速率

在本发明的条件下，因此显示出，可在50℃至500℃之间在整个厚度范围实现15℃/s至40℃/s的加热速率，但是在参比条件R2下该速率保持低于12℃/s。

图5示出了对加热至900℃并且然后硬化的板坯上进行的通过辉光放电光谱仪的氧分析。这些分析表示了氧含量按重量百分数计作为从压制硬化部件表面开始的厚度函数的变化。关于参比试验R1(聚硅氧烷类涂层)和R2(没有施加漆的金属预涂层)，施加根据本发明的树脂和碳颜料(I3)导致外表面上氧化物层的减少。在试验I3的情况下，在表面之下0μm至0.01μm之间所测量的平均氧含量为16.7％，而对于试验R2来说其为30.3％。平均表面氧含量的这种减少能够减小接触电阻，提高了电阻点焊的适合性。不局限于特定理论，认为使根据本发明的聚合物层沉积至一定程度，保护了下面的铝合金层并降低了氧化铝在所述表面上的形成。

在另一些试验I4和I5中，已经发现氧含量作为深度函数的变化非常类似于图5中I3所示出的。

在试验R1的情况下，使用聚硅氧烷类聚合物导致了厚氧化物层的形成。在表面之下0.1μm至0.2μm之间所测量的平均氧含量为18％，而在本发明条件下平均氧含量小于10％：试验I3中为3.8％、试验I4中为3％、试验I5为4.8％。在试验R1的情况下，为了进行后续通过电泳的涂漆，有必要通过昂贵的喷砂或喷丸处理移除氧化物层，而这些处理在本发明的情况下是不必要的，因为氧化物层具有显著更低的厚度。

在根据本发明的试验I3至I5中，在压制硬化之后的表面氧含量相对独立于沉积在预涂层上的聚合层的厚度，如下表所示。

表4：表面上的氧含量作为预涂层上聚合物沉积物厚度函数的特征

这意味着，可以以一定的厚度容差进行使具有碳颗粒的聚合物层沉积的起始步骤，并因此不需要进行特定昂贵的施加方法。

将在图6中观察到，相比较于参比情况R2，在本发明的条件(试验I3和I5)下沉积碳颜料与聚合物不会导致显著的碳表面富集。

与已经预期的相反，本发明人已经示出，在压制硬化处理之后，碳颜料的添加甚至会减少外表面上的碳含量。这表明在炉内板坯的加热阶段期间，几乎完全地发生了碳与氧在大气中的反应。

在本发明的条件下，在加热期间在不同温度下中断的试验示出，在该步骤的大部分中碳仍存在于板坯的表面上，即在加热周期的很大一部分期间直接产生所述碳对反射率的影响。但是，如上所述，大气氧与碳的逐步组合导致当板坯温度达到900℃时碳元素几乎完全消失。

在参比条件(R1)下设置沉积物的情况下，图7示出了在通过加热至900℃、在该温度下保持一分钟、继而热冲压并压制硬化获得的按重量计部件上所测量的碳、氧和硅含量的变化。除了比根据本发明的I3至I5试验更高的氧含量以外，表面硅含量也有显著增加，所述硅以氧化物的形式存在，所述氧化物由于接触电阻(大于1.5毫欧)的急剧增加改变了电阻焊接的适合性。

通过在350daN焊接力下进行点焊来评估根据条件I2和R2得到的部件的电阻点焊的适合性。可焊接性范围的宽度通过最小强度I_min(能够获得与令人满意的机械强度相关的6mm的点直径)和最大强度I_max(超过该最大强度I_max在焊接期间液体金属的排出)之差来评估。可焊接性范围的宽度(I_max至I_min)为约1500A，对于条件I2和R2是相等的。同样地，已经发现点焊上的横向拉伸试验的结果是相同的。对于焊接强度I_min而言，机械强度等于3370N(条件R2)和3300N(条件I2)。对于焊接强度I_max而言，机械强度等于4290N(条件R2)和4127N(条件I2)。因此，施加根据本发明的聚合物和碳颗粒不会改变点焊的适合性。可实施本发明而不改变焊接机的设置。可焊接预涂覆有具有根据本发明的聚合物和碳沉积物的铝或铝合金的板以及仅被预涂覆的板，确保所述焊接条件将完全适合于这两种类型的板。

在扫描电子显微镜下观察在条件I1至I3和R2下经热冲压并硬化的部件表面的顶部(zenith)。在参比条件(R2，图8)下，表面粗糙度是显著的，其通过后续电泳确保了良好的可涂漆性。

图9示出在本发明的条件(I2)下制造的部件的表面粗糙度是相似的。对条件I1和I3进行相同的观察。因为以上指出，根据本发明制造的部件的表面没有富集碳，这确保了电泳适应性不会通过预先施加聚合物和碳颜料而降低。

实施例2：

根据来自表1的条件I2(根据本发明的AlSi预涂层和漆层)和R2(只有AlSi预涂层)评估对所制造的经热冲压并压制硬化的部件的不同形式腐蚀的抗性。

在以下条件下测定耐化妆品(cosmetic)腐蚀性：制造不同深度的刮痕，仅影响经热冲压的部件的涂层(条件A)或还影响基材(条件B)。

在其本身公知的“New VDA Test 233-102”中所述的条件下，这些部件在盐雾中经历温度和湿度的循环六周。然后测量刮痕的水平下起泡的宽度。结果呈现于表5中。

表5-化妆品腐蚀的结果

相比于参比试验2，发现施加根据本发明的漆不会降低耐化妆品腐蚀性。

在上述“New VDA”试验条件下，通过超过12周进行的试验评估耐穿孔腐蚀性。测量的在条件I2和R2下制造的部件的重量损失如下：

	重量损失(g/m2)
		I2	170
R2	180

表6-化妆品腐蚀的结果

相比于参比试验R2，施加根据本发明的漆不会降低耐穿孔腐蚀性。

根据条件I2和R2热冲压并制造的1mm部件经历通过电泳的涂漆。测量方格图案中在刮痕之后该电泳层的粘附，随后浸入50℃的水中10天。发现施加根据本发明的漆不会降低电泳层的粘附。

实施例3：

获得1.5mm和2mm厚由22MnB5钢制成的板坯，所述板坯在其两侧包括23μm厚的预涂层，所述预涂层包含9％Si和3％Fe，余量为铝和不可避免的杂质。在一些板坯上，在示于表1中的根据本发明的条件I2下，通过辊涂在全部两个主表面上使由聚合物和碳颜料组成的层沉积。不对其他板坯进行涂漆(条件R)。

将板坯加热至900℃，在该温度下保持一分钟，然后通过将其保持在冲压工具中来热冲压并硬化。使用本身已知的热解吸分析法测量可扩散氢含量。这些板坯的可扩散氢含量列于表7中。

涂层	板坯的厚度(mm)	可扩散氢含量(ppm)
			I2	1.5	0.15
R	1.5	0.21
			I2	2	0.17
R	2	0.25

表7-可扩散氢含量

根据本发明的特定漆的沉积物能够非常显著地减小可扩散氢的含量。不受限于理论，本发明人认为，施加根据本发明的沉积物缩短可以吸收氢期间(冲压之前的加热步骤期间)的时间长度。因此，本发明能够显著降低对经热冲压并硬化的部件的延迟开裂的敏感度。因此，实施本发明能够使用包含较高水平的合金元素并在热冲压之后导致较高机械强度的钢，全都没有增加关于延迟开裂的风险。

实施例4：

获得1mm、2mm和2.5mm厚由22MnB5钢制成的板坯，所述板坯在其两侧包括23μm厚的预涂层，所述预涂层包含9％Si和3％Fe，余量为铝和不可避免的杂质。预涂层由接触钢基材的约4μm厚薄的金属间合金层组成，所述金属间合金层主要由Fe₂Al₃、Fe₂Al₅和Fe_xAl_ySi_z组成。该金属间层被19μm厚的Ai-Si金属合金层所覆盖。

在表1所示的条件I2下，在一些板坯上通过辊涂在全部两个主表面上沉积由聚合物和碳颜料组成的层。

将这些板坯加热至900℃。通过热电偶测量的热循环能够确定热发射率。对于根据本发明涂漆的板而言，热发射率在加热周期期间从约0.6降至0.3。对于未被涂漆的参比板而言，发射率在加热周期期间从约0.2降至0.1。

参考示意图2，板坯通过激光焊接组装，其中这些板坯是不同厚度的两种板坯。厚度为e₈标识为8的较薄板坯由预涂覆有以上铝合金的板组成。厚度为e₇标识为7的较薄板坯由预涂覆有根据以上条件I2的相同铝合金和聚合层的板组成。为了防止在焊接期间熔融的区域中形成金属间化合物，使用脉冲激光通过在两个表面上从板坯的边缘烧蚀掉1.1mm的宽度以移除金属Al-Si-Fe合金涂层，将薄的金属间合金层留在原位。在未被涂漆的预涂覆板坯的情况下，仅移除金属合金层；在具有聚合层的预涂覆板坯的情况下，移除上述宽度的金属合金层以及聚合层。3m/mn的烧蚀速率能够获得期望的结果。

然后通过使用放置于焊接板坯(厚度为e₇和e₈的板坯)的两个部件7和8的每个中的热电偶测量温度将这些焊接板坯加热至900℃。由此测定部件7和8中每个的加热时间以及在加热的每个瞬间这两个部件之间的温度差。加热周期期间的最大温度差以及列于表8中。然后对焊接板坯进行热冲压并压制硬化。

表8

通过比较，表9呈现了在加热由各自厚度为2mm和1mm的预涂覆有Al-Si合金、未被漆涂的两个板坯组成的焊接板坯期间获得的结果。

表9

在本发明的条件(试验I4和I5)下，加热时间在组成焊接接头的两个部件7和8中非常相似。这能够确保在焊接接头的部件7和8中，奥氏体化之后的钢基材和通过相互扩散获得的涂层的显微组织将非常相似。通过比较，参比试验R3产生了这样的情况，其中将焊接板坯的较厚部件加热至900℃比薄部件慢得多。因此如果需要将焊接接头的薄部件保持在900℃持续190s以便厚部件达到900℃的温度，则这会导致较薄部件的钢基材中不期望的奥氏体晶粒生长，或者在该部件中预涂层与基材之间过度的相互扩散。根据本发明的方法能够防止这些问题。

在试验I5中，当之比等于2.5时，在加热周期中任意点处焊接接头的两个部件之间的温度差特别低，小于2℃，然而在试验I4中其等于44℃。当目的为焊接板坯加热期间最大可能的热均匀性时，将选择这种厚度比为2.2至2.6的优选模式。

因此，本发明尽可能在提高生产力的条件下生产经热冲压的部件，表现出对点焊接和通过电泳涂漆的良好适合性、高的耐腐蚀性和对延迟开裂的抗性。这些部件可有利地被用作机动车结构领域中的结构部件或加强件。

Claims (22)

1.一种包括用于热处理的钢基材(1)的板或预涂覆板坯，所述钢基材至少一个主面的至少一部分上覆有预涂层(2)，所述预涂层(2)包括至少一个铝层或铝合金层，上述预涂层的至少一部分上覆有厚度为2μm至30μm的聚合层(3)，所述聚合层(3)由不含硅并且氮含量相对于上述层小于1重量％的聚合物构成，其中上述聚合层包含相对于上述层的量为3重量％至30重量％的碳颜料。

2.根据权利要求1所述的板或板坯，其特征在于，所述聚合物的元素选自C、H、O、N。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的板或板坯，其特征在于，所述聚合层由在水相中的分散体或乳液形式的树脂获得。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的板或板坯，其特征在于，所述聚合层由在非水性溶剂中的为溶液形式的树脂获得。

5.根据权利要求1至2中任一项所述的板或板坯，其特征在于，所述聚合层由辊压接合至所述基材的膜构成。

6.根据权利要求3所述的板或板坯，其特征在于，所述聚合层由丙烯酸型树脂获得。

7.根据权利要求4所述的板或板坯，其特征在于，所述聚合层由环氧型树脂或丙烯酸型树脂获得。

8.根据权利要求5所述的板或板坯，其特征在于，所述聚合层由聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚乙烯或聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚丙烯的膜构成。

9.根据权利要求1至2中任一项所述的板或板坯，其特征在于，所述碳颜料至少部分地由活性炭构成。

10.根据权利要求1至2中任一项所述的板或板坯，其特征在于，所述碳颜料至少部分地由石墨构成。

11.根据权利要求1至2中任一项所述的板或板坯，其特征在于，所述聚合层中的所述碳颜料至少部分地由活性炭构成，并且所述聚合物层中活性炭的量相对于所述层少于5重量％。

12.根据权利要求1至2中任一项所述的板或板坯，其特征在于，所述铝层或铝合金层占所述预涂层厚度的大于50％。

13.根据权利要求1至2中任一项所述的板或板坯，其特征在于，所述预涂层包括接触所述基材(1)的金属间合金层(4)，所述金属间合金层(4)上覆有金属铝合金层(5)，并且特征在于，在所述板的至少一个预涂覆面上，所述聚合层和所述金属合金层不存在于区域(6)中，所述区域位于所述板或板坯的边缘上。

14.一种通过焊接至少两个板坯制造的焊接板坯，其特征在于，所述板坯(7)中的至少之一是厚度为e₇的根据权利要求1至13中任一项所述的板坯，并且所述板坯中的至少之一是厚度为e₈的板坯(8)，所述板坯(8)由涂覆有与所述板坯(7)相同的铝层或铝合金层的钢基材构成，所述板坯(7)和板坯(8)的厚度使得

15.根据权利要求14所述的焊接板坯，其特征在于，所述板坯(7)为在其整个预涂层上涂覆有聚合涂层(3)的板坯，并且特征在于：

16.一种部件(9)，所述部件通过以下步骤获得：使包括具有至少一个铝层或铝合金层的预涂层的板或板坯奥氏体化，随后通过保持在冲压工具中进行热冲压和硬化，所述部件的基材(10)的显微组织包含马氏体和/或贝氏体，所述基材的至少一个主面上上覆有涂层(11)，所述涂层(11)由所述钢基材与所述预涂层之间的相互扩散得到，所述涂层(11)上覆有氧化物层(12)，所述部件特征在于，所述部件的表面之下0μm至0.01μm之间氧的平均含量小于25重量％，并且特征在于，所述表面之下0.1μm至0.2μm之间氧的平均百分数小于10重量％。

17.一种用于压制硬化部件的制造方法，包括依次进行的以下步骤：

-提供用于热处理的板或钢基材板坯，

-施加预涂层，所述预涂层具有在所述板或板坯至少一个主面上的接触所述钢基材的至少一个铝层或铝合金层，然后

-在所述预涂层上，沉积厚度为2μm至30μm的聚合层(3)，所述聚合层由不含硅并且氮含量为相对所述层的小于1重量％的聚合物构成，所述聚合层包含相对于所述层的量为3重量％至30重量％的碳颜料，然后

-对所述板坯或所述板进行加热以在所述钢基材与所述预涂层之间实现相互扩散并且使所述钢具有部分或完全奥氏体组织，然后

-对所述板坯或所述板进行热冲压以获得部件，然后

-通过将所述部件保持在所述冲压工具中使所述部件冷却使得在所述部件的至少一部分中所述钢基材的显微组织包含奥氏体和/或贝氏体。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述板或所述板坯的厚度为1mm至2mm，并且所述板坯或所述板在50℃至500℃之间的加热速率为15℃/s至35℃/s。

19.根据权利要求17或18所述的方法，其特征在于，所述铝层或铝合金层占所述预涂层厚度的多于50％。

20.根据权利要求17至18中任一项所述的方法，其特征在于，所述聚合物的元素选自C、H、O、N。

21.一种用于制造热冲压并压制硬化的焊接板坯的方法，包括依次进行的以下步骤：

-提供通过焊接至少两个板坯产生的焊接板坯，其具有

-至少一个厚度为e₇的根据权利要求1至13中任一项所述的板坯(7)，

-至少一个厚度为e₈的板坯(8)，所述板坯(8)由与上述板坯(7)相同的预涂层的铝层或铝合金层涂覆的钢基材构成，

-板坯(7)和板坯(8)的厚度使得

-对所述焊接板坯进行加热以在所述钢基材与所述预涂层之间实现相互扩散并且使所述钢具有部分或完全奥氏体组织，然后

-对所述焊接板坯进行冲压以获得经热冲压的焊接板坯，

-通过将所述板坯保持在所述冲压工具中使其冷却以在经热冲压的焊接板坯的基材的至少一部分中获得马氏体和/或贝氏体。

22.一种用于制造根据权利要求21所述的经焊接、热冲压和压制硬化的板坯的方法，其特征在于，所述板坯(7)被聚合层(3)涂覆在整个预涂层上，并且特征在于：