CN110073010A - 热压成型的镀铝钢部件的制造工艺 - Google Patents

热压成型的镀铝钢部件的制造工艺 Download PDF

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Abstract

一种压制硬化涂覆部件的制造工艺，该制造工艺包括：提供炉，该炉包括N个区，每个炉区分别在设定温度θ1F、θ2F、……θiF、……、θNF下加热；实施以下依次步骤：提供具有在0.5mm与5mm之间的厚度th的钢板，该钢板包括由铝合金预涂层覆盖的钢基材，该铝合金预涂层具有在15微米与50微米之间的厚度，辐射系数等于0.15(1+α)，α在0与2.4之间；然后，切割所述钢板以获得预涂覆钢坯；然后，将预涂覆钢坯放置在炉区1中保持持续时间t1，该持续时间t1在5秒与600秒之间，其中，θiF和t1使得：θ1F最大>θ1F>θ1F最小，其中：θ1F最大＝(598+AeBt1+CeDt1)并且θ1F最小＝(550+A’eB’t1+C’eD’t1)，A、B、C、D、A’、B’、C’、D’使得：A＝(762e0.071th﹣426e﹣0.86th)(1﹣0.345α)，B＝(﹣0.031e﹣2.151th﹣0.039e﹣0.094th)(1+0.191α)，C＝(394e0.193th﹣434.3e﹣1.797th)(1﹣0.364α)，D＝(﹣0.029e﹣2.677th﹣0.011e﹣0.298th)(1+0.475α)，A’＝(625e0.123th﹣476e‑1.593th)(1﹣0.345α)，B’＝(﹣0.059e﹣2.109th﹣0.039e﹣0.091th)(1+0.191α)，C’＝(393e0.190th﹣180e﹣1.858th)(1﹣0.364α)，D’＝(﹣0.044e﹣2.915th﹣0.012e﹣0.324th)(1+0.475α)，其中，θ1F、θ1F最大、θ1F最小以摄氏度计，t1以秒计，并且th以mm计；然后，将预涂覆钢坯转移到在θ2F＝θ1B的设定温度下加热的炉区2中并且将预涂覆钢坯等温地保持持续时间t2，θ2F和t2是这样：t2最小≥t2≥t2最大，其中：t2最小＝0.95t2 *并且t2最大＝1.05t2 *，其中：t2 *＝t1 2(﹣0.0007th2+0.0025th‑0.0026)+33952﹣(55.52×θ2F)，其中，θ2F以摄氏度计，t2、t2最小、t2最大、t2 *以秒计，并且th以mm计；然后，将预涂覆钢坯转移到炉的其他区(3、……i、……、N)中，以达到在850℃与950℃之间的最高坯料温度θMB，坯料在θ2F与θMB之间的平均加热速率Va在5℃/秒与500℃/秒之间；然后，将加热的钢坯从炉转移到压机中，然后，在所述压机中对加热的钢坯进行热成型以获得部件；然后，以一定的冷却速率对部件进行冷却，以在钢基材中获得包括选自马氏体或贝氏体的至少一种成分的显微组织。

Description

热压成型的镀铝钢部件的制造工艺
本发明涉及用于制造部件的方法，该方法由镀铝预涂覆钢板开始，该镀铝预涂覆钢板被加热、压制成型并冷却，以获得所谓的压制硬化部件或热压成型部件。这些部件用于确保汽车或卡车车辆中的防侵入功能或能量吸收功能。
对于汽车工业中近期的白车身结构的制造，压制硬化工艺(也称为热冲压或热压成型工艺)是用于生产具有高机械强度的钢部件的正在发展中的技术，该具有高机械强度的钢部件使得车辆的安全性的增加和车辆的重量减轻成为可能。
特别从公开FR2780984和WO2008053273中已知使用镀铝预涂覆板或坯料来实施压制硬化：切割可热处理的镀铝钢板以获得坯料，在炉中加热并且快速转移到压机中，在压机阴模中热成型并冷却。在炉中的加热期间，铝预涂层与钢基材的铁形成合金，从而形成确保保护钢表面免于脱碳和形成氧化皮的化合物。该化合物使得能够在压机中热成型。加热在下述温度下执行：所述温度使得基材钢能够部分地或全部地转变成奥氏体。该奥氏体在由从压机阴模的传热引起的冷却期间自身转变成诸如马氏体和/或贝氏体的显微组织成分，由此实现钢的结构硬化。此后，在压制硬化之后获得了高硬度和高机械强度。
在典型方法中，预涂覆镀铝钢坯在炉中加热3分钟至10分钟至最高达880℃至930℃的最高温度，以在基材中获得完全奥氏体显微组织，此后将其在数秒内转移到压机中，该预涂覆镀铝钢坯在此被立即热成型为期望的部件形状，同时通过模压淬火硬化。从22MnB5钢开始，如果即使在部件的变形区中也期望完全马氏体结构，则冷却速率必须高于50℃/秒。从约500MPa的初始拉伸强度开始，最终的压制硬化部件具有完全马氏体显微组织以及约1500MPa的拉伸强度值。
如WO2008053273中所说明的，坯料在热压成型之前的热处理最常见地在隧道炉中执行，在该隧道炉中，坯料在陶瓷辊上连续地行进。这些炉通常由不同的区构成，所述不同的区彼此热隔离，每个区具有其独立的加热装置。加热通常通过辐射管或辐射电阻执行。在每个区中，设定温度可以被调节为实际上独立于其他区的值的值。
在给定区中行进的坯料所经历的热循环取决于下述参数：如该区的设定温度、坯料在所考虑的区的入口处的初始温度、坯料厚度和坯料的辐射率、以及坯料在炉中的行进速度。炉中由于可能导致辊积垢的预涂层的熔融而可能出现问题。作为积垢的结果，生产线有时不得不暂时停止以进行维护，这导致生产线生产率降低。
将初始涂层变化管控在严格范围内(通常在每个面上有20微米至33微米的铝预涂层)以及对加热速率的限制使熔融的风险降低。然而，尽管存在用于对生产线中的温度循环进行管理的一般指导原则，但是对于选择最佳处理参数仍然存在一些严重困难。
更确切地说，热冲压行业面临选择最佳设定的相互矛盾的需求：
-一方面，预涂层熔融的风险可以通过选择慢的加热速率和慢的生产线速度来降低。
-另一方面，高的生产线生产率需要高的加热速率和高的产线速度。
因此，需要一种下述制造方法：所述制造方法完全避免了铝预涂层熔融的风险，同时提供了最高可能生产率。
此外，如上所述，坯料在炉中经历的热循环取决于坯料的初始辐射率。生产线的设定可能非常适合具有某一初始辐射率值的钢坯。如果随后提供了具有不同的初始辐射系数的另一坯料，则生产线设定可能不会理想地适用于该另一板。因此，需要一种可以将坯料初始辐射率考虑在内而简单且快速地调整炉中的设定的方法。
此外，预涂覆钢坯可以具有不均一的厚度。这是所谓的“定制轧制坯料”的情况，所谓的“定制轧制坯料”通过切割由下述轧制工艺获得的板来获得，该轧制工艺利用沿着板的长度方向可变的作用力进行。或者这也可以是所谓的“定制焊接坯料”的情况，所谓的“定制焊接坯料”通过焊接至少两个不同厚度的子坯料来获得。对于具有非均匀厚度的这些坯料，需要一种可对这些坯料的加热进行导引、以用于同时避免熔融的风险并使加热速率最大的方法。
为此目的，本发明涉及一种压制硬化涂覆部件的制造工艺，该制造工艺包括：
-提供炉(F)，该炉(F)包括N个区，N不小于2，每个炉区1、2……i、……、N分别在设定温度θ1F、θ2F、……θiF、……、θNF下加热，
-按下述顺序实施以下依次步骤：
-提供具有在0.5mm与5mm之间的厚度th的至少一个钢板，所述至少一个钢板包括由厚度在15微米与50微米之间的铝合金预涂层覆盖的钢基材，钢板在室温下的辐射系数等于0.15(1+α)，α在0与2.4之；然后
-切割该钢板以获得预涂覆钢坯；然后
-将预涂覆钢坯放置在炉区1中保持在5秒与600秒之间的持续时间t1，其中，θ1F和t1使得：
θ1F最大＞θ1F＞θ1F最小
其中：θ1F最大＝(598+A eBt1+CeDt1)
以及θ1最小＝(550+A’eB’t1+C’eD’t1)
A、B、C、D、A’、B’、C’、D’使得：
A＝(762e0.071th-426e-0.86th)(1-0.345α)
B＝(-0.031e-2.151th-0.039e-0.094th)(1+0.191α)
C＝(394e0.193th-434.3e-1.797th)(1-0.364α)
D＝(-0.029e-2.677th-0.011e-0.298th)(1+0.475α)
A’＝(625e0.123th-476e-1.593th)(1-0.345α)
B’＝(-0.059e-2.109th-0.039e-0.091th)(1+0.191α)
C’＝(393e0.190th-180e-1.858th)(1-0.364α)
D’＝(-0.044e-2.915th-0.012e-0.324th)(1+0.475α)
其中，θ1F、θ1F最大、θ1F最小以摄氏度计，t1以秒计，并且th以mm计，并且
其中，预涂覆钢坯在炉区1t的出口处的温度是θ1B；然后
-将所述至少一个预涂覆钢坯转移到在θ2F＝θ1B的设定温度下加热的所述炉区2中，以及将预涂覆钢坯等温地保持持续时间t2，θ2F和t2使得：
t2最小≥t2≥t2最大
其中：t2最小＝0.95t2 *并且t2最大＝1.05t2 *
其中：t2 ＊＝t1 2(-0.0007th2+0.0025th-0.0026)+33952-(55.52xθ2F)
其中，θ2F以摄氏度计，t2、t2最小、t2最大、t2 *以秒计，并且th以mm计，然后
-将所述至少一个预涂覆钢坯转移到炉的其他区(3、……i、……、N)中，以达到在850℃与950℃之间的最高坯料温度θMB，坯料在θ2F与θMB之间的平均加热速率Va在5℃/秒与500℃/秒之间；然后
-将钢坯从炉转移到压机中；然后
-在压机中对加热的钢坯进行热成型以获得部件；然后
以一定的冷却速率对部件进行冷却，以在钢基材中获得包括选自马氏体或贝氏体的至少一种成分的显微组织。
根据一个实施方案，加热速率Va在50℃/秒与100℃/秒之间。
根据另一实施方案，预涂层包含按重量计的5％至11％的Si、2％至4％的Fe，任选地在0.0015％与0.0030％之间的Ca，其余为铝和加工中固有的杂质。
根据一个具体实施方案，以速率Va进行的加热通过红外加热执行。
根据另一具体实施方案，以速率Va进行的加热通过感应加热执行。
根据一个实施方案，钢坯具有不是恒定的且在th最小与th最大之间变化的厚度，比率th最大/th最小≤1.5，并且制造工艺在炉区1中以通过th＝th最小确定的θ1F和t1来实施，并且在炉区2中以通过th＝th最大确定的θ2F和t2来实施。
在另一实施方案中，在将预涂覆钢坯保持在炉区2中之后，并且在将预涂覆钢坯转移到炉的其他区中之前，将预涂覆钢坯冷却至室温，以获得冷却的涂覆钢坯。
根据一个实施方案，冷却的涂覆钢坯具有在0.33与0.60之间的比率Mnsurf/Mns，Mnsurf为冷却的涂覆钢坯的表面上的以重量％计的Mn含量，并且Mns为钢基材的以重量％计的Mn含量。
根据一个实施方案，加热速率Va高于30℃/秒。
在一个具体实施方案中，加热速率Va通过电阻加热获得。
在另一具体实施方案中，提供了具有厚度th的多个坯料批次，其中，至少一个坯料批次是其中α＝α1的批次(B1)，至少一个坯料批次是其中α＝α2的批次(B2)，其中，α1≠α2，
-在根据权利要求1选择的工艺条件(θ1F(α1)、t1(α1)、θ2(α1)、t2(α1))下对批次(B1)进行压制硬化，然后
-在根据权利要求1选择的工艺条件(θ1F(α2)、t1(α2)、θ2(α2)、t2(α2))下对批次(B2)进行压制硬化，
-炉区(3、……i、……N)中的温度和持续时间对于(B1)和(B2)是相同的。
在另一具体实施方案中，在切割钢板之后并且在将预涂覆钢坯放置在炉区1中之前，对预涂覆钢坯在室温下的辐射率进行测量。
本发明还涉及一种如上所述制造的冷却的涂覆钢坯，其中，冷却的涂覆钢坯具有在0.33与0.60之间的比率Mnsurf/Mns，Mnsurf为所述冷却的涂覆钢坯的表面上的以重量％计的Mn含量，并且Mns为钢基材的以重量％计的Mn含量。
本发明还涉及一种考虑了由加热的坯料制造压制硬化部件的用于加热坯料批次的装置，该装置包括：
-用于在加热之前对坯料批次在室温下的初始辐射率进行在线测量的装置，该装置被放置在炉(F)之前，该装置包括指向待表征的坯料的红外源、以及接收反射通量以对反射率进行测量的传感器；
-炉(F)，该炉(F)包括N个区，N不小于2，每个炉区1、2……i、……、N具有用于独立设定每个炉区内的温度θ1F、θ2F、……θiF、……、θNF的加热装置(H1、H2……Hi、HN)；
-用于连续且依次地将坯料从每个区i朝向区i+1转移的装置；
-计算机装置，该计算机装置用于根据权利要求1来计算值θ1F最大、θ1F最小、t2最小、t2最大；
-用于在检测到坯料批次之间的初始辐射率变化的情况下传送所计算的温度并且对所述加热装置(H1、H2……Hi、HN)中的能量输入进行最终修改以根据所计算的温度调节设定温度θ1F、θ2F、……θiF、……、θNF的装置。
本发明还涉及通过如上所述的工艺制造的钢部件的用于制造车辆的结构部件或安全部件的用途。
现在将通过实例说明和更详细地描述本发明而不引入限制。
提供具有0.5mm至5mm的厚度的钢板。该板可以根据其厚度通过热轧或通过热轧之后冷轧来生产。在0.5mm厚以下，难以制造出满足严格平坦度要求的压制硬化部件。板厚度在5mm以上，有可能在厚度内出现热梯度，这进而可能导致显微组织不均匀性。
板由通过铝合金预涂覆的钢基材构成。基材的钢是可热处理的钢，即具有可以在奥氏体区域中加热并进一步淬火之后获得马氏体和/或贝氏体的组成的钢。
作为非限制性实例，可以使用下述以重量百分比计的钢组成，并且可以在压制硬化之后获得不同水平的拉伸强度：
-0.06％≤C≤0.1％，1.4％≤Mn≤1.9％，任选添加的作为合金元素的Nb、Ti、B，其余为铁和由加工产生的不可避免的杂质。
-0.15％≤C≤0.5％，0.5％≤Mn≤3％，0.1％≤Si≤1％，0.005％≤Cr≤1％，Ti≤0.2％，Al≤0.1％，S≤0.05％，P≤0.1％，B≤0.010％，其余为铁和由加工产生的不可避免的杂质。
-0.20％≤C≤0.25％，1.1％≤Mn≤1.4％，0.15％≤Si≤0.35％，≤Cr≤0.30％，0.020％≤Ti≤0.060％，0.020％≤Al≤0.060％，S≤0.005％，P≤0.025％，0.002％≤B≤0.004％，其余为铁和由加工产生的不可避免的杂质。
-0.24％≤C≤0.38％，0.40％≤Mn≤3％，0.10％≤Si≤0.70％，0.015％≤Al≤0.070％，Cr≤2％，0.25％≤Ni≤2％，0.015％≤Ti≤0.10％，Nb≤0.060％，0.0005％≤B≤0.0040％，0.003％≤N≤0.010％，S≤0.005％，P≤0.025％，％，其余为铁和由加工产生的不可避免的杂质。
-预涂层是热浸镀铝合金，即预涂层具有高于50重量％的Al含量。优选的预涂层是Al-Si，该Al-Si包含以重量计5％至11％的Si、2％至4％的Fe、任选的0.0015％至0.0030％的Ca，其余为Al和由熔炼产生的杂质。该预涂层的特征特别适合于本发明的热循环。
这种预涂层由热浸镀工艺直接产生。这意味着在加热循环之前在通过热浸镀铝直接获得的板上不执行额外的热处理，该加热循环将在后面解释。
钢板的每一面上的预涂层厚度在15微米与50微米之间。对于小于15微米的预涂层厚度，在坯料的加热期间产生的合金涂层具有不足的粗糙度。因此，后续涂装的粘附性在该表面上低并且耐腐蚀性降低。
如果预涂层厚度大于50微米，则在涂层的外部部分中与来自钢基材的铁的合金化变得更困难。
根据预涂层的具体组成和粗糙度，预涂层的辐射率ε可以在0.15与0.51之间。将具有0.15的辐射率的预涂覆板作为参考板，辐射率范围也可以表示为：0.15(1+α)，其中，α在0与2.4之间。
在加热阶段之前，将预涂覆板切割成坯料，所述坯料的形状与要生产的最终部件的几何形状有关。因此，在该阶段获得多个预涂覆钢坯。
为了实现本发明的结果，发明人已经证明，在将坯料转移到压机中并进一步压制硬化之前的加热阶段必须分为三个主要具体步骤：
-在第一步骤中，将坯料在炉的具有设定温度θ1F的区1中加热持续时间t1。
-在第二步骤中，将坯料在炉的具有设定温度θ2F的区2中等温保持持续时间t2。
-在第三步骤中，将坯料在其他区中加热达到奥氏体化温度θMB。
将对这三个步骤进行更详细地说明：
-将具有厚度th的坯料定位在辊上或定位在可以将坯料转移到多区炉中的其他适当的装置上。在进入炉的第一区之前，对坯料的辐射率进行测量。根据实验，发现在本发明的框架中考虑的预涂层的铝合金的辐射率非常接近吸收率，即在炉温下吸收能量的能力。辐射率可以通过离线方法或在线方法来测量。
离线方法包括下述步骤：在高温(例如在900℃至950℃的范围内)的炉中在比如坯料最终达到炉温T∞的时间期间对坯料进行加热。通过热电偶对坯料的温度T进行测量。根据测量结果，使用下式来计算作为温度的函数的辐射率：
其中：
-th是坯料厚度
-ρ是体积质量
-Cp是质量热容量
-t是时间
-h是对流传热系数
-σ是斯蒂芬-玻尔兹曼(Stefan-Boltzmann)常数
根据实验，辐射率实际上在20℃与预涂层的固相线温度之间是恒定的。
辐射率可以替代性地通过在线方法进行测量，即通过使用基于坯料的总反射率的传感器的装置在被引入炉中的坯料上直接测量。例如在公开WO9805943中描述了本身已知的装置，其中，由红外源发射的辐射被待表征的产品反射。传感器接收反射通量，从而可以对反射率进行测量，并且因此得到坯料的吸收率和辐射率。
将坯料引入炉的第一区中并且在该第一区中保持在5秒与600秒之间的持续时间t1。期望的是，在第一区中的持续时间结束时，预涂覆坯料的表面达到在550℃与598℃之间的温度θ1B。如果该温度高于598℃，则存在预涂层因为该温度接近预涂层的固相线温度而熔融并且在辊上形成一些积垢的风险。当温度低于550℃时，预涂层与钢基材之间的扩散的持续时间将太长并且生产率将令人不满意。
如果持续时间t1低于5秒，则在一些情况下例如在高坯料厚度的情况下，实际上将不可能达到550℃至598℃的目标温度范围。
如果持续时间t1高于600秒，则生产线的生产率将不足。
在炉区1中的该加热步骤期间，预涂层的组成通过从钢基材的元素扩散而略微富集，但是这种富集远不如将在炉区2中发生的组成变化那么重要。
为了在坯料表面达到550℃至598℃的温度范围，发明人已经证明了，炉区1的设定温度θ1F必须在两个特定值θ1F最小与θ1F最大之间，所述两个特定值θ1F最小与θ1F最大由下述表达式(1)和(2)定义：
θ1F最大＝(598+AeBt1+CeDt1) (1)
θ1F最小＝(550+A’eB’t1+C’eD’t1) (2)
在(1)中，A、B、C、D通过以下定义：
A＝(762e0.071th-426e-0.86th)(1-0.345α)
B＝(-0.031e-2.151th-0.039e-0.094th)(1+0.191α)
C＝(394e0.193th-434.3e-1.797th)(1-0.364α)
D＝(-0.029e-2.677th-0.011e-0.298th)(1+0.475α)
在(2)中，A’、B’、C’、D’通过以下定义：
A’＝(625e0.123th-476e-1.593th)(1-0.345α)
B’＝(-0.059e-2.109th-0.039e-0.091th)(1+0.191α)
C’＝(393e0.190th-180e-1.858th)(1-0.364α)
D’＝(-0.044e-2.915th-0.012e-0.324th)(1+0.475α)
在这些表达式中，θ1F、θ1F最大、θ1F最小以摄氏度计，t1以秒计，th以mm计。
因此，根据板厚度th、预涂层辐射率ε和第一区中的持续时间t1精确地选择设定温度θ1F。
在炉区1的出口处，可以优选地通过远程感测装置比如高温计对坯料的温度θ1B进行测量。将坯料立即转移到另一炉区2中，在该炉区2中，温度设定成与所测量的温度θ1B相等。
然后将坯料在区2中等温地保持持续时间t2，该持续时间t2根据下述表达式具体定义为：t2取决于区1中的设定(θ1F、t1)和坯料厚度th：
t2最小≥t2≥t2最大
其中：t2最小＝0.95t2 *并且t2最大＝1.05t2 *
并且：t2 ＊＝t1 2(-0.0007th2+0.0025th-0.0026)+33952-(55.52×θ2F) (3)
其中，θ2F以摄氏度计，t2、t2最小、t2最大、t2 *以秒计，并且th以mm计。
在该步骤期间，预涂层的固相线温度改变，因为预涂层通过来自基材组成的元素(即铁和锰)的扩散而逐渐变化。因此，初始预涂层的固相线随着预涂层中的Fe和Mn的富集而逐渐增加，其中，初始预涂层的固相线例如对于以重量计的10％的Si、2％的铁、并且其余为铝和不可避免的杂质的组成而言等于577℃。
当持续时间t2高于t2最大时，生产率降低并且Al、Fe和Mn的相互扩散进行得太多，这可能会由于Al含量的减少而得到具有降低的耐腐蚀性的涂层。
当持续时间t2低于t2最小时，Al和Fe的相互扩散不充分。因此，在温度θ2F下在涂层中可能存在一些未结合的Al，从而意味着涂层可能部分地变为液体并导致炉辊积垢。
在炉区2的端部处，可以根据两个替代性路径(A)或(B)进一步实施该工艺：
-在第一路径(A)中，将坯料转移到炉的其他区(3、……、N)中并且进一步加热。
-在第二路径(B)中，将坯料冷却至室温、储存，并且然后进一步重新加热。
在路径(A)中，将坯料从其温度θ1B加热至在850℃与950℃之间的最高温度θMB。该温度范围可以使得基材的初始显微组织能够部分地或全部地转变成奥氏体。
从θ1B至θMB的加热速率Va在5℃/秒与500℃/秒之间：如果Va小于5℃/秒，则不满足生产线生产率要求。如果Va高于500℃/秒，则存在下述风险：基材中γ相形成(gammagene)元素富集的一些区域相比于其他区域更快速且更完全地转变为奥氏体，因此在快速冷却之后，将预期该部件的一些显微组织不均匀。在这些加热条件下，在辊上发生的涂层的不期望的熔融的风险很大程度上被降低，因为前面的步骤1和步骤2使得可以获得充分富集了Fe和Mn的熔融温度更高的涂层。
作为替代性路径(B)，可以将坯料从θ1B冷却至室温并且根据需要在这种条件下储存。此后，可以在适合的炉中以与路径(A)相同的条件进行重新加热，即以在5℃/秒与500℃/秒之间的Va从θ1B加热至θMB。然而，本发明人已经证明，当在这种加热之前基础金属板的Mn已经向涂层的表面扩散至Mnsurf/Mns高于0.33的程度时，可以使用高于30℃/秒或甚至高于50℃/秒的加热速率Va而不会有涂层局部熔融的任何风险，其中，Mnsurf是在快速加热前的涂层的表面上的以重量％计的Mn含量，并且Mns是钢基材的以重量％计的Mn含量。可以例如通过作为本身已知的技术的辉光放电发射光谱对Mnsurf进行测量。可以使用感应加热或电阻加热以用于实现高于30℃/秒或50℃/秒的期望加热速率。然而，当Mnsurf/Mns高于0.60时，耐腐蚀性降低，因为涂层的Al含量降低太多。因此，Mnsurf/Mns的比必须在0.33与0.60之间。此外，高加热速率可以将涂层中的氢吸入保持在低水平，该氢吸入在涂层中在特别是高于700℃的温度下发生，并且是有害的，因为在压制硬化部件中延迟断裂的风险增加。
无论选择的路径(A)或路径(B)，以Va进行的加热步骤可以有利地通过感应加热或通过红外加热来执行，因为这些装置可以在板厚度在0.5mm至5mm的范围内时实现这种加热速率。
在以θMB加热之后，将加热的坯料保持在该温度，以在基材中获得均匀的奥氏体晶粒尺寸并且将该坯料从加热装置取出。在坯料的表面处存在涂层，这是由预涂层由于上述扩散现象的转变而造成。将加热的坯料转移到成型压机中，转移持续时间Dt小于10秒，因此，快到足以避免在压机中的热变形之前形成多边形铁素体，否则存在压制硬化部件的机械强度不能实现其根据基材组成的全部潜能的风险。
加热的坯料在压机中热成型，以获得成型的部件。然后将该部件保持在成型压机的机床(tooling)内，以确保适当的冷却速率并避免由于收缩和相变引起的变形。该部件主要由通过与机床进行的传热传导而冷却。机床可以包括冷却剂循环以增加冷却速率，或者可以包括加热筒以降低冷却速率。因此，可以通过考虑基材组成的淬透性并通过实施这种手段来精确地调节冷却速率。根据冷却手段，冷却速率在部件中可以是均匀的，或者可以在各区之间变化，因此可以实现局部增加的强度或延展性。
为了获得高拉伸应力，热成型部件中的显微组织包括选自马氏体或贝氏体中的至少一种成分。冷却速率根据钢组成来选择，以高于临界马氏体或贝氏体冷却速率，其取决于要获得的显微组织和机械性能。
在一个具体实施方案中，为实施本发明的工艺而提供的预涂覆钢坯具有不均匀的厚度。因此，在热成型部件中，可以在经受工作应力最多的区中获得期望的机械阻力水平，并且可以在其他区中节省重量，从而有助于车辆重量减轻。特别地，具有非均匀厚度的坯料可以通过连续柔性轧制(即通过其中在轧制之后所获得的板厚度在轧制方向上可变的工艺)来生产，以获得“定制轧制坯料”。替代性地，坯料可以通过对具有不同厚度的坯料进行焊接来制造，以获得“定制焊接坯料”。
在这些情况下，坯料厚度不是恒定的，而是在两个极端值th最小与th最大之间变化。发明人已经证明，本发明必须通过在上面的表达式(1至2)中使用th＝th最小并且通过在上面的表达式(3)中使用th＝th最大来实施。换句话说，炉区1中的设定必须适合于坯料的最薄部分，并且炉区2中的设定必须适合于坯料的最厚部分。然而，th最大与th最小之间的相对厚度差值不得太大，即≤1.5，否则在所经历的加热循环中大的差异可能导致预涂层的一些局部熔融。通过这样做，辊的积垢不会出现在最关键的区域中，同时仍然保证了用于具有可变厚度的坯料的生产率的最有利的条件，其中，发现所述最关键的区域是炉区1中最薄的部分和炉区2中最厚的部分。
在本发明的另一实施方案中，热压成型生产线实施具有相同厚度的不同批次的坯料，但是所述具有相同厚度的不同批次的坯料各批次之间不具有相同的辐射率。例如，炉生产线必须对具有由α1表征的辐射率的第一批次(B1)进行热处理，然后对具有由与α1不同的α2表征的辐射率的另一批次(B2)进行热处理。根据本发明，第一批次以根据表达式(1至3)并考虑了α1的炉设定在区1和2中加热。因此，炉设定为：θ1F(α1)、t1(α1)、θ2(α1)、t2(α1)。此后，批次(B1)根据炉设定(S1)的选择在炉区(3、……i、……N)中被加热。此后，第二批次(B2)也以与表达式(1至3)相对应的设定(S2)进行热处理，即以设定θ1F(α2)、t1(α2)、θ2(α2)、t2(α2)进行热处理。
由于本发明，即使在初始辐射率不同的情况下，处于炉区2的端部处的涂层(B2)的状态也与(B1)的端部处的涂层(B2)的状态相同。因此，为(B2)选择设定(S2)保证了：尽管坯料初始辐射率不同，但是通过该工艺制造的压制硬化部件在涂层和基材中将具有一致的性能。
根据本发明，该工艺通过下述装置有利地实施，该装置包括：
-用于在加热之前对坯料在室温下的辐射率进行连续测量的装置，该装置优选地包括指向待表征的坯料的红外源、以及接收反射通量以对反射率进行测量的传感器；
-炉(F)，该炉(F)包括N个区，N不小于2，每个炉区1、2……i、……、N具有用于独立设定每个炉区内的温度θ1F、θ2F、……θiF、……、θNF的加热装置(H1、H2……Hi、HN)；
-用于将坯料从每个区i朝向区i+1连续且依次地转移的装置，该装置优选地是使用陶瓷辊的输送机；
-计算机装置，该计算机装置用于根据表达式(1至3)来计算值θ1F最大、θ1F最小、t2最小、t2最大；
-用于在检测到辐射率变化的情况下传送所计算的温度并且对输入到加热装置中的能量进行最终修改以获得所计算的温度的装置。
现在将通过下述实施例对本发明进行说明，所述实施例决不是限制性的。
实施例1
22MnB5钢的1.5mm、2mm或2.5mm厚的板设置有表1的组成。其他元素是铁和加工中固有的杂质。
C Mn Si Al Cr Ti B N S P
0.22 1.16 0.26 0.030 0.17 0.035 0.003 0.005 0.001 0.012
表1钢组成(重量％)
所述板通过连续热浸镀预涂覆有Al-Si。两面上的预涂层厚度均为25μm。预涂层包含9重量％的Si、3重量％的Fe，其余为铝和由熔炼产生的杂质。板的预涂层在室温下的辐射系数ε通过α＝0表征。此后，板被切割以获得预涂覆钢坯。
已经提供了包括三个区的炉，这些区的设定温度分别为θ1F、θ2F、θ3F。
表2的设定温度应用在炉中的区1和区2中。在区1和区2的端部处，坯料以10℃/秒的平均加热速率从温度θ2F加热至900℃并在该温度下保持2分钟。在将坯料从炉中取出之后，坯料被热成型并且快速冷却，以获得完全马氏体显微组织。所获得的部件的拉伸强度为约1500MPa。
此外，在仅包括一个区的炉中执行加热(试验R5)。
在不同的试验中评估并且在表2中报告了预涂层的熔融的最终存在。
试验I1至I3根据本发明的条件来实现，试验R1至R5是不与这些条件相对应的参考试验。
表2-加热循环和所获得的结果
在根据本发明的条件I1至I3下处理的样品未显示出预涂层的熔融。
在试验R1中，设定温度θ1F、θ2F和持续时间t1与试验I2中相同。然而，由于与上面的表达式(3)中限定的条件t最小相比，持续时间t2不足，因此经历了预涂层的熔融。
在试验R2中，设定温度θ2F高于试验I2中的θ2F，并且考虑到在上述表达式(3)中限定的条件t最小，持续时间t2不足。
在试验R3中，设定温度θ2F高于试验I3中的θ2F，并且考虑到在上述表达式(3)中限定的条件t最小，持续时间t2不足。
在试验R4中，尽管设定温度以及持续时间t1和t2与试验I2中的相同，但是板厚度高于试验I2中的板厚度，并且温度θ1B不在550℃至598℃的范围内。考虑到上面限定的条件(3)，持续时间t2不足。
在试验R5中，在仅包括一个区的炉中执行加热，并且由于不满足本发明条件，因此也经历了预涂层的熔融。
实施例2
提供了具有由α＝0表征的铝预涂层的第一批次预涂覆坯料。提供了具有由α＝0.3表征的铝预涂层的第二批次钢坯。在这两种情况下，板厚度为1.5mm，钢的组成和预涂层的组成与实施例1中的钢的组成和预涂层的组成相同。两侧上的预涂层厚度为25μm。两批次钢坯在同一炉中依次处理，其中，设置在表3中详述。此后，坯料被以10℃/秒的相同的平均加热速率Va加热至900℃，保持2分钟，并且此后热成型并快速冷却，以获得完全马氏体显微组织。设定条件是根据由表达式(1至3)限定的本发明的条件。
表3-具有不同辐射率值的板的加热循环
尽管初始辐射率不同，但是检测表明在热压成型部件中最终涂层的显微组织是相同的。
因此，本发明的工艺可以获得具有包含在严格范围内的特征的结构涂覆部件。
实施例3
提供了定制焊接坯料(“TWB”)，该定制焊接坯料由两个镀铝钢坯组成，其中，在表4中列出了不同的厚度组合。坯料通过激光焊接来组装。钢的组成和预涂层的组成与实施例1的相同，两侧上的预涂层厚度为25μm。TWB在炉中以表4的设定被加热。
焊接坯料以10℃/秒的加热速率Va加热至900℃，保持2分钟，从炉中取出，热成型并快速冷却，以获得完全马氏体显微组织。
表4-具有不同厚度的激光焊接坯料的加热循环
带下划线的值：不与本发明相对应
根据本发明执行试验I4，因此在焊接坯料的薄部分或厚部分中不发生熔融。
在参考试验R6至R8中，比率：th最大/th最小不是根据本发明的。
在试验R6中，炉设定与I1中相同。然而，由于区1中的炉设定不适于0.5mm的厚度，因此在该区中发生焊接的该部分的熔融。
在试验R7中，区1中的炉设定适于2.5mm的厚度，但不适于1mm的厚度。因此，在该区中发生焊接的该后者部分的熔融。
在试验R8中，炉设定与I1中相同。但是，由于区2中的炉设定不适于2.5mm的厚度，因此在从θ2F至θMB的进一步加热期间会发生焊接的该部分的熔融。
实施例4
已经提供了具有实施例1中所示的特征的1.5mm厚的钢坯。坯料已经在仅包括两个加热区1和2的炉中被处理。坯料已经根据表5的参数依次在这两个区中被加热。此后，坯料已经被直接冷却至室温并储存。在该步骤处，涂层表面的Mn含量Mnsurf通过辉光放电发射光谱来确定。此后，坯料在900℃下以50℃/秒的平均加热速率Va被电阻加热，在该温度下保持2分钟，然后热成型并快速冷却，以获得完全马氏体显微组织。注意在该快速加热步骤期间存在最终熔融。
表5-加热循环和所获得的结果
带下划线的值：不与本发明相对应
试验I5和I6根据本发明的条件进行，因此在以50℃/秒加热期间不发生熔融。此外，压制硬化部件的耐腐蚀性令人满意。
在参考试验R9中，由于Mnsurf/Mns比率不足，因此在以50℃/秒加热期间发生熔融。
因此，根据本发明制造的钢部件可以有利地用于制造车辆的结构部件或安全部件。

Claims (15)

1.一种压制硬化涂覆部件的制造方法，包括：
-提供炉(F)，所述炉(F)包括N个区，N不小于2，每个炉区1、2......i、......、N分别在设定温度θ1F、θ2F、......θiF、…...、θNF下加热；
-按下述顺序实施以下依次步骤：
-提供具有在0.5mm与5mm之间的厚度th的至少一个钢板，所述至少一个钢板包括由厚度在15微米与50微米之间的铝合金预涂层覆盖的钢基材，所述钢板在室温下的辐射系数等于0.15(1+α)，α在0与2.4之间；然后
-切割所述至少一个钢板以获得至少一个预涂覆钢坯；然后
-将所述至少一个预涂覆钢坯放置在炉区1中保持在5秒与600秒之间的持续时间t1，其中，θ1F和t1使得：
θ1F最大＞θ1F＞θ1F最小
其中：θ1F最大＝(598+AeBt1+CeDt1)
以及θ1最小＝(550+A’eB’tl+C’eD’t1)
A、B、C、D、A’、B’、C’、D’使得：
A＝(762e0.071th-426e-0.86th)(1-0.345α)
B＝(-0.031e-2.151th-0.039e-0.094th)(1+0.191α)
C＝(394e0.193th-434.3e-1.797th)(1-0.364α)
D＝(-0.029e-2.677th--0.011e-0.298th)(1+0.475α)
A’＝(625e0.123th-476e-1.593th)(1-0.345α)
B’＝(-0.059e-2.109th-0.039e-0.091th)(1+0.191α)
C’＝(393e0.190th-180e-1.858th)(1-0.364α)
D’＝(-0.044e-2.915th-0.012e-0.324th)(1+0.475α)
其中，θ1F、θ1F最大、θ1F最小以摄氏度计，t1以秒计，以及th以mm计，
以及其中，所述预涂覆钢坯在所述炉区1的出口处的温度是θ1B；然后
-将所述至少一个预涂覆钢坯转移到在设定温度θ2F＝θ1B下加热的所述炉区2中，以及将所述预涂覆钢坯等温地保持持续时间t2，θ2F和t2使得：
t2最小≥t2≥t2最大
其中：t2最小＝0.95t2 *以及t2最大＝1.05t2 *
其中：
其中，θ2F以摄氏度计，t2、t2最小、t2最大、t2 *以秒计，以及th以mm计；然后
-将所述至少一个预涂覆钢坯转移到所述炉的其他区(3、……i、……、N)中，以达到在850℃与950℃之间的最高坯料温度θMB，坯料在θ2F与θMB之间的平均加热速率Va在5℃/秒与500℃/秒之间；然后
-将至少一个加热的钢坯从所述炉转移到压机中；然后
-在所述压机中对所述至少一个加热的钢坯进行热成型以获得至少一个部件；然后
以一冷却速率对所述至少一个部件进行冷却，以在所述钢基材中获得包括选自马氏体或贝氏体的至少一种成分的显微组织。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其中，所述加热速率Va在50℃/秒与100℃/秒之间。
3.根据权利要求1或2中的任一项所述的制造方法，其中，所述预涂层包含按重量计5％至11％的Si、2％至4％的Fe、任选地在0.0015％与0.0030％之间的Ca，其余为铝和加工中固有的杂质。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的制造方法，其中，以速率Va进行的所述加热通过红外加热执行。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的制造方法，其中，以速率Va进行的所述加热通过感应加热执行。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的制造方法，其中，所述至少一个钢坯具有不是恒定的且在th最小与th最大之间变化的厚度，比率th最大/th最小≤1.5，以及其中，所述制造方法在所述炉区1中以通过th＝th最小确定的θ1F和t1来实施，以及在所述炉区2中以通过th＝th最大确定的θ2F和t2来实施。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的制造方法，其中，在将所述至少一个预涂覆钢坯保持在所述炉区2中之后，以及在将所述至少一个预涂覆钢坯转移到所述炉的其他区中之前，将所述至少一个预涂覆钢坯冷却至室温，以获得冷却的涂覆钢坯。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其中，所述冷却的涂覆钢坯具有在0.33与0.60之间的比率Mnsurf/Mns，Mnsurf为所述冷却的涂覆钢坯的表面上的以重量％计的Mn含量，以及Mns为所述钢基材的以重量％计的Mn含量。
9.根据权利要求7或8中的任一项所述的制造方法，其中，所述加热速率Va高于30℃/秒。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其中，所述加热速率通过电阻加热获得。
11.根据权利要求1所述的制造方法，其中：
-提供具有厚度th的多个坯料批次，其中，至少一个坯料批次是其中α＝α1的批次(B1)，以及至少一个坯料批次是其中α＝α2的批次(B2)，其中，α1≠α2，
-以根据权利要求1选择的工艺条件(θ1F(α1)、t1(α1)、θ2(α1)、t2(α1))对所述批次(B1)进行压制硬化，然后
-以根据权利要求1选择的工艺条件(θ1F(α2)、t1(α2)、θ2(α2)、t2(α2))对所述批次(B2)进行压制硬化，
-炉区(3、……i、……N)中的温度和持续时间对于(B1)和(B2)是相同的。
12.根据权利要求1或11中的任一项所述的制造方法，其中，在切割所述至少一个钢板之后以及在将所述至少一个预涂覆钢坯放置在所述炉区1中之前，测量所述预涂覆钢坯在室温下的辐射率。
13.一种根据权利要求7制造的冷却的涂覆钢坯，其中，所述冷却的涂覆钢坯具有在0.33与0.60之间的比率Mnsurf/Mns，Mnsurf为所述冷却的涂覆钢坯的表面上的以重量％计的Mn含量，Mns为所述钢基材的以重量％计的Mn含量。
14.一种考虑到由加热的坯料制造压制硬化部件的用于加热坯料批次的装置，包括：
-用于在加热之前对坯料批次在室温下的初始辐射率进行在线测量的装置，其设置于炉(F)之前，包括指向待表征的坯料的红外源以及接收反射通量以测量反射率的传感器；
-炉(F)，所述炉(F)包括N个区，N不小于2，每个炉区1、2……i、……、N具有用于独立设定每个炉区内的温度θ1F、θ2F、……θiF、……、θNF的加热装置(H1、H2……Hi、HN)；
-用于连续且依次地将所述坯料从每个区i朝向区i+1转移的装置；
-计算机装置，所述计算机装置用于根据权利要求1计算值θ1F最大、θ1F最小、t2最小、t2最大；
-用于在检测到不同的坯料批次之间初始辐射率变化的情况下传送所计算的温度以及对所述加热装置(H1、H2……Hi、HN)中的能量输入实施最终修改以根据所计算的温度调节所设定的温度θ1F、θ2F、……θiF、……、θNF的装置。
15.通过根据权利要求1至12中的任一项所述的方法制造的钢部件的用于制造车辆的结构部件或安全部件的用途。
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