CN112334590A - 用于热成形的分离层 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种扁钢产品，该扁钢产品适用于通过热压成型而成型为构件并且具有钢基材，其中在钢基材的至少一侧上施加基于铝和/或锌的腐蚀保护涂层，并且在所述腐蚀保护涂层上存在覆盖层，其中，所述覆盖层具有小于100nm的厚度，本发明涉及一种用于制造这种扁钢产品的方法，包括至少以下步骤：(A)提供至少在一侧上设有基于铝和/或锌的腐蚀保护涂层的钢基材，(B)通过施加包含在覆盖层中的组分的溶液将覆盖层施加到所述钢基材的至少一个设有腐蚀保护涂层的侧面上，以及(C)调整所述覆盖层的厚度，本发明还涉及由此扁钢产品制造热压成型的构件的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种扁钢产品，该扁钢产品适合于通过热压成型来成形为构件并且具有钢基材，其中在钢基材的至少一侧上施加有基于铝和/或锌的腐蚀保护涂层，并且在该腐蚀保护涂层上存在覆盖层，该覆盖层具有小于100nm的厚度；还涉及一种用于制造这种扁钢产品的方法，该方法至少包括以下步骤：(A)提供至少在一侧上设有基于铝和/或锌的腐蚀保护涂层的钢基材，(B)通过施加包含在覆盖层中的组分的溶液将覆盖层施加在钢基材的至少一个设有腐蚀保护涂层的侧面上，以及(C)调节覆盖层的厚度；以及涉及一种用于制造热压成形的构件的方法，该方法至少包括以下步骤：(D)提供扁钢产品，(E)切割由来自步骤(D)的扁钢产品构成的板坯，(F)将板坯加热到高于700℃的温度上，和(G)将来自步骤(F)的加热的板坯在成形工具中成形，以获得热压成形的构件。
背景技术
用于制造适合通过热压成形制造构件的扁钢产品的方法对于技术人员来说本身是已知的。这样制造的构件的特征在于非常好的机械性质。由此，对于在汽车领域中的应用，可以更薄地选择材料厚度，从而可以实现重量减轻。在扁钢产品上必须施加针对腐蚀保护的基于铝和/或锌的涂层。相应地被涂层的扁钢产品必须在加工期间例如进行轧制，从中切割出板坯并且板坯必须在热成形工艺中成形，为此所施加的表面处理(Veredelung)必须相应地适用。然而，在迄今为止已知的产品中，可能发生各种瑕疵图像(Fehlbildern)，例如，在轧制中处理的分离、在辊处处理的粘附、扩散层的损坏和/或异物的辊入(Einwalzung)。
在WO 2012/119973 A1中公开了一种方法，在所述方法中扁钢产品的腐蚀保护涂层设有覆盖层，所述覆盖层包含贱金属的氧化物、氮化物、硫化物、碳化物、水合物或磷酸盐化合物。所述化合物以颗粒形式存在于覆盖层中。覆盖层的厚度为100至5000nm。
DE 699 06 555 T2描述了一种锌表面的表面处理方法。为此，将羟基硫酸锌溶液施加到锌层上。
相应的根据现有技术的方法、热成形之后获得的构件的外观和品质以及扁钢产品对压制工具的作用还可以进一步改善。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种扁钢产品及其制造方法，其避免了现有技术中的缺点。特别地，根据本发明的目的是提供一种设有腐蚀保护涂层的扁钢产品，其在热成形后不具有上述的瑕疵图像。
根据本发明，这些目的通过一种扁钢产品实现，该扁钢产品适合于通过热压成型来成形为构件，并且该扁钢产品具有钢基材，其中在钢基材的至少一侧上施加基于铝和/或锌的腐蚀保护涂层，并且在该腐蚀保护涂层上存在覆盖层，其中该覆盖层具有小于100nm的厚度。
根据本发明，扁钢产品通常理解为板材、板坯或钢带。根据本发明优选将钢带理解为扁钢产品。此外，扁钢产品可以是热带材或冷带材。
根据本发明的扁钢产品通过热压成型而成形为构件的适用性通常通过如下方式展示，在扁钢产品加热时由于钢组成而构造成主要为奥氏体的组织，从而确保了简单的成形，并且通过快速冷却构造成具有高强度的主要为马氏体的组织。
在本发明的扁钢产品中优选使用具有下列成分的钢(所有说明以重量％计，余量为Fe和不可避免的杂质)：
0.01至0.400、特别优选0.05至0.35的C，
0.1至1.0、特别优选0.2至0.6的Si，
0.1至4.0、特别优选0.5至2.0的Mn，
0至0.05、特别优选0至0.03的P，
0至0.05、特别优选0至0.03的S，
0.001至0.050，特别优选0.050至0.030的Al，
0至0.8，特别优选0至0.6的Nb，
0.005至0.08、特别优选0.008至0.06的Ti，
0至0.010，特别优选0至0.008的B，
0至1.0、特别优选0至0.6的Cr+Mo。
根据本发明的扁钢产品具有基于铝和/或锌的并且防腐蚀保护的涂层。根据本发明，涂层优选存在于扁钢产品的一侧。在另一实施方式中，所述涂层存在于扁钢产品的两侧。
在根据本发明所使用的扁钢产品上存在腐蚀保护涂层，该腐蚀保护涂层例如具有每侧20至200g/m2的涂层重量，优选30至150g/m2的涂层重量，特别优选40至100g/m2的涂层重量。
基于锌和/或铝(尤其是铝)的涂层除了锌和/或铝之外可包含例如硅、铁、镁、锶和/或钙。
特别优选的腐蚀保护涂层包含0.01-1.5重量％的铝和0.01-3％的镁、余量的锌和不可避免的杂质，或者3-15重量％的硅(Si)，优选9-10重量％的Si，最多3.5重量％的铁、余量的铝和不可避免的杂质。
腐蚀保护涂层通常可以以技术人员已知的所有方式施加。例如，可通过热浸、电解工艺、CVD、物理气相沉积，例如借助于蒸汽喷射、和/或包层来施加。
根据本发明，作为腐蚀保护涂层优选使用纯锌，这进一步优选以电解地施加，以及使用通过热浸工艺施加的锌合金(0.01至1.5重量％的铝和0.01至3％的镁)。进一步优选使用基于铝的对腐蚀保护的涂层，这进一步通过热浸来施加。
根据本发明的扁钢产品具有例如0.6至3.5mm、优选0.8至3.0mm、特别优选0.8至2.75mm的厚度。
根据本发明，在基于锌和/或铝的且针对腐蚀保护的涂层上存在覆盖层，其中，覆盖层具有小于100nm的厚度。
在一个优选的实施方案中，覆盖层具有至少3nm的厚度，进一步优选至少10nm的厚度。因此，本发明涉及根据本发明的扁钢产品，其中覆盖层具有至少3nm，进一步优选至少10nm的厚度。
优选地，存在的覆盖层的厚度为20至95nm，进一步优选为40至95nm。所述覆盖层厚度对应于0.01至5g/m2的覆盖层涂覆，优选0.05至1g/m3的覆盖层涂覆。
存在的覆盖层优选非均匀分布，也就是说，不是在扁钢产品的所有位置上都存在相同量的覆盖层，而是，所给出的覆盖层厚度是在扁钢产品上的平均值。
根据本发明的在此的覆盖层优选包含选自由以下组成的组中的至少一种化合物：磷酸酯、膦酸酯、硫酸盐以及硝酸铝(Al(NO3)3)和硝酸锌(Zn(NO3)2)和其混合物。
在一个优选实施方式中，覆盖层中所含的硫酸盐选自由以下组成的组：硫酸铵((NH4)2S04)、碱金属硫酸盐，例如Na2S04、K2S04、碱土金属硫酸盐，例如MgS04、CaS04、过渡金属硫酸盐，例如CuS04、ZnS04及其混合物。
根据本发明特别优选的膦酸酯是十八烷基膦酸酯。根据本发明特别优选的碱金属硫酸盐是K2S04。
由于根据本发明的有利的表面，根据本发明的扁钢产品特别适合用于通过热压成型来制造构件。
因此，本发明还涉及制造根据本发明的扁钢产品的方法，其至少包括以下步骤：
(A)提供至少在一侧上设有基于铝和/或锌的腐蚀保护涂层的钢基材，
(B)通过施加包含在覆盖层中的组分的溶液将覆盖层施加到所述钢基材的至少一个设有腐蚀保护涂层的侧面上，以及
(C)调整所述覆盖层的厚度。
根据本发明的方法的步骤(A)包括提供至少在一侧上设有基于铝和/或锌的腐蚀保护涂层的钢基材。
在根据本发明的方法的步骤(A)中提供的钢基材优选具有以下合金组分(所有说明以重量％计，余量为Fe和不可避免的杂质)：
0.01至0.400、特别优选0.05至0.35的C，
0.1至1.0、特别优选0.2至0.6的Si，
0.1至4.0、特别优选0.5至2.0的Mn，
0至0.05、特别优选0至0.03的P，
0至0.05、特别优选0至0.03的S，
0.001至0.050，特别优选0.050至0.030的Al，
0至0.8，特别优选0至0.6的Nb，
0.005至0.08、特别优选0.008至0.06的Ti，
0至0.010，特别优选0至0.008的B，
0至1.0、特别优选0至0.6的Cr+Mo。
根据本发明提供的钢基材具有基于铝和/或锌的且对腐蚀保护的涂层。该涂层根据本发明优选地存在于钢基材的一侧上。在另一实施方式中，所述涂层存在于步骤(A)中提供的钢基材的两侧。
在根据本发明使用的钢基材上，存在针对腐蚀的保护涂层，例如具有每侧20至200g/m2，优选30至150g/m2，特别优选40至100g/m2的涂层重量。
基于锌和/或铝、尤其是基于铝的涂层除了锌和/或铝之外可包含例如硅、铁、镁、锶和/或钙。
腐蚀保护涂层通常可以以技术人员已知的所有方式施加。例如，可通过热浸、电解工艺、CVD、PVD和/或包层来施加存在的涂层。
根据本发明，优选使用锌或铝作为腐蚀保护涂层。这些进一步优选电解地施加。进一步优选使用基于铝的对腐蚀保护的涂层。这优选通过热浸来施加。
因此，本发明优选涉及根据本发明的方法，其中在步骤(A)中提供了具有基于锌的涂层的钢基材，该涂层电解地施加。
在另一个实施方式中，本发明优选涉及根据本发明的方法，其中在步骤(A)中提供了具有通过热浸涂覆施加的基于铝的涂层的钢基材。
根据本发明提供的钢基材具有例如0.6至3.5mm、优选0.8至3.0mm、特别优选0.8至2.75mm的厚度。
根据本发明的方法的步骤(B)包括通过施加包含在覆盖层中的组分的溶液将覆盖层施加到钢基材的至少一个设有腐蚀保护涂层的侧面上。
在根据本发明的方法的步骤(B)中使用的合适的化合物或试剂尤其选自磷酸酯、膦酸酯、硫酸盐、硝酸盐及其混合物。
特别优选地，在步骤(B)中使用选自由以下组成的组的硫酸盐：硫酸铵((NH4)2S04)、碱金属硫酸盐(例如Na2S04、K2S04)、碱土金属金属硫酸盐(例如MgS04、CaS04)、过渡金属硫酸盐(例如CuS04、ZnS04)及其混合物。
根据本发明特别优选的膦酸酯是十八烷基膦酸酯。根据本发明特别优选的碱金属硫酸盐是K2S04。
在本发明方法的步骤(B)中，优选使用所述试剂的溶液或分散液，尤其优选使用水性溶液。除了水之外或代替水，也可以使用醇溶剂，如乙醇、异丙醇、甲醇或其混合物。
本发明优选涉及根据本发明的方法，其中在步骤(B)中使用水溶液或醇溶液。
优选使用具有10至100g/L、进一步优选20至80g/L的待施加的试剂浓度的溶液，尤其是水溶液。
根据本发明的方法的步骤(B)通常可用技术人员已知的所有方法进行，例如喷涂、浸入(例如在涂料器或冲洗单元中)及其组合。
在根据本发明的方法的步骤(B)中，通常施加如此多的试剂或试剂的溶液或分散液，使得在该方法的进一步过程中由其形成厚度小于100nm的覆盖层。在根据本发明的方法的一个优选实施方式中，在步骤(B)中，以0.01至5g/m2的施加量，优选0.05至1g/m2的施加量，在每侧施加试剂或其溶液或分散液。
任选地，步骤(C)包括调整覆盖层的厚度。
通常，根据本发明方法的步骤(C)可以通过技术人员已知的所有方法进行，例如通过一对辊来挤压。
在根据本发明的方法的步骤(C)之后，可以进行技术人员已知的进一步的方法步骤，例如在20℃到250℃，优选20℃到120℃，特别优选50℃到120℃的带温度下干燥所施加的覆盖层。
在步骤(C)或可选的干燥之后的另外的任选的步骤例如是卷起所获得的钢带、修边和/或板坯切割。相应的方法对于技术人员来说本身是已知的。
按照根据本发明的方法的一个优选实施方案，钢带在施加覆盖层之后不进行干燥，而是直接卷起。
在根据本发明的方法的步骤(C)之后，获得扁钢产品，尤其是钢带，其具有基于铝和/或锌的涂层和在其上的上述覆盖层。根据本发明，优选将如此获得的扁钢产品在根据本发明的方法的步骤(D)中用于制造热压成型的构件。
因此，本发明还涉及一种用于制造热压成型的构件的方法，该方法至少包括以下步骤：
(D)提供根据本发明的扁钢产品，
(E)切割来自步骤(D)的扁钢产品构成的板坯，
(F)将该板坯加热到700℃以上的温度，和
(G)在成形工具中使来自步骤(F)的加热的板坯成形，以获得热压成型的构件。
根据本发明方法的步骤(D)包括提供根据本发明的扁钢产品。这种扁钢产品的制造优选通过上述的方法步骤(A)、(B)和(C)进行。根据本发明制造的扁钢产品优选作为卷材(Rol lenware)提供，因此在步骤(E)之前优选进行开卷，并且必要时进行整平。
在本发明方法的步骤(D)中提供的扁钢产品可以在本发明方法的实施方式中，在根据本发明的方法的步骤(E)之前进行柔性轧制。在此，通过对于技术人员本身已知的方法，通过以可调节的轧制力(这通过可变的轧制间隙来调节)进行轧制，以几乎任意的顺序沿轧制方向产生可变的板厚。通过柔性轧制，实现在一个构件内至高70％的厚度差。
根据本发明方法的步骤(E)包括切割来自步骤(D)的扁钢产品构成的板坯。可以用于实施根据本发明方法的步骤(E)的方法对于技术人员来说本身是已知的，例如，冲压、激光切割及其组合。
根据本发明的方法的步骤(F)包括将板坯加热到700℃以上的温度。
在根据本发明的方法的一个优选的实施方式中，在步骤(F)中加热板坯至700至1000℃的温度、特别优选800至980℃的温度；特别优选850至940℃的温度。
在步骤(F)中将板坯加热到上述温度根据本发明优选在5至900s、特别优选5至600s、特别优选120至600s、最优选150至450s的时间内进行。
在步骤(F)中将板坯加热到上述温度根据本发明优选以1至200℃/s、特别优选1至30℃/s、最优选3至20℃/s的加热速率进行。所述加热可以以相同的加热速率进行。在另一实施方式中，根据本发明的方法的步骤(F)也可以在使用至少两个不同的加热速率的情况下进行，其中特别优选的是，第一平均加热速率为3至50℃/s，特别优选6至20℃/s，尤其是8至16℃/s，并且第二加热速率为1至10℃/s，特别优选2至5℃/s。
在步骤(F)中板坯的加热通常可以在技术人员认为合适的任何气氛中进行，例如在具有16至25体积％的氧含量、75至84体积％的氮含量、小于3体积％含量的稀有气体和其它杂质以及-15℃至+25℃的露点的气氛中。
根据本发明的方法的步骤(F)通常可以在技术人员认为合适的任何装置或加热方式中进行，尤其在辊底式炉、分批炉中，还例如借助于感应、传导。
在根据本发明的方法的步骤(F)之前，所使用的扁钢产品优选具有包括铁素体、贝氏体、珠光体的组织。在扁钢产品在根据本发明方法的步骤(F)中如上所述进行加热之后，其优选具有包含奥氏体和铁素体的组织。
根据本发明的方法的步骤(G)包括在成形工具中使来自步骤(F)的加热的板坯成形以获得热压成型的构件。合适的成形工具对于技术人员来说本身是已知的。此外，成形本身对于技术人员是已知的并且例如在EP 2 993 248A1中描述。
在一个优选的实施方式中，转移时间、即从离开根据本发明的方法的步骤(F)中的炉起直至将经加热的板坯置入到成形工具中的时间为1至20s，特别优选为3至12s。
本发明优选涉及根据本发明的方法，其中，该方法在步骤(G)之后具有以下步骤(H)：
(H)冷却来自步骤(G)的构件，以在该构件中获得淬火组织。
在步骤(H)中，成形了的板坯被冷却。这进一步优选地以20至1000℃/s的冷却速率进行。
在根据本发明的方法的步骤(G)之后，获得成形的构件。这些优选具有包括马氏体、奥氏体和铁素体的组织。
本发明还涉及根据本发明的扁钢产品在制造机动车部件、碰撞相关的构件，例如B柱、门槛、保险杠、隧道系统等中的用途。
具体实施方式
以下实施例用于进一步阐述本发明。
实施例1(根据本发明)：
具有在表1中所述组成的钢带在热浸方法中在两侧涂覆有由9重量％的Si、2.5重量％的Fe、1重量％的不可避免的杂质和余量的铝组成的保护涂层。每一侧的涂覆设置为70g/m2。
表1：实施例1中的钢带的组成
| C | Si | Mn | P | S | Al | Nb | Ti | B |
| 0.09 | 0.33 | 0.9 | 0.025 | 0.020 | 0.010 | 0.08 | 0.010 | 0.004 |
所有说明以重量％计，余量为Fe和不可避免的杂质
在通过熔池之后，带材以直线通过涂料器。在此，用浓度为50g/l的硫酸钾水溶液进行涂覆，其中辊每个表面上施加0.20g/m2硫酸钾。在表面上保留具有90nm的平均涂覆的非均匀分布的层。然后将带材在没有进一步干燥的情况下卷起。然后紧接着如此轧制钢带，使得在短的间距中出现厚度突变，例如从1.7mm到1.25mm等。在此工艺中，涂层作为分离剂并导致减少的清洁花费，同时带材的表面保持其品质和量。然后接着在925℃下且在5分钟的保持时间中进行板坯切割和热成形。
实施例2(根据本发明)：
具有表2中所述组成的钢带通过电解涂覆锌。该锌涂层在每侧具有分别7μm的涂覆。
表2：实施例2中的钢带的组成
| C | Si | Mn | P | S | Al | Cr+Mo | Ti | B |
| 0.22 | 0.35 | 1.35 | 0.022 | 0.008 | 0.010 | 0.4 | 0.03 | 0.004 |
所有说明以重量％计，余量为Fe和不可避免的杂质
在电解涂覆之后直接使用冲洗单元以将溶解在乙醇中的、浓度为1mM/l的十八烷基膦酸酯喷射到带材上。为了调节适当的覆盖，随后借助于轧制来挤压液体薄膜。每侧酯溶液在表面上留下0.1g/m2的涂覆。随后不进行干燥步骤。在表面上每侧留下10nm的平均涂覆的层。然后将带材卷起。在稍后的加工步骤中，轧制以不同的阶段进行。起始厚度为3mm，阶段如下：2.75mm、2.2mm、1.5mm和1.35mm。十八烷基膦酸酯在此作为腐蚀保护涂层的表面和辊表面之间的分离剂起作用。对于升高的轧制度，出现升高的力，其部分地实现了腐蚀保护涂层与辊的机械磨损。由此在所述十八烷基膦酸酯的存在下，导致腐蚀保护涂层的部分去除。
实例3(非根据本发明)：
在热浸法中，具有根据表3的组成的钢带在两侧用由8.5重量％的Si、2.5重量％的Fe、1重量％的不可避免的杂质和余量的铝组成的保护涂层涂覆。涂覆在每侧调节到75g/m2。
表3：实施例3中的钢带的组成，
| C | Si | Mn | P | S | Al | Nb | Ti | B |
| 0.25 | 0.35 | 1.35 | 0.022 | 0.008 | 0.010 | 0.4 | 0.03 | 0.004 |
所有说明以重量％计，余量为Fe和不可避免的杂质
在通过熔池之后，钢带以直线通过涂料器。在此，用硫酸钾水溶液进行涂覆(如实施例1中)，其中辊每侧施加0.4g/m2。在表面上留下每侧具有170nm的平均涂覆的非均匀分布的层。接着，将带材在没有另外的干燥单元的情况下卷起。然后紧接着将钢带如此轧制，使得其在短的间距中出现厚度突变，例如从1.7mm到1.25mm。在此工艺中，涂层起到分离剂的作用，并导致减少的清理花费，同时带材的表面保持其品质和量。对于其上的层厚度，可由于磨损导致污染增加。然后接着在925℃下且在5分钟的保持时间中进行板坯切割和热成形。
每侧170nm的高涂覆导致磷酸盐池中的杂质，这对于随后的阴极浸渍涂漆是必需的，并且在轧制和压制工具中导致增多的粉尘产生。
商业应用性
通过根据本发明的方法可以获得经涂覆的钢带，其在随后的热成形步骤中显示出优点。
Claims (13)
1.扁钢产品，该扁钢产品适用于通过热压成型而成型为构件并且该扁钢产品具有钢基材，其中在钢基材的至少一侧上施加基于铝和/或锌的腐蚀保护涂层，并且在所述腐蚀保护涂层上存在覆盖层，其特征在于，所述覆盖层具有小于100nm的厚度。
2.根据权利要求1所述的扁钢产品，其特征在于，所述覆盖层包含选自由以下组成的组中的至少一种化合物：磷酸酯、膦酸酯、硫酸盐、硝酸盐及其混合物。
3.根据权利要求2所述的扁钢产品，其特征在于，所述硫酸盐选自由硫酸铵、碱金属硫酸盐、碱土金属硫酸盐、过渡金属硫酸盐及其混合物组成的组。
4.根据权利要求2所述的扁钢产品，其特征在于，所述覆盖层含有十八烷基膦酸酯。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的扁钢产品，其特征在于，覆盖层具有至少3nm的厚度。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的扁钢产品，其特征在于，覆盖层以不均匀分布的方式存在。
7.制造根据权利要求1至6中任一项的扁钢产品的方法，该方法至少包括下列步骤：
(A)提供至少在一侧上设有基于铝和/或锌的腐蚀保护涂层的钢基材，
(B)通过施加包含在覆盖层中的组分的溶液将覆盖层施加到所述钢基材的至少一个设有腐蚀保护涂层的侧面上，以及
(C)调整所述覆盖层的厚度。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤(B)中使用水溶液或醇溶液。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在步骤(A)中提供具有基于锌的涂层的钢基体，所述基于锌的涂层电解地施加。
10.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，在步骤(A)中提供具有通过热浸涂覆施加的基于铝的涂层的钢基材。
11.一种用于制造热压成型的构件的方法，至少包括以下步骤：
(D)提供根据权利要求1至6中任一项所述的扁钢产品，
(E)切割来自步骤(D)的扁钢产品构成的板坯，
(F)将所述板坯加热到700℃以上的温度，和
(G)在成形工具中使来自步骤(F)的加热的板坯成形，以获得热压成型的构件。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述方法在步骤(G)之后具有以下步骤(H)：
(H)冷却来自步骤(G)的构件，以在所述构件中获得淬硬组织。
13.根据权利要求1至6中任一项所述的扁钢产品在制造机动车部件中的用途。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20210205 |