CN111278595A - 用于生产预涂覆钢板的方法及相关板 - Google Patents

Abstract

用于生产预涂覆钢板(1)的方法，包括以下步骤：‑提供包括钢基体的预涂覆钢带，所述钢基体在其至少一个面上具有预涂层，所述预涂层包括金属间化合物合金层和在金属间化合物合金层的顶部延伸的金属合金层，所述金属合金层为铝的层、铝合金的层或基于铝的合金的层；‑对所述预涂覆钢带进行激光切割以获得至少一个预涂覆钢板(1)，所述预涂覆钢板(1)包括至少一个切割边缘表面(13)，所述切割边缘表面(13)包括基体区域(14)和预涂层区域(15)，以及预涂覆钢板(1)的厚度为1mm至5mm。进行激光切割使得直接产生铝减少区(20)，所述铝减少区(20)在切割边缘表面(13)的整个高度(h)上并且在小于或等于切割边缘表面(13)的长度的长度上延伸，由激光切割操作直接产生的铝减少区(20)的基体区域(14)上的铝的表面分数为0.3％至6％。

Description

用于生产预涂覆钢板的方法及相关板

本发明涉及用于由预涂覆钢带生产预涂覆钢板的方法，所述预涂覆钢带包括在其至少一个面上具有预涂层的钢基体，所述预涂层包括金属间化合物合金层和在金属间化合物合金层的顶部延伸的金属合金层，所述金属合金层为铝的层、铝合金的层或基于铝的合金的层。

用于汽车的钢部件可以使用以下方法来生产。首先，提供通常通过热浸镀而获得的预涂覆钢带，并通过激光切割将其切割成板。然后经由通过激光烧蚀除去邻近切割边缘的除去区中的金属合金层来制备各板用于焊接，并将由此制备的板激光焊接在一起以产生焊接坯件。然后，将该焊接坯件热冲压并压制硬化以获得最终部件。

这样的钢部件特别用于汽车工业中，并且更特别地用于制造防侵入部件、结构部件或有助于汽车安全的部件。

如在WO 2007/118939中所说明的，其中旨在要焊接至另一板的预涂覆钢板的边缘区域中的预涂层的金属合金层的除去减少了焊接金属区中的铝含量，这进而减少了其中金属间化合物或铁素体的形成，金属间化合物是最可能发生初期开裂的位点。因此，与其中预涂覆钢板未通过激光烧蚀制备的钢部件相比，通过这种方法获得的钢部件的焊接接头的机械特性改善。

然而，这种方法不完全令人满意。

实际上，呈现为压制硬化部件中的焊接接头的机械特性并且更特别是硬度仍不如该部件的余者中并且特别是在两个邻近钢板中的相应特性好。

从该观察着眼，本发明的发明人已经表明，如在US 2008/0011720中所提及的，即使激光切割无法通过当在通常条件下进行的机械作用(如在剪切的情况下)将涂层转移到侧边缘上，激光切割实际上也导致将相对大量的铝从涂层中涌到切割边缘表面上。

这种未通过激光烧蚀除去的铝在激光焊接期间被引入到焊接金属区中，并导致在焊接金属区中的铝含量增加。铝是在基体的固溶体中的铁素体形成元素，并因此防止在热成型之前的步骤期间发生转变为奥氏体。因此，不再可能在热成型之后的冷却期间在焊接接头中获得完全马氏体或贝氏体组织，并且焊接接头将包含铁素体。

因此，在压制硬化之后，钢部件的焊接接头表现出低于两个邻近板的硬度和机械强度的硬度和机械强度。

本发明的发明人还观察到，由于在激光切割期间涌到切割边缘表面上的铝对板的基材的高粘附性，因此仅在焊接之前对板的切割边缘表面的刷光无法允许充分除去源自切割操作的铝痕迹。

本发明的一个目的是提供这样的方法：其允许由具有令人满意的机械特性的铝预涂覆的经焊接的钢板以良好的生产率获得热冲压和压制硬化的部件，并且特别地，其中焊接接头的硬度和机械强度至少等于邻近板的硬度和机械强度。

为此，本发明涉及用于生产预涂覆钢板的方法，其包括以下相继的步骤：

-提供预涂覆钢带，所述预涂覆钢带包括在其主至少一个面上具有预涂层的钢基体，所述预涂层包括金属间化合物合金层和在金属间化合物合金层的顶部延伸的金属合金层，所述金属合金层为铝的层、铝合金的层或基于铝的合金的层，

-对所述预涂覆钢带进行激光切割以获得至少一个预涂覆钢板，所述预涂覆钢板包括由切割操作产生的切割边缘表面，所述切割边缘表面包括基体部分和预涂层部分，以及预涂覆钢板的厚度为1mm至5mm，

其中进行激光切割使得其直接产生切割边缘表面的铝减少区，所述铝减少区在切割边缘表面的整个高度上并且在小于或等于切割边缘表面(13)的长度的长度上延伸，由激光切割操作直接产生的切割边缘表面的铝减少区的基体区域上的铝的表面分数为0.3％至6％。

根据特定实施方案，根据本发明的方法还包括以下单独采用或根据任何技术上可能的组合采用的特征中的一者或数者：

-在切割边缘表面的所述铝减少区上，用惰性气体作为辅助气体进行激光切割，其中激光切割线能量大于或等于0.6kJ/cm，

-激光切割线能量大于或等于0.8kJ/cm，更特别地大于或等于1.0kJ/cm，并且甚至更特别地大于或等于1.2kJ/cm，

-辅助气体的压力为2巴至18巴，

-惰性气体选自氮气、氦气、氩气或这些气体的混合物，

-使用CO₂激光器进行激光切割，

-使用固体激光器进行激光切割，

-固体激光器为Nd:YAG型激光器、盘形激光器、二极管激光器或光纤激光器，

-预涂覆钢板的厚度为1.0mm至3.0mm，更特别地为1.0mm至2.5mm，

-预涂层的厚度为19μm至33μm，

-铝减少区在切割边缘表面的整个长度上延伸，

-铝减少区的长度严格小于切割边缘表面的总长度。

本发明还涉及用于制造焊接坯件的方法，其包括以下步骤：

-生产第一和第二预涂覆钢板，第一和第二预涂覆钢板中的至少一者为使用如上所述的方法生产的，以及

-将第一和第二预涂覆钢板对接焊以在所述预涂覆钢板之间产生焊接接头，并因此获得焊接坯件，其中对接焊步骤包括以使得预涂覆钢板中的至少一者的铝减少区面向另一个预涂覆钢板的边缘，并且优选面向另一个预涂覆钢板的铝减少区的方式布置第一和第二预涂覆钢板的步骤。

根据特定实施方案，用于制造焊接坯件的方法还包括以下单独采用或根据任何技术上可能的组合采用的特征中的一者或更多者：

-焊接为激光焊接操作，

-该方法还包括在对接焊步骤之前对于第一和第二预涂覆钢板中的每一者，除去各个预涂覆钢板的与铝减少邻近的除去区中的金属合金层的步骤，并且其中在对接焊步骤期间，将预涂覆钢板在其的其中金属合金层已被除去的边缘处焊接，

-使用激光束进行金属合金层的除去，

-在除去步骤期间，金属间化合物合金层以其高度的至少一部分留在除去区中，

-使用充填丝或粉末添加物进行激光焊接，以及

-充填丝或粉末包含奥氏体形成合金元素。

本发明还涉及用于制造压制硬化钢部件的方法，其包括以下步骤：

-进行如上所述的方法以获得焊接坯件，

-加热焊接坯件以在形成焊接坯件的预涂覆钢板中获得至少部分奥氏体组织，

-使焊接坯件在压机中热成型以获得压制成型的钢部件，以及

-使钢部件在压机中冷却以获得压制硬化钢部件。

在用于制造压制硬化钢部件的方法中，冷却速率可以等于或大于钢板的临界冷却速率。

本发明还涉及预涂覆钢板，其包括：

-在其至少一个面上具有预涂层部分的钢基体部分，所述预涂层部分包括金属间化合物合金层部分和在金属间化合物合金层部分的顶部延伸的金属合金层部分，所述金属合金层部分为铝的层、铝合金的层或基于铝的合金的层，所述预涂覆钢板的厚度为1mm至5mm，以及

-至少一个激光切割边缘表面，所述激光切割边缘表面在预涂覆钢板的面之间延伸并且包括基体区域和至少一个预涂层区域，

其中预涂覆钢板在激光切割边缘表面上包括复数个凝固条纹，以及

其中激光切割边缘表面包括铝减少区，所述铝减少区在激光切割边缘表面的整个高度上并且在小于或等于激光切割边缘表面的长度的长度上延伸，铝减少区的基体区域上的铝的表面分数为0.3％至6％。根据特定实施方案，预涂覆钢板包括以下特征之一：

-铝减少区在切割边缘表面的整个长度上延伸，

-铝减少区的长度严格小于切割边缘表面的总长度。

在阅读仅通过实施例并参照附图给出的以下说明时将更好地理解本发明，其中：

-图1是垂直于带的纵向方向截取的预涂覆钢带的示意性截面图；

-图2是预涂覆钢板的示意性透视图；

-图3是图2的预涂覆钢板的示意性侧视图；

-图4是切割边缘表面的图像，其以白色示出由激光切割操作产生的存在于基体区域上的铝痕迹；

-图5是包括除去区的预涂覆钢板的示意性透视图；以及

-图6是示出切割边缘表面的基体区域上的铝的表面分数作为激光切割线能量的函数的图。

本发明涉及用于生产预涂覆钢板1的方法。

该方法包括提供如图1的截面所示的预涂覆钢带2的第一步。

如图1所示，预涂覆钢带2包括在其至少一个面上具有预涂层5的金属基体3。预涂层5叠合在基体3上并与其接触。

金属基体3更特别地为钢基体。

基体3的钢更特别地为具有铁素体-珠光体显微组织的钢。

基体3有利地由预期用于热处理的钢，更特别地可压制硬化的钢，并且例如锰-硼钢(例如22MnB5型钢)制成。

根据一个实施方案，基体3的钢按重量计包含：

0.10％≤C≤0.5％

0.5％≤Mn≤3％

0.1％≤Si≤1％

0.01％≤Cr≤1％

Ti≤0.2％

Al≤0.1％

S≤0.05％

P≤0.1％

B≤0.010％

余量为铁和由制造产生的杂质。

更特别地，基体3的钢按重量计包含：

0.15％≤C≤0.25％

0.8％≤Mn≤1.8％

0.1％≤Si≤0.35％

0.01％≤Cr≤0.5％

Ti≤0.1％

Al≤0.1％

S≤0.05％

P≤0.1％

B≤0.005％

余量为铁和由制造产生的杂质。

根据一个替代方案，基体3的钢按重量计包含：

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％

Ti≤0.080％

N≤0.009％

Cu≤0.100％

Ni≤0.100％

Cr≤0.100％

Mo≤0.100％

Ca≤0.006％，

余量为铁和由制造产生的杂质。

根据一个替代方案，基体3的钢按重量计包含：

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％

其中钛和氮含量满足以下关系：

Ti/N＞3.42，

以及碳、锰、铬和硅的含量满足以下关系：

所述钢任选地包含以下元素中的一者或更多者：

0.05％≤Mo≤0.65％

0.001％≤W≤0.30％％

0.0005％≤Ca≤0.005％

余者为铁和不可避免地由制造产生的杂质。

基体3根据其期望厚度可以通过热轧和/或通过冷轧然后退火，或者通过任何其他适当的方法来获得。

基体3的厚度有利地为1.0mm至5mm，更特别地为1.0mm至3.0mm，更特别地为1.0mm至2.5mm，并且甚至更特别地为1.2mm至2.5mm。

预涂层5通过热浸镀即通过将基体3浸入到熔融金属浴中来获得。预涂层5包括与基体3接触的金属间化合物合金层9和在金属间化合物合金层9的顶部延伸的金属合金层11。

金属间化合物合金层9通过基体3与熔融金属浴之间的反应来形成。金属间化合物合金层9包含含有来自金属合金层11的至少一种元素和来自基体3的至少一种元素的金属间化合物。

金属间化合物合金层9的厚度通常为几微米的数量级。特别地，其平均厚度通常为2微米至7微米。

金属合金层11具有与浴中熔融金属的组成接近的组成。其通过在热浸镀期间当带穿过熔融金属浴时由所述带带走的熔融金属形成。

金属合金层11的厚度为例如19μm至33μm或10μm至20μm。

金属合金层11为铝的层、或铝合金的层或基于铝的合金的层。

在该上下文中，铝合金是指包含大于50重量％的铝的合金。基于铝的合金是其中按重量计铝为主要元素的合金。

金属间化合物合金层9包含Fe_x-Al_y型的金属间化合物，并且更特别地Fe₂Al₅。

通过热浸镀获得的预涂层5的特定结构特别公开于专利EP 2 007 545中。

根据一个实施方案，金属合金层11为还包含硅的铝合金的层。

根据一个实例，金属合金层11按重量计包含：

-8％≤Si≤11％，

-2％≤Fe≤4％，

余量为铝和可能的杂质。

有利地，如图1所示，基体3在其两个面上设置有如上所述的预涂层5。

用于生产预涂覆钢板1的方法还包括通过激光切割切割所述预涂覆钢带2以获得至少一个预涂覆钢板1的步骤。

图2是这样的预涂覆钢板1的透视示意图。

预涂覆钢板1包括基体部分3’和至少一个预涂层部分5’，预涂层部分5’包括金属间化合物合金层部分9’和金属合金层部分11’。

预涂覆钢板1还包括两个主相对面4’和包围板1的外围在面4’之间延伸的外围边缘12。外围边缘12的长度等于板1的周长。外围边缘12的高度h等于板1的厚度。

在本专利申请的上下文中，元件的高度是该元件沿预涂覆板1的厚度方向(图中的z方向)截取的尺寸。

外围边缘12基本上垂直于面4’延伸。在该上下文中，“基本上”意指外围边缘12相对于面4’中的一者以65°至90°的角度延伸。外围边缘12相对于面4’的角度可以沿板1的外围改变。

在图2所示的实例中，外围边缘12具有包括四个直线边的基本矩形轮廓。然而，根据应用，可以使用任何其他轮廓。

外围边缘12包括由激光切割操作产生的切割边缘表面13。

切割边缘表面13在预涂覆钢板1的面4’之间从一个面4’向另一个延伸。其在外围边缘12的整个高度h上延伸。

切割边缘表面13包括至少一个基本上平面的部分。

有利地，预涂覆钢板1通过沿其整个轮廓的激光切割来获得。在这种情况下，外围边缘12由切割边缘表面13组成。切割边缘表面13因此包围板1的整个外围延伸。根据一个替代方案，切割边缘表面13仅在外围边缘12的长度的一部分上延伸。在这种情况下，外围边缘12的余者可以与带2的原始侧边缘一致。

在本专利申请的上下文中，元件的长度是该元件在预涂覆钢带2的给定面4’的平面中的尺寸。切割边缘表面13的长度因此特别对应于切割边缘表面13沿激光切割期间激光束的路径的尺寸。

如在图2和图3中可以看出，切割边缘表面13包括基体区域14和至少一个预涂层区域15。基体区域14与基体3’的位于切割边缘表面13处的表面相对应。基体区域14基本上由基体3的材料组成。预涂层区域15与预涂层5’的位于切割边缘表面13处的表面相对应。预涂层区域15基本上由预涂层5’的材料组成。

预涂覆钢板1的厚度与预涂覆钢带2的厚度相同。厚度为1.0mm至5mm，更特别地1.0mm至3.0mm，更特别地1.0mm至2.5mm，并且甚至更特别地1.2mm至2.5mm。

在激光切割步骤期间，将激光切割装置的激光束沿预定路径施加至钢带2以获得切割边缘表面13。该预定路径在板1的面4’的平面中延伸。

根据本发明，以及如图3和图5所示，切割边缘表面13包括在切割边缘表面13的长度的至少一部分上延伸的铝减少区20。

铝减少区20由激光切割操作直接产生。

如图3所示，铝减少区20在切割边缘表面13的整个高度上以及在小于或等于切割边缘表面13的总长度的长度上延伸。

有利地，铝减少区20在等于至少3mm的长度上，并且更特别地在至少10mm上延伸。

切割边缘表面13的铝减少区20优选包括至少一个基本上平面的部分。例如，在图2示出的实例中，其中预涂覆钢板1具有矩形轮廓，切割边缘表面13的铝减少区20在矩形的一个或更多个侧面上延伸。

根据本发明的一个实施方案，铝减少区20在整个切割边缘表面13上延伸。在这种情况下，铝减少区20与切割边缘表面13一致并且铝减少区20的长度等于切割边缘表面13的长度。

根据另一个实施方案，铝减少区20仅在切割边缘表面13的长度的一部分上延伸。例如，铝减少区20仅在切割边缘表面13的一个基本上平面的部分上延伸。例如，在预涂覆钢板1具有矩形轮廓的情况下，切割边缘表面13的铝减少区20可以在仅矩形的一些侧面上，例如在仅矩形的一个侧面上延伸。

优选地，铝减少区20形成预涂覆钢板1的旨在被焊接至另一预涂覆钢板的边缘。在这种情况下，铝减少区20旨在被并入焊接接头中。

根据本发明，在激光切割步骤期间，以使得由激光切割操作直接产生的铝减少区20的基体区域14上的铝的表面分数为0.3％至6％的方式进行激光切割。

在上下文中，“直接产生”特别意指紧接着在激光切割装置的激光束从预涂覆钢带2切割预涂覆钢板1之后，并且特别地在对预涂覆钢板1的切割边缘表面13进行任何进一步步骤之前例如在切割边缘表面13的可能的精加工步骤(例如刷光、机械加工、轧制、喷砂或脱模)之前测量铝的分数或比率。

预涂覆钢板1的切割边缘表面13的铝减少区20的基体区域14上的铝的表面分数可以如下来确定：

-使用扫描电子显微镜对切割边缘表面13的铝减少区20的基体区域14进行成像；

-处理由扫描电子显微镜获得的信息以获得EDS(能量色散X射线谱)图像，所述图像在全部合金元素中显示仅存在于所考虑的基体区域14上的铝。例如，以使得存在于所考虑的基体区域14上的铝痕迹以与黑色背景强烈对比的颜色例如红色呈现的方式处理图像。作为在切割期间激光位移的结果，铝呈现为倾斜的滴落痕迹。

这样的EDS图像的一个实例示于图4中。在该黑白图片中，可能另外以红色呈现的铝痕迹在黑色背景上以白色呈现。

-然后通过图像处理对由此获得的EDS图像进行处理以确定图像中铝的表面分数。

为此，使用图像处理来测量所考虑的基体区域14的EDS图像中对应于铝的像素的数量N，即例如红色像素的数量。

对应于铝的像素的数量N可以如下确定。对于EDS图像中的每个像素，对红色RGB参数的值设定阈值以便确定该像素是否被认为是红色，即是否被认为是铝像素。特别地，将阈值T设定成

使得如果像素的红色RGB参数的值大于阈值T，则出于该分析的目的该像素将被认为是红色像素。例如，该图像处理可以通过本身已知的常规图像处理分析软件(例如，如Gimp图像分析软件)来进行。

然后通过将由此测量的铝像素(即，例如红色像素)的数量N除以所考虑的基体区域14的图像中的像素的总数量来获得铝减少区20的基体区域14中的铝的表面分数。

使用惰性气体作为辅助气体进行激光切割。惰性气体例如选自氮气；氩气；氦气；或其混合物，例如氮气/氩气、氮气/氦气、氩气/氦气或氮气/氦气/氩气混合物。

激光有利地为连续激光。

为了获得铝减少区20，可以以大于或等于0.6kJ/cm的线能量在铝减少区20上进行激光切割。

激光切割线能量对应于每单位长度在激光切割期间由激光束发送的能量的量。其可以通过将激光束的功率除以切割速度来计算。

发明人发现，当使用上述激光切割参数生产切割边缘表面13的区20时，在切割边缘表面13的该区20的基体区域14上的铝的表面分数为0.3％至6％。

有利地，为了获得铝减少区20，激光切割线能量大于或等于0.8kJ/cm，更特别地大于或等于1.0kJ/cm，并且甚至更特别地大于或等于1.2kJ/cm。特别地，本发明的发明人已观察到，利用增加的激光切割线能量可以获得就铝减少区20中的铝的表面分数减小而言甚至更好的结果。

优选地，辅助气体压力为2巴至18巴，更优选6巴至18巴，并且甚至更优选10巴至18巴。

例如，为了获得铝减少区20，使用大于或等于0.8kJ/cm的激光切割线能量和2巴至18巴的辅助气体压力在铝减少区20上进行激光切割。

根据另一个实例，为了获得铝减少区20，使用大于或等于1.0kJ/cm的激光切割线能量和2巴至18巴的辅助气体压力在铝减少区20上进行激光切割。

根据又一个实例，为了获得铝减少区20，使用大于或等于1.0kJ/cm的激光切割线能量和10巴至18巴的压力在铝减少区20上进行激光切割。

根据一个实施方案，使用CO₂激光器进行激光切割步骤。

CO₂激光有利地为连续激光。

CO₂激光器例如具有2kW至7kW，并且优选4kW至6kW的功率。

例如，为了获得铝减少区20，在作为辅助气体的氮气的情况下使用连续CO₂激光以4m/分钟的切割速度并以4kW的激光功率(其对应于0.6kJ/cm的激光切割线能量)在铝减少区20上进行激光切割。辅助气体的压力例如等于14巴。

根据另一个实例，为了获得铝减少区20，在作为辅助气体的氮气的情况下使用连续CO₂激光以2m/分钟的切割速度并以4kW的激光功率(其对应于1.2kJ/cm的激光切割线能量)在铝减少区20上进行激光切割。辅助气体的压力例如等于14巴。

根据另一个实施方案，使用固体激光器进行激光切割步骤。固体激光器为例如Nd:YAG(钕掺杂的钇铝石榴石)激光器、光纤激光器、二极管激光器或盘形激光器。

固体激光器例如具有2kW至15kW，优选4kW至12kW，更优选4kW至10kW，并且甚至更优选4kW至8kW的功率。

通过实例，为了获得铝减少区20，在作为辅助气体的氮气的情况下使用功率为6kW的光纤激光器在铝减少区20上进行激光切割。在该实例中，切割速度例如等于5m/分钟(对应于等于0.72kJ/cm的激光切割线能量)。

任选地，用于制造预涂覆钢板1的方法包括例如在进行激光切割之后直接对切割边缘表面13的至少铝减少区20进行刷光的步骤。虽然如先前所提及的仅刷光无法允许充分除去切割边缘表面13上的由激光切割产生的铝痕迹，但是除了根据本发明的激光切割步骤之外也可以使用刷光以甚至进一步减小切割边缘表面13上的铝分数。

在铝减少区20在切割边缘表面13的整个长度上延伸的情况下，可以在切割边缘表面13的整个长度上(即在整个切割步骤中)使用相同的激光切割参数，特别是相同的线能量和相同的辅助气体压力。

在铝减少区20仅在切割边缘表面13的长度的一部分上延伸的情况下，为了获得铝减少区20以及为了获得切割边缘表面13的余者可以使用不同的激光切割参数，特别是由不同的切割速度产生的不同的线能量。特别地，激光切割速度可以在切割边缘表面13的长度上改变，第一切割速度用于获得铝减少区20，与第一切割速度不同的第二切割速度用于获得切割边缘表面13的余者。

例如，对于同一激光束，即，特别是对于相同的激光类型和功率，在切割边缘表面13的铝减少区20之外可以使用比在生产该区20时更高的切割速度。在这种情况下，激光切割线能量在铝减少区20之外将更小，从而导致基体区域14上的铝的表面分数在切割边缘表面13的该区域中高于在铝减少区20中。

切割步骤期间的激光切割参数的这种调节可以通过激光切割装置自动进行。其也可以由操作员手动进行。

例如，铝减少区20对应于预涂覆钢板1的焊接边缘，即对应于外围边缘12的其中预涂覆钢板1旨在被焊接至另一钢板的区。在这种情况下，铝减少区20旨在被并入焊接接头中。

在由激光切割操作产生的预涂覆钢板1仅旨在在切割边缘表面13的所述铝减少区20上被焊接至另一钢板的情况中，其中铝减少区20对应于预涂覆钢板1的焊接边缘的实施方案是特别有利的。实际上，在这种情况下，这导致在焊接接头的硬度方面与当铝减少区20在切割边缘表面13的整个长度上延伸时相同的优点。然而，由于对于相同的激光功率在不旨在成为焊接接头的部分并因此铝的表面分数的控制不如在旨在成为焊接接头的部分的铝减少区20中重要的区域中可以使用更大的激光切割速度，因此生产率还可以提高甚至更多。

本发明还涉及预涂覆钢板1，其可以使用上述公开的方法来获得。上述已参照图2对该预涂覆钢板1进行了描述。

激光切割的使用导致切割边缘表面13的特定几何形状。实际上，其导致基体3的材料和预涂层5的材料在切割边缘表面13处的熔融，然后再凝固而产生凝固条纹(也称为凝固波纹)，所述凝固条纹的间隔特别地取决于激光切割速度、辅助气体的性质和压力。因此，预涂覆钢板1在切割边缘表面13上包括包括在铝减少区20中的复数个凝固条纹或波纹。

此外，预涂覆钢板1在切割边缘表面13处包括热影响区。该热影响区由在激光切割期间对切割边缘表面13的加热产生。其可以通过用于检测热影响区的存在的常规方法(例如通过显微硬度或纳米硬度测量或者通过适合蚀刻之后的金相观察)来观察。

此外，预涂覆钢板1的在铝减少区20的基体区域14上的铝的表面分数为0.3％至6％。

本发明还涉及用于制造焊接坯件的方法，其包括以下步骤：

-生产第一和第二预涂覆钢板1，第一和第二预涂覆钢板1中的至少一者，并且优选第一和第二预涂覆钢板1为使用如以上所公开的方法生产的；

-将第一和第二预涂覆钢板1对接焊以在所述钢板1之间产生焊接接头并获得焊接坯件。

对接焊步骤包括以使得预涂覆板1中的至少一者的铝减少区20面向另一板1的边缘，并且优选另一板1的铝减少区20的方式布置第一和第二预涂覆钢板1的步骤。

所述第一预涂覆钢板1与第二预涂覆钢板1之间的焊接接头由它们的相对边缘，并且特别是在其两个铝减少区20之间的熔融而获得。

焊接有利地为激光焊接。

焊接可以是自熔焊接，即不添加例如呈丝或粉末形式的填充金属。

根据一个替代方案，使用适当的填充金属例如充填丝或粉末进行焊接。充填丝或粉末特别地包含奥氏体形成元素以便平衡来自预涂层5’的铝的铁素体形成和/或金属间化合物形成效应。

有利地，如图5所示，在对接焊之前，对于每个预涂覆钢板1，在预涂覆钢板1的至少一个面4’上在所考虑的预涂覆钢板1的邻近铝减少区20的除去区25上除去金属合金层11’，并且在对接焊步骤期间，将预涂覆钢板1在金属合金层11’已从其中被除去的各个边缘处焊接。

如在先申请WO 2007/118939中所公开的，金属合金层11’的除去有利地通过激光烧蚀来进行。

每个钢板1上的除去区25的宽度为例如0.2mm至2.2mm。

优选地，进行除去步骤以在留下金属间化合物合金层9’的同时仅除去金属合金层11’。因此，金属间化合物合金层9’以其高度的至少一部分留在除去区中。在这种情况下，剩余的金属间化合物合金层9’保护焊接坯件的紧邻近焊接接头的区域在随后的热成型步骤期间免于氧化和脱碳，以及在使用服务期间免于腐蚀。

任选地，用于制造焊接坯件的方法包括以下步骤：在进行焊接步骤之前，对第一和第二预涂覆钢板1中的至少一者，并且优选第一和第二预涂覆钢板1二者的预涂覆钢板1的待焊接的边缘进行刷光。

如果该方法包括在焊接之前除去金属合金层11’，则优选在该除去步骤之后进行刷光。在这种情况下，刷光将在除去操作期间可能溅射到板1的待焊接的边缘上的铝痕迹除去。这样的溅射在通过激光烧蚀进行除去时特别可能发生。这样的溅射具有相对低的对边缘的粘附性，并因此可以通过刷光相对容易地除去。刷光因此可以进一步减少焊接接头中的铝含量。

本发明还涉及用于制造压制硬化钢部件的方法，其包括以下步骤：

-使用如以上公开的方法生产焊接坯件；

-加热焊接坯件以在形成焊接坯件的钢板1中获得至少部分奥氏体组织；

-使焊接坯件在压机中热成型以获得压制成型的钢部件；以及

-使钢部件在压机中冷却以获得压制硬化钢部件。

更特别地，将焊接坯件加热至高于钢板1的上奥氏体(upper austenite)转变温度Ac3的温度。

在冷却步骤期间，冷却速率有利地等于或大于钢板的临界马氏体或贝氏体冷却速率。

本发明的发明人进行了以下实验。

使用作为辅助气体的氮气并利用不同的激光切割线能量使用CO₂激光器通过激光切割由预涂覆钢带2切割预涂覆钢板1。预涂覆钢板1具有矩形形状。

对于每个激光切割线能量，发明人测量了切割边缘表面13的基体区域14上的铝的表面分数。

基于使用以下参数的扫描电子显微镜拍摄的所考虑的边缘表面的图像进行测量：

-放大倍率：×60

-分析长度：3mm；

-电子束能量：15keV至25keV。

使用功率为4kW的CO₂激光器进行实验。氮气压力为2巴至18巴。

预涂覆钢带2为具有如上所公开的组成和预涂层的带。

更特别地，带2的钢以重量％计包含：

C：0.22％

Mn：1.16％

Al：0.03％

Si：0.26％

Cr：0.17％

B：0.003％

Ti：0.035％

S：0.001％

N：0.005％

余量为铁和由加工产生的可能的杂质。

这种钢以商品名Usibor 1500已知。

预涂层5通过将钢带2在熔融金属浴中热浸镀而获得。

预涂层5的金属合金层按重量计包含：

Si：9％

Fe：3％

余量由铝和由加工产生的可能杂质组成。

金属合金层的平均总厚度为20μm。

金属间化合物合金层包含Fe_x-Aly型的金属间化合物，并且多数为Fe₂Al₃、Fe₂Al₅和Fe_xAl_ySi_z。其平均厚度为5μm。

带的厚度为1.5mm。

图6是在这一系列实验中预涂覆钢板1的所考虑的边缘表面13的基体区域14上的铝的表面分数(Al比率)作为激光切割线能量的函数的图。

如从图6中可以看出，对于严格小于0.6kJ/cm的激光切割线能量，由激光切割产生的所考虑的边缘表面13的基体区域14上的铝的表面分数严格大于6％。

相反地，对于等于或大于0.6kJ/cm的激光切割线能量，切割边缘表面13上的铝表面分数变得小于或等于约6％。其还大于或等于0.3kJ/cm。

对于等于1.20kJ/cm的线性切割能量，切割边缘表面13的基体区域14上的铝的表面分数甚至为0.3％至4.5％。

因此，发明人以出乎意料的方式发现，以等于或大于0.6kJ/cm的切割线能量对预涂覆钢带2进行激光切割导致特别少量的沉积在由激光切割操作产生的切割边缘表面13上的铝。

发明人还观察到，当使用其他类型的惰性气体并且特别是氩气时，可以获得类似的结果。

发明人还进行了这样的实验：其中通过自熔激光焊接(即没有填充金属)将根据本发明的两个预涂覆钢板1对接焊在一起以获得焊接坯件，并将由此获得的焊接坯件热成型并压制硬化以生产压制硬化钢部件。

对由此获得的钢部件的焊接接头进行的硬度测量表明，焊接接头的硬度高于在使用未根据本发明的预涂覆钢板时将获得的硬度，并且高于例如通过以较小的激光切割线能量进行激光切割而获得的硬度。

根据本发明的方法因此是有利的，因为在焊接中不经历相对硬度下降。

实际上，由于可以使要焊接至另一预涂覆钢板的边缘表面上的铝分数小于或等于6％的事实，因此与在其边缘表面上铝的表面分数大于6％的预涂覆钢板相比，由这样的预涂覆钢板获得的压制硬化钢部件将具有改善的机械特性。

此外，从经济观点的角度来看，在边缘表面的基体区域14上获得小于0.3％的铝的表面分数将太昂贵。

如果如先前所述在焊接之前沿要焊接的边缘至少部分地除去预涂覆钢板1的涂层，或者当使用包含奥氏体形成元素的充填丝或粉末时，可以获得焊接接头的特别令人满意的机械特性。如果部件旨在形成防侵入部件、结构部件或有助于汽车安全的部件，则这样的机械特性是特别重要的。

此外，因为不需要额外的操作以在焊接操作之前除去存在于切割边缘表面上的铝痕迹，所以可以以高的生产率获得这样的部件。

根据本发明的方法还在生产率提高方面特别有利，因为其允许仅通过将激光切割线能量控制在给定范围内而显著减少存在于由激光切割产生的切割边缘表面的基体区域14上的铝的量。

特别引人关注的是使用纯的或呈氩气/氮气混合物形式的氮气、氩气作为辅助气体，因为这些气体相对便宜，特别是与氦气相比。氮气和/或氩气与氦气的混合物也引人关注，因为它们比纯氦气较便宜。

将激光切割期间的线能量控制在预定范围内减少切割边缘表面13的基体区域14上的铝的量的事实完全出乎意料。此外，出乎意料的是，当使用事实上大于通常将实施的线能量的用于激光切割的线能量时，可以改善总生产率。实际上，对于相同的激光功率，增加的线能量仅可以通过切割速度的相对降低来获得。

Claims (23)

1.一种用于生产预涂覆钢板(1)的方法，包括以下相继的步骤：

-提供包括钢基体(3)的预涂覆钢带(2)，所述钢基体(3)在其主至少一个面上具有预涂层(5)，所述预涂层(5)包括金属间化合物合金层(9)和在所述金属间化合物合金层(9)的顶部延伸的金属合金层(11)，所述金属合金层(11)为铝的层、铝合金的层或基于铝的合金的层；

-对所述预涂覆钢带(2)进行激光切割以获得至少一个预涂覆钢板(1)，所述预涂覆钢板(1)包括由切割操作产生的切割边缘表面(13)，所述切割边缘表面(13)包括基体部分(14)和预涂层部分(15)，以及所述预涂覆钢板(1)的厚度为1mm至5mm，

特征在于，进行所述激光切割使得直接产生所述切割边缘表面(13)的铝减少区(20)，所述铝减少区(20)在所述切割边缘表面(13)的整个高度(h)上并且在小于或等于所述切割边缘表面(13)的长度的长度上延伸，由激光切割操作直接产生的所述切割边缘表面(13)的所述铝减少区(20)的所述基体区域(14)上的铝的表面分数为0.3％至6％。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述切割边缘表面(13)的所述铝减少区(20)上，用惰性气体作为辅助气体以大于或等于0.6kJ/cm的激光切割线能量进行所述激光切割。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述辅助气体的压力为2巴至18巴。

4.根据权利要求2或权利要求3所述的方法，其中所述惰性气体选自氮气、氦气、氩气或这些气体的混合物。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，其中使用CO₂激光器进行所述激光切割。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中使用固体激光器进行所述激光切割。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述固体激光器为Nd:YAG型激光器、盘形激光器、二极管激光器或光纤激光器。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述预涂覆钢板(1)的厚度为1.0mm至3.0mm，并且更特别地1.0mm至2.5mm。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述预涂层(5)的厚度为19μm至33μm。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述铝减少区(20)在所述切割边缘表面(13)的整个长度上延伸。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中所述铝减少区(20)的长度严格小于所述切割边缘表面(13)的总长度。

12.一种用于制造焊接坯件的方法，包括以下步骤：

-生产第一和第二预涂覆钢板(1)，所述第一和第二预涂覆钢板(1)中的至少一者为使用根据权利要求1至11中任一项所述的方法生产的；

-将所述第一和第二预涂覆钢板(1)对接焊以在所述预涂覆钢板(1)之间产生焊接接头，并因此获得焊接坯件，其中对接焊步骤包括以下步骤：以使得所述预涂覆钢板(1)中的至少一者的铝减少区(20)面向另一个预涂覆钢板(1)的边缘，并且优选面向另一个预涂覆钢板(1)的铝减少区(20)的方式布置所述第一和第二预涂覆钢板(1)。

13.根据权利要求12所述的方法，其中焊接为激光焊接操作。

14.根据权利要求12或权利要求13所述的方法，还包括在所述对接焊步骤之前的以下步骤：对于所述第一预涂覆钢板(1)和所述第二预涂覆钢板(1)中的每一者，除去各个所述预涂覆钢板(1)的与铝减少区(20)邻近的除去区(25)中的金属合金层(11’)，并且其中，在所述对接焊步骤期间，在所述预涂覆钢板(1)的其中所述金属合金层(11’)已被除去的边缘处将所述预涂覆钢板(1)焊接。

15.根据权利要求14所述的方法，其中使用激光束进行所述金属合金层(11)的除去。

16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，在除去步骤期间，所述金属间化合物合金层(9’)以其高度的至少一部分留在所述除去区(25)中。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的方法，其中使用充填丝或粉末添加物进行激光焊接。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述充填丝或粉末包含奥氏体形成合金元素。

19.一种用于制造压制硬化钢部件的方法，包括以下相继的步骤：

-进行根据权利要求12至18所述的方法以获得焊接坯件；

-加热所述焊接坯件以在形成所述焊接坯件的预涂覆钢板(1)中获得至少部分奥氏体组织；

-使所述焊接坯件在压机中热成型以获得压制成型的钢部件；以及

-使所述钢部件在所述压机中冷却以获得所述压制硬化钢部件。

20.根据权利要求19所述的用于制造钢部件的方法，其中冷却速率等于或大于钢板(1)的临界马氏体或贝氏体冷却速率。

21.一种预涂覆钢板(1)，包括：

-在其至少一个面上具有预涂层部分(5’)的钢基体部分(3’)，所述预涂层部分(5’)包括金属间化合物合金层部分(9’)和在所述金属间化合物合金层部分(9’)的顶部延伸的金属合金层部分(11’)，所述金属合金层部分(11’)为铝的层、铝合金的层或基于铝的合金的层，所述预涂覆钢板(1)的厚度为1mm至5mm，以及

-至少一个激光切割边缘表面(13)，所述激光切割边缘表面(13)在所述预涂覆钢板(1)的面(4’)之间延伸并且包括基体区域(14)和至少一个预涂层区域(15)，

其中所述预涂覆钢板(1)在所述激光切割边缘表面(13)上包括复数个凝固条纹，以及

其中所述激光切割边缘表面(13)包括铝减少区(20)，所述铝减少区(20)在所述激光切割边缘表面(13)的整个高度(h)上并且在小于或等于所述激光切割边缘表面(13)的长度的长度上延伸，所述铝减少区(20)的所述基体区域(14)上的铝的表面分数为0.3％至6％。

22.根据权利要求21所述的预涂覆钢板(1)，其中所述铝减少区(20)在所述切割边缘表面(13)的整个长度上延伸。

23.根据权利要求21所述的预涂覆钢板(1)，其中所述铝减少区(20)的长度严格小于所述切割边缘表面(13)的总长度。

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