CN106574348B - 用于模压淬火的钢板的制造方法和通过此方法获得的部件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于模压淬火的轧制钢板，该轧制钢板的化学组成包含以重量表示的含量：0.24％≤C≤0.38％，0.40％≤Mn≤3％，0.10％≤Si≤0.70％，0.015％≤Al≤0.070％，0％≤Cr≤2％，0.25％≤Ni≤2％，0.015％≤Ti≤0.10％，0％≤Nb≤0.060％，0.0005％≤B≤0.0040％，0.003％≤N≤0.010％，0.0001％≤S≤0.005％，0.0001％≤P≤0.025％，应当理解的是，钛和氮含量满足：Ti/N>3.42，并且碳、锰、铬和硅含量满足：式(I)，该化学组成任选地包含以下元素中的一种或更多种：0.05％≤Mo≤0.65％，0.001％％≤W≤0.30％，0.0005％≤Ca≤0.005％，余量由铁和由生产而产生的不可避免的杂质组成，在钢的板表面区域中深度Δ内的任意点处，板包含的镍含量Ni_surf为使得Ni_surf>Ni_nom，其中Ni_nom表示钢的标称镍含量，并且使得，表示Δ内的最大镍含量的Ni_max：式(II)并且使得：式(III)，其中深度Δ以微米表示，Ni_max和Ni_nom含量以重量百分比表示。

Description

用于模压淬火的钢板的制造方法和通过此方法获得的部件

本发明涉及钢板的制造方法，所述钢板旨在于模压淬火之后产生强度非常高的机械部件。如已知的，通过在压机中淬火产生的硬化(或模压淬火)包括：在足够高的温度下对钢坯进行加热以实现奥氏体转变，然后通过将其保持在压制工具内来对坯件进行热冲压以获得淬火显微组织。根据该方法的变型方式，可以在加热和模压淬火之前预先对坯件进行冷预冲压。这些坯件可以被预涂覆有例如铝合金或锌合金。在这种情况下，在于炉中加热期间，预涂层合金与钢基材通过扩散而产生为部件提供表面保护而防止脱碳和氧化皮形成的化合物。该化合物适于热成型。

所得部件特别地用作机动车辆中用于提供抗侵入或能量吸收功能的结构元件。因此，可以引述以下作为实施实例：保险杠横梁、门或中心支柱加强件或车架纵梁。此种模压淬火部件还可以用于例如制造用于农业机械的工具或部件。

根据钢的组成和压机中获得的冷却速度，机械强度可以达到更高或更低的水平。因此，公开文本EP 2,137,327公开了包含以下的钢组成：0.040％<C<0.100％，0.80％<Mn<2.00％，Si<0.30％，S<0.005％，P<0.030％，0.010％≤Al≤0.070％，0.015％<Nb<0.100％，0.030％≤Ti≤0.080％，N<0.009％，Cu、Ni、Mo<0.100％，Ca＜0.006％，用该钢组成能够在模压淬火之后获得超过500MPa的机械拉伸强度Rm。

公开文本FR 2,780,984公开了获得更高的强度水平：包含0.15％<C<0.5％、0.5％<Mn<3％、0.1％<Si<0.5％、0.01％<Cr<1％、Ti<0.2％、Al和P<0.1％、S<0.05％、0.0005％<B<0.08％的钢板使得能够获得超过1000MPa、甚至超过1500MPa的强度Rm。

这样的强度对于许多应用是令人满意的。然而，对降低车辆能量消耗的需求驱使通过使用下述部件来寻求甚至更轻重量的车辆，所述部件的机械强度甚至将更高，这意味着该部件的强度R_m将超过1800MPa。由于一些部件被喷漆并经历漆烘烤周期，该值是在或不在通过烘烤进行热处理的情况下达到的。

现今，此种强度水平通常与完全地或非常显著地马氏体显微组织相关。知道此类型的显微组织具有更低的抗延迟开裂性：在模压淬火之后，所制造的部件实际上在一段时间之后可能易于因以下三种因素的结合而发生开裂或断裂：

-大部分马氏体显微组织；

-足量的可扩散氢。这可能在热冲压和模压淬火步骤之前坯件的炉加热期间被引入：实际上，存在于炉中的水汽可能分解并吸附在坯件的表面上。

-存在足够水平的施加应力或残余应力。

为了解决延迟开裂的问题，提出对再加热炉的气氛以及切割坯件的条件进行严格控制以使应力水平降到最低。还提出对热冲压部件进行热后处理以允许除氢。然而，这些操作限制了需要能够避免此风险并且克服这些额外的限制和成本的材料的工业。

还提出了在钢板表面上沉积减少氢吸附的特定涂层。然而，寻求提供等同的抗延迟开裂性的更简单的方法。

因此，人们正在寻找用于在模压淬火之后将同时提供非常高的机械强度Rm和高的抗延迟开裂性的部件的制造方法；这些目的是先前难以协调的。

此外，已知富含淬火促进和/或硬化的元素(C、Mn、Cr、Mo等)的钢组成导致获得硬度较高的热轧板。因此，考虑到一些冷轧机的有限的轧制能力，此增大的硬度对于获得大厚度范围内的冷轧板是不利的。因此，热轧板阶段中过高的强度水平不允许获得非常薄的冷轧板。因此，寻求提供大的冷轧板厚度范围的方法。

此外，大量存在的淬火促进和/或硬化元素可能在制造的热机械处理期间造成影响，因为一些参数(轧制结束温度、卷取温度，冷却速度在轧制带宽度上的变化)的变化会导致板内的机械特性变化。因此，寻求对某些制造参数的变化较不敏感的钢组成，以制造具有好的机械性能均匀性的板。

还寻求钢组成，该钢组成可以特别地通过热浸镀容易地被涂覆，使得板可以根据终端用户规范以不同的形式获得：未涂覆的形式，或者涂覆有铝合金或锌合金的形式。

还寻求方法，该方法提供对机械切割步骤具有良好适用性的板以获得旨在用于模压淬火的坯件，即，其机械强度在该阶段将不会太高，从而避免切割或冲孔工具的损坏。

本发明的目标是借助经济的制造方法来解决全部上述问题。

出人意料地，发明人已示出的是这些问题通过提供具有下文详述的组成的板而解决，其中，该板还具有在其表面区域中具有特定镍富集的特征。

为此目的，本发明的主题为用于模压淬火的轧制钢板，该轧制钢板的化学组成包含以重量表示的含量的下述成分：0.24％≤C≤0.38％，0.40％≤Mn≤3％，0.10％≤Si≤0.70％，0.015％≤Al≤0.070％，0％≤Cr≤2％，0.25％≤Ni≤2％，0.015％≤Ti≤0.10％，0％≤Nb≤0.060％，0.0005％≤B≤0.0040％，0.003％≤N≤0.010％，0.0001％≤S≤0.005％，0.0001％≤P≤0.025％，其中，应当理解的是，钛和氮含量满足：Ti/N≥3.42，并且碳、锰、铬和硅含量满足：该化学组成任选地包含以下元素中的一种或更多种：0.05％≤Mo≤0.65％，0.001％≤W≤0.30％，0.0005％≤Ca≤0.005％，余量由铁以及由制备产生的不可避免的杂质形成，在钢的板表面附近深度Δ内的任意点处，板包含的镍含量Ni_surf为使得：Ni_surf>Ni_nom，其中Ni_nom表示钢的标称镍含量，并且使得表示Δ内的最大镍含量的Ni_max：并且使得其中深度Δ以微米表示，并且Ni_max和Ni_nom含量以重量百分比表示。

根据第一方式，板的组成以重量计包含：0.32％≤C≤0.36％，0.40％≤Mn≤0.80％，0.05％≤Cr≤1.20％。

根据第二方式，板的组成以重量计包含：0.24％≤C≤0.28％，1.50％≤Mn≤3％。

板的硅含量优选地使得：0.50％≤Si≤0.60％。

根据特定方式，组成以重量计包含：0.30％≤Cr≤0.50％。

优选地，板的组成以重量计包含：0.30％≤Ni≤1.20％，并且非常优选地：0.30％≤Ni≤0.50％。

钛含量优选地使得：0.020％≤Ti。

板的组成有利地包含：0.020％≤Ti≤0.040％。

根据优选方式，组成以重量计包含：0.15％≤Mo≤0.25％。

组成以重量计优选地包含：0.010％≤Nb≤0.060％，并且非常优选地：0.030％≤Nb≤0.050％。

根据特定方式，组成以重量计包含：0.50％≤Mn≤0.70％。

有利地，钢板的显微组织为铁素体-珠光体。

根据优选方式，钢板为热轧板。

优选地，板为热轧退火板。

根据特定方式，钢板预涂覆有铝或铝合金或基于铝的合金的金属层。

根据特定方式，钢板预涂覆有锌或锌合金或基于锌的合金的金属层。

根据另一方式，钢板预涂覆有包含铝和铁和可能的硅的金属间合金的一个涂层或数个涂层，其中，预涂层不包含Fe₃Si₂Al₁₂型的τ₅相和Fe₂Si₂Al₉型的τ₆相的游离铝。

本发明的主题还在于通过对根据上述方式中的任一方式的组成的钢板进行模压淬火而获得具有马氏体或马氏体-贝氏体组织的部件。

优选地，模压淬火部件具有标称镍含量Ni_nom，其中，钢中表面附近的镍含量Ni_surf大于深度Δ内的Ni_nom，并且表示Δ内的最大镍含量的Ni_max：并且其中，深度Δ以微米表示，并且含量Ni_max和Ni_nom以重量百分比表示。

有利地，模压淬火部件具有大于或等于1800MPa的机械强度Rm。

根据优选方式，模压淬火部件由于模压淬火的热处理期间钢基材与预涂层之间的扩散而涂覆有铝或基于铝的合金或者锌或基于锌的合金。

本发明的另一目的是热轧钢板的制造方法，包括按照以下顺序的步骤：对具有根据上面提出的方式中的一种方式的化学组成的中间产物进行铸造，然后将该中间产物再加热到1250℃至1300℃的温度，在该温度下保持20分钟至45分钟的保持时间。对中间产物进行热轧，直到825℃至950℃的轧制结束温度ERT，以获得热轧板，然后在500℃至750℃的温度下对热轧板进行卷取以获得热轧卷取板，然后通过酸洗去除在前述步骤期间形成的氧化物层。

本发明的目的还为冷轧退火板的制造方法，其特征在于，该制造方法包括按照以下顺序的步骤：通过上述方法提供、卷取和酸洗、制造热轧板，然后对该热轧卷取酸洗板进行冷轧以获得冷轧板。在740℃至820℃的温度下对该冷轧板进行退火以获得冷轧退火板。

根据有利方式，提供根据上述方法之一制造的轧制板，然后通过热浸镀进行连续预涂覆，其中，预涂层是铝或铝合金或基于铝的合金，或者锌或锌合金或基于锌的合金。

有利地，本发明的目的还为预涂覆预合金化板的制造方法，根据该制造方法，提供根据上述方法之一轧制的板，然后用铝或基于铝的合金进行连续热浸镀预涂覆，然后在620℃至680℃的温度θ₁下对预涂覆板进行热预处理，保持6小时至15小时的保持时间t₁，使得预涂层不再包含Fe₃Si₂Al₁₂型的τ₅相和Fe₂Si₂Al₉型的τ₆相的游离铝，并且使得钢基材中不发生奥氏体转变，其中，预处理在炉中于氢气和氮气气氛下进行。

本发明的目的还为模压淬火部件的制造方法，该制造方法包括按照以下顺序的步骤：提供通过根据上述方式之一的方法制造的板，然后对板进行切割以获得坯件，然后对坯件执行通过冷冲压进行变形的任选步骤。将坯件加热到810℃至950℃的温度以在钢中获得完全奥氏体组织，然后将坯件转移到压机内。对坯件进行热冲压以获得部件，然后将其保持在压机内以通过奥氏体组织的马氏体转变来实现硬化。

本发明的目的还为包括上文提出的特征或者根据上文提出的方法制造的模压淬火部件用于制造车辆的结构部件或加强部件的用途。

本发明的其他特征和优点将在作为实施例且参照以下附图给出的以下描述中变得明显，所述附图：

图1示意性地示出了模压淬火板或模压淬火部件的表面附近的镍含量的变化并且例示了限定本发明的某些参数：Ni_max、Ni_surf、Ni_nom和Δ。

图2示出了热冲压和模压淬火部件的机械强度作为结合板的C、Mn、Cr和Si含量的参数的函数。

图3示出了在热冲压和模压淬火部件上测得的可扩散氢含量作为表示板的表面附近的总镍含量的参数的函数。

图4示出了在热冲压和模压淬火部件上测量的可扩散氢含量作为表示板的表面层中的镍富集量的参数的函数。

图5示出了具有不同组成的板的表面附近的镍含量的变化。

图6示出了在模压淬火之前已经历两种表面制备方式的相同组成的板的表面附近的镍含量的变化。

图7示出了对于在模压淬火之前已经历两种表面制备方式的板，作为表面层中的镍富集量的函数的可扩散氢含量的变化。

图8和图9示出了根据本发明的热轧板的组织。

在根据本发明的方法中实施的金属板的厚度优选地为0.5mm至4mm，其为尤其用于汽车工业的结构部件或加强部件的制造中的厚度范围。该金属板可以通过热轧获得或者作为随后进行的冷轧和退火的对象。该厚度范围适于工业模压淬火工具、特别是热冲压机。

有利地，钢包含具有以重量表示的组成的以下元素：

-碳含量0.24％至0.38％，该元素对可淬火性以及继奥氏体化处理之后的冷却之后获得的机械强度起主要作用。低于0.24重量％的含量，在不另外添加昂贵元素的情况下，在通过于压机中回火进行的硬化之后不能达到1800MPa的机械强度水平。高于0.38重量％的含量，延迟开裂的风险增大，并且用Charpy型缺口弯曲测试测得的延展性/脆性转变温度变得大于-40℃，这被认为是韧性降低过大。

具有0.32重量％至0.36重量％的碳含量，能够在保持焊接性处于令人满意的水平并且限制生产成本的同时稳定地获得目标特性。

当碳含量为0.24％至0.28％时，点焊的适用性特别好。

如随后将看出的，碳含量还必须结合锰、铬和硅含量来限定。

-除了作为脱氧剂的作用之外，锰对可淬火性也起作用：锰的含量必须大于0.40重量％，以在压制中的冷却期间获得足够低的转变起始温度Ms(奥氏体→马氏体)，这使得能够增大强度Rm。通过将锰含量限制到3％可以获得提高的抗延迟开裂性。实际上，在氢的存在下锰偏析至奥氏体晶界并且增大了晶间断裂的风险。另一方面，如随后将说明的，抗延迟开裂性特别地由于镍富集的表面层的存在。在不希望受理论束缚的情况下认为：当锰含量过大时，只要镍没有时间充分扩散到位于该铁和氧化锰层下面，就在板坯的再加热期间产生厚的氧化层。

锰含量优选地结合碳和可能的铬含量来限定：

-当碳含量为0.32重量％至0.36重量％、锰含量为0.40重量％至0.80重量％且铬含量为0.05重量％至1.20重量％时，能够获得由于存在特别有效的镍富集的表面层的优异的抗延迟开裂性，并且同时能够获得对板的机械切割非常好的适用性。锰含量理想地为0.50％至0.70％，以协调获得高的机械强度和抗延迟开裂性。

-当碳含量0.24％至0.28％结合锰含量1.50％至3％时，点焊的适用性特别好。

这些组成范围使得能够获得约320℃至370℃的冷却转变(奥氏体→马氏体)起始温度Ms，并且以此方式可以保证热硬化部件具有足够高的强度。

-钢的硅含量必须为0.10重量％至0.70重量％：硅含量超过0.10％时，可以获得额外的硬化，并且硅有助于钢水的脱氧。然而，其含量必须限于0.70％，以避免在再加热和/或退火步骤期间过量形成表面氧化物并且不损害热浸镀涂覆性能。

硅含量优选地超过0.50％以避免新鲜马氏体的软化，这可能在部件保持于压制工具中时在马氏体转变之后发生。硅含量优选地低于0.60％以使加热转变温度Ac3(铁素体+珠光体→奥氏体)不会过高。否则，这需要在热冲压之前将坯件再加热至更高温度，这降低了该方法的生产率。

-量大于或等于0.015％的铝是使得在冶炼期间液态金属能够脱氧并且氮能够析出的元素。当铝含量超过0.070％时，在炼钢期间会形成粗大的铝酸盐，这往往降低延展性。最佳地，铝的含量为0.020％至0.060％。

-铬提高了可淬火性并且有助于在模压淬火之后获得期望的Rm水平。高于2重量％的含量，铬对模压淬火部件的机械性能的均匀性的作用达到饱和。在量优选地为0.05％至1.20％时，该元素有助于提高强度。优选地，通过添加0.30％至0.50％的铬可以获得对机械强度和延迟开裂的期望作用，同时限制额外的成本。当锰含量足够时，即锰为1.50％至3％时，铬的添加由于认为通过锰获得的可淬火性是足够的而被认为是任选的。

除了上文对元素C、Mn、Cr和Si中的每种元素限定的条件，发明人已经示出的是这些元素应当被共同指定：实际上，图2示出了不同钢组成的模压淬火坯件的机械强度，其中，碳(0.22％至0.36％)、锰(0.4％至2.6％)、铬(0％至1.3％)和硅(0.1％至0.72％)的可变含量作为参数的函数。

图2中示出的数据涉及在850℃或900℃的温度下的奥氏体域中的加热坯件，该加热坯件在此温度下保持150秒，然后通过保持在工具中进行热冲压和淬火。在所有情况下，在热冲压之后得到的部件的组织完全是马氏体。直线1表示机械强度结果的下包络线。不管由于所研究的组成的多样性的分散，似乎当参数P1大于1.1％时获得最小值1800MPa。当满足该条件时，压制冷却期间的Ms转变温度低于365℃。在这些条件下，在保持于压制工具中的作用下自回火马氏体部分极其有限，使得很大量的未回火马氏体允许获得高的机械强度值。

-钛对氮具有高亲和力。考虑到本发明的钢的氮含量，钛含量必须大于或等于0.015％以获得有效析出。量超过0.020重量％时，钛保护硼使得此元素以游离形式存在以发挥其对可淬火性的全部作用。钛含量必须大于N的3.42倍，其中，该量通过TiN析出物的化学计量限定以避免游离氮的存在。然而，超过0.10％时，钢水中存在形成粗大的氮化钛的风险，这对韧性起有害作用。钛含量优选地为0.020％至0.040％以形成精细的氮化物，其在热冲压之前坯件的再加热期间限制奥氏体晶粒的生长。

-量超过0.010重量％的铌形成碳氮化铌，碳氮化铌也会在坯件的再加热期间限制奥氏体晶粒的生长。然而，铌含量由于其在热轧期间限制再结晶的性能(这增大了轧制力并提高了制造难度)而必须被限制为0.060％。当铌含量为0.030％至0.050％时获得最佳效果。

-量超过0.0005重量％的硼非常强烈地提高可淬火性。通过扩散到奥氏体晶界的接合部中，硼通过防止磷的晶间偏析而表现出有利影响。高于0.0040％，这种作用达到饱和。

–高于0.003％的氮含量使得能够获得上述TiN、Nb(CN)或(Ti,Nb)(CN)的析出物，以限制奥氏体晶粒的生长。然而，该含量必须限于0.010％以避免形成粗大的沉淀物。

-任选地，板可以包含量为0.05重量％至0.65重量％的钼：该元素与铌和钛形成共析出物。这些析出物在热学上是非常稳定的，强化了在加热时对奥氏体晶粒生长的限制。对0.15％至0.25％的钼含量获得最佳效果。

-作为选择，钢还可以包含量为0.001重量％至0.30重量％的钨。以所示的量，该元素由于碳化物的形成而增大了可淬火性和淬透性。

-任选地，钢还可以包含量为0.0005重量％至0.005重量％的钙：通过与氧和硫结合，钙使得能够避免形成对以此方式制造的板或部件的延展性起不利作用的大尺寸夹杂物。

-过量的硫和磷导致增大的脆性。这就是为何硫的含量限于0.005重量％以避免硫化物的过量形成。然而，极低的硫含量(即低于0.001％)由于其不提供额外益处而在成本上不必要实现。

由于相似的原因，磷含量为0.001重量％至0.025重量％。在过量下，该元素偏析到奥氏体晶粒的接合部中并增大了由晶间断裂引起的延迟开裂的风险。

-镍是本发明的重要元素：实际上，发明人已经示出，当该元素以特定形式集中位于板或部件的表面处时，量为0.25重量％至2重量％的该元素非常显著地降低了对延迟开裂的敏感性：

为此，参照图1，其示意性地示出了本发明的一些特征参数：呈现板的表面附近的镍含量的变化，对该板标记了表面富集。为方便起见，仅示出了板的表面中的一个表面，但是应当理解的是，以下描述也适用于该板的另一表面。钢具有标称镍含量Ni_nom。由于随后将描述的制造方法，钢板在其表面区域中富含镍，高至最大Ni_max。如图1中所示，该最大Ni_max可以在板的表面处得到，或者在该表面略下方向下几十或几百纳米处得到，而不改变本发明的以下描述和结果。类似地，镍含量的变化可以不是如图1中示意性地示出的线性的，而是采用由扩散现象产生的特征曲线。就此而言，特征参数的以下定义对于这种类型的曲线也是有效的。因此，镍富集的表面区域的特征在于下述事实，在任意点处，钢的局部镍含量Ni_surf使得Ni_surf>Ni_nom。该富集区具有深度Δ。

出人意料的是，发明人示出，通过考虑富集表面区域的必须满足一些临界条件的两个参数P₂和P₃特征获得抗延迟开裂性。首先，一个参数定义：

-

该第一参数描述富集层Δ中的总镍含量并且对应于图1中示出的阴影(hashed)区域。

第二参数P₃定义为：

该第二参数描述了平均镍含量梯度，即层Δ内的富集量。

发明人寻求防止具有非常高的机械强度的模压淬火部件延迟开裂的条件。回想起的是该方法提供裸的或预涂覆有金属涂层(铝或铝合金，或者锌或锌合金)的钢坯，这些钢坯被加热并且接着被转移到热冲压机中。在加热步骤期间，可能以或多或少的显著量存在于炉中的水汽吸附在坯件的表面上。由水的分解产生的氢会在高温下溶解在奥氏体钢基材中。因此，氢的引入受益于具有高露点的炉气氛、显著的奥氏体化温度和长保持时间。在冷却期间，氢的溶解度急剧降低。在回到环境温度之后，通过可能的金属预涂层与钢基材之间的合金化形成的涂层形成对氢解吸的几乎密封的屏障。因此，显著的可扩散氢含量将增大具有马氏体组织的钢基材的延迟开裂的风险。因此，发明人已寻求使热冲压部件上的可扩散氢含量降低到非常低的水平(即，小于或等于0.16ppm)的方法。该水平用来保证在等于材料的屈服应力的应力下加压弯曲150小时将不表现出开裂。

发明人示出，该结果是当热冲压部件的表面或者板或坯件在热冲压之前的表面具有以下特定特性时实现的：

-针对具有1800Mpa至2140MPa的强度Rm的模压淬火部件所制的图3示出了可扩散氢含量取决于上述参数P2。当时获得低于0.16ppm的可扩散氢含量，其中深度Δ以微米表示，并且含量Ni_max和Ni_nom以重量百分比表示。

-在涉及相同的模压淬火部件的图4中，发明人还示出，当层Δ中的镍富集与标称含量Ni_nom相比达到临界值时(即，当参数P3满足：单位与参数P2相同)时，获得低于0.16ppm的可扩散氢含量。在图4中，示出了与结果的下包络线相对应的曲线2。

不希望受理论束缚，应当认为，这些特征产生了阻止氢在高温下渗透到板中的屏障效应，尤其是通过限制氢扩散的在先前奥氏体晶粒接合部处的镍富集。

钢的组成的其余部分由铁和因冶炼产生的不可避免的杂质组成。

现在将对根据本发明的方法进行描述：对上述组成的中间产物进行铸造。该中间产物可以呈厚度通常为200mm至250mm的板形状、或者典型厚度为几十毫米数量级的薄板形状、或者任何其他合适的形状。使该中间产物达到1250℃至1300℃的温度并在该温度范围内保持20分钟至45分钟的时间。对于本发明的钢组成，基本上富含铁和锰的氧化物层通过与来自炉气氛的氧反应而形成；在该层中，镍的溶解度非常低，并且镍保持金属形式。与该氧化物层的生长同时进行的是，镍向氧化物与钢基材之间的界面扩散，从而导致钢中出现镍富集层。在该阶段，该层的厚度特别地取决于钢的标称镍含量以及先前限定的温度和保持条件。在随后的制造周期期间，该初始富集层同时经历：

–由于由顺序轧制步骤给予的压下率而变薄；

–由于板在顺序制造步骤期间保持在高温下而变厚。然而，该变厚与再加热板坯步骤期间相比以较小的比例进行。

热轧板的制造周期通常包括：

-在从1250℃延伸至825℃的温度范围内进行热轧(例如，粗轧、精轧)的步骤；

-在从500℃延伸至750℃的温度范围内进行卷取。

发明人已经示出，热轧和卷取参数(在由本发明限定的范围内)的变化不会显著改变机械特性，原因在于该方法容许在这些范围内有一些变化，而对所得产物没有显著影响。

-在该阶段，通过本身已知的方法对厚度通常可能为1.5mm至4.5mm的热轧板进行酸洗，这消除了氧化物层，使得镍富集层位于板的表面附近。

-当期望获得较薄的板时，以适当的压下率(例如30％至70％)进行冷轧，然后在通常为740℃至820℃的温度下进行退火以获得加工硬化金属的再结晶。在该热处理之后，可以将板冷却以获得未涂覆板，或者可以使用本身已知的方法将板在浴中连续热浸镀并最终冷却。

发明人已经示出，在上述制造步骤中，在特定温度范围和保持时间内再加热板坯的步骤是对最终板上的镍富集层的特性具有主要影响的步骤。特别地，发明人已经示出，冷轧板的退火周期(无论其是否包括涂覆步骤)仅对镍富集表面层的特征具有次级影响。换言之，无论是否包括热浸预镀的步骤，除了使镍富集层以成比例的量变薄的冷轧压下率之外，该层的镍富集的特征对热轧板以及额外地经历冷轧和退火的板几乎相同。

该预涂层可以是铝、铝合金(包括高于50％的铝)或基于铝的合金(其中，铝是主要组分)。有利地，该预涂层是铝硅合金，该铝硅合金包含7重量％至15重量％的硅、2重量％至4重量％的铁以及任选地15ppm至30ppm的钙，余量为铝和由精制产生的不可避免的杂质。

预涂层也可以是包含以下铝合金：40％至45％的Zn、3％至10％的Fe、1％至3％的Si，余量为铝和因精制产生的不可避免的杂质。

根据一个实施方案，预涂层可以是铝合金，其为包含铁的金属间化合物形式。这种类型的预涂层通过对预涂覆有铝或铝合金的板进行热预处理而获得。这种热预处理在温度θ₁下在保持时间t₁期间进行，使得预涂层不再包含Fe₃Si₂Al₁₂型的τ₅相和Fe₂Si₂Al₉型的τ₆相的游离铝，以不引起钢基材中的奥氏体转变。优选地，温度θ₁为620℃至680℃，并且保持时间t₁为6小时至15小时。以此方式，获得了铁从钢板向铝或铝合金的扩散。这种类型的预涂层随后使得在热冲压步骤之前能够以明显较高的速率加热坯件，从而使坯件的再加热期间的高温保持时间最小化，意味着在加热坯件的步骤期间减少氢吸附量。

替代地，预涂层可以镀锌或镀锌-合金化，即，在镀锌浴之后立即于在线方法中进行热合金化处理之后具有7％至12％的铁量。

预涂层也可以由在顺序步骤中沉积的层的叠加来形成，其中，层中的至少一层可以是铝或铝合金。

在上述制造之后，通过本身已知的方法对板进行切割或冲压，以获得几何形状与冲压和模压淬火部件的最终几何形状相关的坯件。如上文所说明的，由于在该阶段与铁素体-珠光体显微组织相关的相对低的机械强度，对特别地包含0.32％至0.36％的C、0.40％至0.80％的Mn以及0.05％至1.20％的Cr的板进行切割是特别容易的。

将这些坯件加热直至810℃至950℃的温度以使钢基材完全奥氏体化，对这些坯件进行热冲压，然后将这些坯件保持在压制工具中以实现马氏体转变。根据在奥氏体化处理之前是否已进行了冷变形步骤(冲压)，在热冲压步骤期间施加的应变率可以更小或更大。发明人已经示出，用于模压淬火的热加热周期(包括将坯件加热到接近Ac3转变温度，然后将其保持在该温度下数分钟)不会引起镍富集层中的显著变化。

换言之，镍富集表面层的特性对模压淬火之前的板与从模压淬火之后的板获得的部件而言是相似的。

因为本发明的组成具有比常规钢组分更低的Ac3转变温度，因而可以用降低的温度-保持时间来使坯件奥氏体化，这用来减少加热炉中氢的可能吸收。

作为非限制性实施例，以下实施方案例示了由本发明给予的优点。

实施例1：

提供具有下表1中所示组成的中间钢产物。

表1：钢组成(按重量％计)

加下划线的值与本发明不相符。

使这些中间产物达到1275℃并在该温度下保持45分钟，然后用950℃的轧制结束温度ERT、650℃的卷取温度进行热轧。然后对热轧板在具有抑制剂的酸浴中进行酸洗以仅消除在先前的制造步骤期间产生的氧化物层，然后将热轧板冷轧至1.5mm的厚度。将所得的板切割成坯件的形状。对机械切割的适用性借助于进行该操作所需的力来评价。该特性特别地与板在该阶段的机械强度和硬度有关。然后使坯件在热冲压和通过保持在压机中冷却之前达到表2中指示的温度并且在该温度下保持150秒。在750℃至400℃下测量的冷却速度为180℃/s至210℃/s。组织为马氏体的所得部件的拉伸机械强度Rm使用12.5×50ISO牵引试验样品来测量。

另外，将一些坯件在炉中于露点为-5℃的气氛下加热至850℃至950℃的温度并保持5分钟。接下来在与上文提出的条件相同的条件下对这些坯件进行热冲压。然后使用本身已知的热解吸分析(TDA)方法测量所得部件上的可扩散氢的值：在该方法中，将待测样品在红外加热炉中在氮气流下加热至900℃。测量解吸出的作为温度的函数的氢含量。可扩散氢通过环境温度和360℃之间解吸出的总氢来定量。另外，表面附近的钢中的镍含量的变化使用辉光放电光谱(GDOES，“辉光放电光学发射光谱”，一种本身已知的技术)在通过热冲压获得的板上测得。参数Ni_max、Ni_surf、Ni_nom和Δ的值可以以此方式限定。

这些测试的结果记录在表2中。

表2：坯件的加热条件以及模压淬火之后所得的性能。带下划线的值与本发明不相符。

○＝更特别适于切割的板

板A至D由于其铁素体-珠光体组织而特别适于切割。模压淬火板和部件A至F在与本发明相对应的组成和镍增强表面层方面具有特征。

实施例A至D示出，特别地包含0.32％至0.36％的C含量、0.40％至0.80％的Mn含量、0.05％至1.20％的铬含量结合0.30％至1.20％的标称镍含量的组成以及富含该元素的特定层用来产生高于1950MPa的强度Rm以及值小于或等于0.16ppm的可扩散氢含量。

来自试验A的实施例示出，镍含量可以降低到0.30％至0.50％，该镍含量用来在经济的制造条件下在机械阻力和抗延迟开裂性方面获得令人满意的结果。

实施例E至F示出，用特别地包含0.24％至0.28％的碳含量和1.50％至3％的锰含量的组成能够获得令人满意的结果。参数的较高值与特别低的可扩散氢含量相关。

相反，来自实施例G至K的部件由于钢不具有镍富集表面层而具有高于0.25ppm的可扩散氢含量。另外，实施例J至K对应于参数P₁低于1.1％以致在模压淬火之后不能获得1800MPa的强度Rm的钢组成。

对于钢组成A至D以及H，即，碳含量为0.32％至0.35％的钢组成，图5示出了相比于通过GDOES技术测量的板的表面所测得的作为深度的函数的镍含量。在该图中每条曲线旁出现的参考字母对应于钢编号。与不含镍的板(编号H)相比，可以看出，根据本发明的板在表面层中具有富集。在给定的标称镍含量(0.79％)下，从实施例B和C注意到，铬含量从0.51％至1.05％的变化用来保持表面层中的富集，从而满足本发明的条件。

实施例2：

提供具有与上述钢E和F的组成相对应的组成(即，分别包含1％和1.49％的镍含量)并且在上述条件下制造的热轧钢。

在轧制之后，板经受两种类型的制备：

-X：用抑制剂进行酸洗以仅除去氧化物层，

-Y：100μm的研磨。

示出了通过辉光放电光谱从板F的表面测得的镍含量的图6示出，在制备方式X中，存在镍富集的表面层(曲线标记X)，而研磨消除了氧化物层和镍富集子层(曲线标记Y)。

在冷轧至1.5mm的厚度之后，接下来将由此制备的坯件在炉中以10℃/s的速度加热至850℃，在该温度下保持5分钟，然后进行热冲压。在两种制备方式中，以下是在冲压部件上测得的可扩散氢含量：

图7示出了作为钢组成和制备方式的函数的可扩散氢含量。例如，附图标记EX涉及由钢组成E用制备方式X制成的板和热冲压部件。

这些结果表明，镍富集表面层(即，显示足够的镍含量梯度)是获得较低的可扩散氢含量所必需的。

实施例3：

利用以下组成制备235mm厚的板坯：

表3：钢组成(按重量％计)

使这些板坯达到1290℃并在该温度下保持30分钟。

接下来根据各种轧制或卷取终止温度将板坯热轧至3.2mm的厚度。这些热轧板的拉伸机械特性(屈服应力Re、拉伸强度Rm、总伸长率Et)记录在表4中。

表4：热轧板的实施条件和所得的机械特性

在几乎相同的卷取温度(试验T和U)下，观察到70℃的轧制结束温度变化对机械特性仅有非常小的影响。在轧制结束温度(试验U和V)相近时，观察到卷取温度从650℃到580℃的降低特别是对变化小于5％的强度仅有相当小的影响。因此已经显示，在本发明的条件下制造的钢板对制造变化不敏感，从而使得轧制带具有好的均匀性。

图8和图9分别示出了试验T和V的热轧板。可以看出，对于这两种条件而言，铁素体-珠光体显微组织非常相似。

对热轧板连续地进行酸洗以仅去除在先前步骤中形成的氧化物层同时使镍富集层留在原位。接下来将板轧制至1.4mm的目标厚度。无论热轧条件如何，都能达到期望的厚度；轧制力对于各种条件而言是类似的。

然后在760℃的温度(该温度靠近高于Ac1转变温度)下对板进行退火，然后冷却并且通过在包含9重量％的硅、3重量％的铁且余量为铝和不可避免的杂质的浴中进行回火来铝酸盐化(aluminated)。因此，结果是每个表面具有80g/m²量级的涂层的板；这种涂层具有非常规律的无缺陷厚度。

然后对由上述表4中的试验T的条件产生的坯件进行切割，在各种条件下加热并热冲压。在所有情况下，所得到的快速冷却给予钢基材马氏体组织。一些部件另外经历漆烘烤热周期。

表4：热轧板的实施条件和所得的机械特性

观察到的是，无论温度和坯件在炉中的保持时间如何，无论有没有后续的漆烘烤处理，所得阻力都超过1800MPa。

实施例4：

提供1.4mm厚的冷轧退火钢板，该钢板具有与上述钢A和J的组成相对应的组成(即，分别包含0.39％和0％的镍含量)，并且在实施例1中示出的条件下制造。接下来，通过在组成如实施例3中所述的浴中热浸镀来施加涂层。这得到具有30μm厚的铝合金预涂层的板，从这些板切割坯件。

将这些坯件在炉中于900℃的最高温度下在控制露点为-10℃的气氛中奥氏体化，并且坯件在炉中的总保持时间为5分钟或15分钟。在奥氏体化之后，将坯件从炉快速地转移到热冲压机并且通过保持在该工具中来淬火。表5中记录的试验条件是工业薄板热冲压方法的代表。

表5：对具有铝合金预涂层的坯件进行热冲压试验的条件

在模压淬火部件上测量拉伸机械特性(阻力Rm和总延伸率Et)和可扩散氢含量并记录在表6中。

表6：在具有铝合金预涂层的模压淬火部件上获得的机械特性和可扩散氢含量

观察到的是，部件A5至A6的所得强度超过1800MPa，并且可扩散氢含量低于0.16ppm，然而对于部件J5至J6，强度低于1800MPa，扩散氢含量高于0.16ppm。在本发明的条件下，部件的强度和氢含量的特征作为在炉中的保持时间的函数变化很小，这确保非常稳定的生产。

因此，可以利用本发明来制造同时具有非常高的机械强度和抗延迟开裂性的模压淬火部件。这些部件将有利地用作汽车制造领域中的结构部件或增强部件。

Claims (32)

1.一种用于模压淬火的轧制钢板，所述轧制钢板的化学组成包含以重量表示的含量的下述成分：

0.24％≤C≤0.38％

0.40％≤Mn≤3％

0.10％≤Si≤0.70％

0.015％≤Al≤0.070％

0％≤Cr≤2％

0.25％≤Ni≤2％

0.015％≤Ti≤0.10％

0％≤Nb≤0.060％

0.0005％≤B≤0.0040％

0.003％≤N≤0.010％

0.0001％≤S≤0.005％

0.0001％≤P≤0.025％

应当理解的是，所述钛和氮含量满足：

Ti/N＞3.42，

并且所述碳、锰、铬和硅含量满足：

其中所述化学组成任选地包含以下元素中的一种或更多种：

0.05％≤Mo≤0.65％

0.001％≤W≤0.30％

0.0005％≤Ca≤0.005％

余量由铁和由冶炼产生的不可避免的杂质形成，

其中在所述钢的所述板的表面附近深度Δ内的任意点处，所述板包含的镍含量Ni_surf为使得：

Ni_surf＞Ni_nom，

其中Ni_nom表示钢的标称镍含量，

并且使得表示Δ内的最大镍含量的Ni_max：

并且使得：

其中所述深度Δ以微米表示，并且

所述含量Ni_max和Ni_nom以重量百分比表示。

2.根据权利要求1所述的钢板，其特征在于，所述钢板的组成以重量计包含：

0.32％≤C≤0.36％

0.40％≤Mn≤0.80％

0.05％≤Cr≤1.20％。

3.根据权利要求1所述的钢板，其特征在于，所述钢板的组成以重量计包含：

0.24％≤C≤0.28％

1.50％≤Mn≤3％。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的钢板，其特征在于，所述钢板的组成以重量计包含：

0.50％≤Si≤0.60％。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的钢板，其特征在于，所述钢板的组成以重量计包含：

0.30％≤Cr≤0.50％。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的钢板，其特征在于，所述钢板的组成以重量计包含：

0.30％≤Ni≤1.20％。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的钢板，其特征在于，所述钢板的组成以重量计包含：

0.30％≤Ni≤0.50％。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的钢板，其特征在于，所述钢板的组成以重量计包含：

0.020％≤Ti。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的钢板，其特征在于，所述钢板的组成以重量计包含：

0.020％≤Ti≤0.040％。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的钢板，其特征在于，所述钢板的组成以重量计包含：

0.15％≤Mo≤0.25％。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的钢板，其特征在于，所述钢板的组成以重量计包含：

0.010％≤Nb≤0.060％。

12.根据权利要求1至3中任一项所述的钢板，其特征在于，所述钢板的组成以重量计包含：

0.030％≤Nb≤0.050％。

13.根据权利要求2所述的钢板，其特征在于，所述钢板的组成以重量计包含：

0.50％≤Mn≤0.70％。

14.根据权利要求2所述的钢板，其特征在于，所述钢板的显微组织是铁素体-珠光体。

15.根据权利要求1至3中任一项所述的钢板，其特征在于，所述板是热轧板。

16.根据权利要求1至3中任一项所述的钢板，其特征在于，所述板是冷轧退火板。

17.根据权利要求1至3中任一项所述的钢板，其特征在于，所述钢板预涂覆有铝或基于铝的合金的金属层。

18.根据权利要求1至3中任一项所述的钢板，其特征在于，所述钢板预涂覆有铝合金的金属层。

19.根据权利要求1至3中任一项所述的钢板，其特征在于，所述钢板预涂覆有锌或基于锌的合金的金属层。

20.根据权利要求1至3中任一项所述的钢板，其特征在于，所述钢板预涂覆有锌合金的金属层。

21.根据权利要求1至3中任一项所述的钢板，其特征在于，所述钢板预涂覆有包含铝和铁和可能的硅的金属间合金的一个涂层或数个涂层，其中预涂层不包含Fe₃Si₂Al₁₂型的τ₅相和Fe₂Si₂Al₉型的τ₆相的游离铝。

22.一种通过对根据权利要求1至13中任一项所述组成的钢板进行模压淬火而获得的具有马氏体组织或马氏体-贝氏体组织的部件。

23.根据权利要求22所述的部件，所述部件具有标称镍含量Ni_nom，其特征在于，所述钢中所述表面附近的所述镍含量Ni_surf大于深度Δ内的Ni_nom，并且在于表示Δ内的最大镍含量的Ni_max：

并且在于：

其中所述深度Δ以微米表示，并且

所述含量Ni_max和Ni_nom以重量百分比表示。

24.根据权利要求22或23所述的部件，其特征在于，所述部件的机械强度Rm大于或等于1800MPa。

25.根据权利要求22至23中任一项所述的部件，其特征在于，所述部件由于模压淬火的热处理期间钢基材与预涂层之间的扩散而涂覆有铝或基于铝的合金或者锌或基于锌的合金。

26.一种热轧钢板的制造方法，包括按照以下顺序的步骤：

-对具有根据权利要求1至13中任一项所述的化学组成的中间产物进行铸造，然后

-将所述中间产物再加热到1250℃至1300℃的温度，在此温度下保持20分钟至45分钟的保持时间，然后

-对所述中间产物进行热轧，直到825℃至950℃的轧制结束温度ERT，以获得热轧板，然后

-在500℃至750℃的温度下对所述热轧板进行卷取，以获得热轧卷取板，然后

-对在前述步骤期间形成的氧化物层进行酸洗。

27.一种冷轧退火板的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括按照以下顺序的步骤：

-根据权利要求26所述的方法提供热轧板，对所述热轧板进行卷取和酸洗，然后

-对所述热轧卷取酸洗板进行冷轧以获得冷轧板，然后

-在740℃至820℃的温度下对所述冷轧板进行退火，以获得冷轧退火板。

28.一种预涂覆板的制造方法，根据所述制造方法，提供根据方法26或27制造的轧制板，然后进行连续热浸预涂覆，其中预涂层是铝或基于铝的合金，或者锌或基于锌的合金。

29.一种预涂覆板的制造方法，根据所述制造方法，提供根据方法26或27制造的轧制板，然后进行连续热浸预涂覆，其中预涂层是铝合金，或者锌合金。

30.一种预涂覆预合金化板的制造方法，根据所述制造方法：

-提供根据方法26或27的轧制板，然后用铝或铝基合金进行连续热浸镀预涂覆，然后

-在620℃至680℃的温度θ₁下对所述预涂覆板进行热预处理，保持6小时至15小时的保持时间t₁，使得预涂层不再包含Fe₃Si₂Al₁₂型的τ₅相和Fe₂Si₂Al₉型的τ₆相的游离铝，并且使得钢基材中不发生奥氏体转变，其中，所述预处理在炉中于氢气和氮气气氛下进行。

31.根据权利要求22至25中任一项所述的部件的制造方法，包括按照以下顺序的步骤：

-提供通过根据权利要求26至30中任一项所述的方法制造的板，然后

-对所述板进行切割以获得坯件，然后

-任选的对所述坯件执行通过冷冲压进行变形的步骤，然后

-将所述坯件加热到810℃至950℃的温度，以在钢中得到完全奥氏体的组织，然后

-将所述坯件转移到压机内，然后

-对所述坯件进行热冲压以获得部件，然后

-将所述部件保持在所述压机内以通过所述奥氏体组织的马氏体转变来实现淬火。

32.一种根据权利要求22至25中任一项所述的部件或根据方法31制造的部件用于制造机动车辆的结构部件或加强部件的用途。