CN112639140A - 用于改善钢坯的可成型性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用以改善钢坯1的可成型性的方法，其中，钢包含至少5％的马氏体以及可能的一些铁素体、贝氏体和残余奥氏体并且具有至少500MPa的极限抗拉强度并且可以在至少一个侧面上具有金属涂覆层14，其中，使用至少一个热源16在钢坯的周缘厚度6的至少一部分上对钢坯1进行热处理，所述至少一个热源在不使热处理区22的任何点中的钢熔融的情况下将所述热处理区中的钢加热至400℃与1500℃之间的温度。

Description

用于改善钢坯的可成型性的方法
技术领域
本发明涉及用于改善高强度钢(HSS)的可成型性的方法。
背景技术
HSS具有大于500MPa的极限抗拉强度，并且包含至少5％的马氏体，其余部分包括其他相比如铁素体、贝氏体或残余奥氏体的组合。由于HSS提供了改善车辆的燃料效率和耐撞性的可能性，因此HSS在汽车工业等中的使用正在稳步增多。
HSS通过形成钢坯、例如通过对所述钢坯进行冲压或弯曲或辊压成型而成形为部件。由于HSS所包含的不同相之间的非常高的硬度梯度，HSS对成型期间裂纹的形成特别敏感。更具体地，HSS对这样的裂纹的形成非常敏感：这些裂纹起始于坯的边缘上，并且这些裂纹然后会在最终部件内部传播，从而致使该部件不适合使用。实际上，坯的切割边缘结合了使HSS对变形期间的裂纹形成特别敏感的两个关键机械条件。第一个条件是切割边缘上的应变分布，该应变分布是平面应变分布，被认为是对成型而言最为关键的并且因此是最容易出现裂纹形成的。第二个条件是在形成坯之前由于切割坯的过程而引起的边缘的硬化。例如，当使用机械切割时，切割的动作实际上是对钢材进行剪切和撕裂的组合，这会引起相当大量的内部应力，并因此引起坯的边缘和周缘处的材料的相当大量的加工硬化。因此，该区域中的钢材已经失去了其部分延展性并失去了其通过变形而非通过裂纹形成来适应由成型步骤引起的应力的部分能力。由于这些原因，钢坯的边缘和周缘上的材料在成型步骤期间特别易于发生裂纹形成。
钢坯对在成型期间于边缘上形成裂纹的敏感性可以通过扩孔试验来测量，该扩孔试验由ISO 16630:2017标准试验方法限定。所述试验测量扩孔率，该扩孔率是在变形期间于孔的边缘上开始产生裂纹时通过冲压机变形的孔的直径与所述孔在变形之前的初始直径之间的比率。
当面临部件的边缘裂纹问题时，部件制造商可以选择：改善经切割坯的边缘的质量、调整切割工具的间隙、改变部件设计、改变坯形状或更改成型过程。然而，进行这些改变在工业上并不总是可行的，并且在任何情况下在已经探究了这些选择方案之后，边缘裂纹问题会仍然存在。因此，仅剩的可能性是在发生裂纹形成的区域中对坯的侧部进行机械刷涂。通过消除由坯切割过程引起的部件的边缘和周缘上的张力，机械刷涂确实可以解决边缘裂纹问题。然而，机械刷涂引入了在冲裁操作之后的昂贵的后处理步骤。
替代方案是在成型后在坯的出现裂纹的区域中局部改变钢的性能。已经发表了一些发明，其提供了使用热源来局部改变钢的性能的方法。例如，US2015075678描述了一种用以通过以激光束照射表面来改善钢坯的可成型性的方法。JP0987737描述了一种用以通过使用电弧或激光束加热钢的表面来局部软化高强度钢坯的方法。
然而，存在一些与对钢坯的表面进行热处理相关联的限制。首先，该过程具有较低的生产率，因为该过程一次仅可以对一个坯进行。此外，当处理金属涂覆的钢坯时，在坯的表面处达到的高温将导致涂层的显著蒸发或完全蒸发。经处理的坯将无法从正常情况下由涂层所确保的功能例如防腐蚀或可漆涂性中受益。
发明内容
为了解决这些问题，在权利要求1中公开了本发明的第一目的。该方法包括使用施用于坯的厚度的至少一个热源在坯的厚度的至少一部分上对坯进行热处理，所述至少一个热源在400℃与1500℃之间的温度下加热钢而不使所述坯的任何点熔融。
在钢坯的厚度的至少一部分上对钢坯进行加热在钢坯的边缘和周缘的至少一部分中形成了热处理区。施用在热处理区的热能具有减轻由切割过程产生的内应力的作用，并因此具有增加热处理区中的钢的延展性的作用，由此降低钢对裂纹形成的敏感性。此外，通过热能的作用，还可以有利地改变热处理区中的钢的显微组织，以软化热处理区中的钢，由此进一步有助于提高热处理区中的钢的延展性，由此进一步降低钢对裂纹形成的敏感性。
对于经涂覆的钢坯，由于热处理应用在钢坯的厚度上的事实，因此该热处理对钢坯的涂覆层的影响与将直接应用于钢坯的表面的热处理的影响相比显著降低。此外，由于钢通常以比金属涂层——金属涂层非常光亮并因此反射了其接收的大量的能量——更有效的方式吸收能量，因此不同于将热处理应用于仅包括金属涂层的表面，将热处理应用于主要由钢构成的钢片材的厚度时可以提高热处理的热效率。
如在描述之后的示例中将出现的，已经证明本发明在改善边缘裂纹方面产生了非常好的结果，同时未折损部件的整体结构功能、在金属涂覆坯的情况下未使涂层蒸发超过30％、并且在成型后未进一步影响随后工艺的情况下。
本发明通过提供例如同时处理堆置成堆叠件的大量的坯的可能性而在生产率方面也具有特殊的工业利益。本发明还允许使用不同类型的热源，并且本发明可以被结合在不同的工业设置中，从而使本发明根据用户的特定需求是多用途且灵活的。
根据本发明的方法还可以单独地或以任何可能的技术组合包括权利要求2至13的特征。
本发明的另一目的是一种可以通过使用根据本发明的如权利要求14至16所公开的方法而获得的钢坯。
附图说明
本发明的其他特征和优点将参照以下附图通过接下来的仅作为示例给出的详细描述而显现：
-图1是单个坯的立体图，使用单个静态热源对该单个坯应用本方法，
-图2是沿着图1的轴线II-II截取的横截面图，
-图3是坯堆叠件的立体图，通过将由安装在工业机器人上的激光器头所发射的移动的散焦激光束作为热源对该坯堆叠件应用本方法，
-图4是坯堆叠件的立体图，使用多个移动的热源对该坯堆叠件应用本方法，
-图5是坯堆叠件的立体图，使用应用于静态坯堆叠件的成阵列的静态红外管对该坯堆叠件应用本方法。
具体实施方式
在本方法的第一步骤中，提供钢坯1。
钢坯1通过冲裁步骤获得，冲裁步骤是在本发明的方法之前进行的，并且因此不包括在本发明中。在冲裁步骤期间，将例如以钢的卷材提供的钢材料在冲裁线上切割成钢坯1。当前在行业中使用的最常见和最经济的技术是机械切割。其他技术包括激光切割或高压水切割。
参照图1，钢坯1的体积被包括在两个主表面即上部面2与下部面4之间，下部面4位于与所述上部面2相反的一侧。在下面的描述中，钢坯的周缘厚度6是指绕钢坯1的轮廓延伸并且将由所述上部面2的上部外边缘8形成的线和由所述下部面4的下部外边缘10形成的线连接在一起的表面。钢坯1的坯厚度t是指将上部面2与下部面4分开的距离。
坯厚度t可以在整个钢坯1中是恒定的，或者可以变化，例如在下述差厚焊接坯的情况下变化：该差厚焊接坯例如包括具有不同坯厚度t的多个钢坯1，所述多个钢坯1已经沿着它们各自的周缘厚度6的一部分被焊接在一起，或者例如在下述差厚轧制坯的情况下变化：该差厚轧制坯在同一钢坯1内包括各自具有不同坯厚度t的多个部分。
在特定实施方式中，钢坯1例如具有平行六面体形状和恒定的坯厚度t，如图1中所描绘的。在这种情况下，上部外边缘8和下部外边缘10两者形成矩形。所述钢坯1的周缘厚度6包括四个矩形，所述四个矩形各自沿着其短边抵接下一矩形，该短边具有等于坯厚度t的长度，并且所述四个矩形各自具有由上部外边缘8的边中的一个边形成的一个长边以及由下部外边缘10的边中的一个边形成的另一长边。
在另一实施方式中，钢坯1包括具有上部外边缘8的上部面2和具有下部外边缘10的下部面3，上部外边缘8和下部外边缘10依循与在对钢坯1进行成型后获得的最终部件的轮廓类似的轮廓。这种钢坯1被称为形状坯。形状坯的使用使部件制造商能够减少或消除要在最终部件上进行的边修整的量。当钢坯1是形状坯时，上部面2具有上部外边缘8并且下部面3具有下部外边缘10，上部外边缘8和下部外边缘10可以包括直线和/或弯曲线。在这种情况下，周缘厚度6包括一系列形状，当上部外边缘8和下部外边缘10的相应部分是直线时，这一系列形状为扁平的矩形；并且当上部外边缘8和下部外边缘10的相应部分是弯曲线时，这一系列形状为具有两个弯曲长边的矩形，这些形状中的每个形状包括沿着其短边抵接下一者的周缘厚度6，并且每个矩形具有与坯厚度t相同的长度的短边。
钢坯1的至少一部分由高强度钢(HSS)制成。HSS是指具有大于500MPa的抗拉强度的钢。为了达到这样水平的机械性能，HSS具有包括以面积百分比计至少5％的马氏体的显微组织。HSS例如是包括马氏体和铁素体的双相钢、或者是包括铁素体、马氏体、贝氏体以及可能的一些残余奥氏体的复相钢、或者是包括铁素体、马氏体、残余奥氏体以及可能的一些贝氏体的相变诱发塑性(TRIP)钢。
钢坯1例如具有包括在0.2mm与10.0mm之间的坯厚度t。
在特定实施方式中，如图1中所示，钢坯1至少在其上部面2的一部分或其下部面4的一部分上被金属涂层14覆盖。图1示出了在其上部面2和下部面4两者上被金属涂层14覆盖的钢坯。施用金属涂层14例如以对最终部件提供腐蚀防护。金属涂层14例如是锌基涂层比如纯锌或包含锌和铁的合金或包含锌、铝和镁的合金。在另一示例中，金属涂层14是铝基涂层比如纯铝或合金铝硅合金或铝锌合金。金属涂层例如通过热浸涂覆或通过电沉积或通过喷射蒸汽沉积来施用。金属涂层的厚度例如包括在每面5微米与每面50微米之间。
本方法还包括对钢坯1的周缘厚度6的至少一部分执行热处理操作的步骤。
该热处理操作通过将至少一个热源16的热能Q朝向钢坯1的周缘厚度6的至少一部分导向来执行，如图1至图5中所示。热源16的热能Q具有在周缘加热部分18中提高周缘厚度6的温度的作用，周缘加热部分18是所述周缘厚度6的这样的区域：所述热源16被朝向该区域导向。在钢坯1的给定点处的温度是指在热处理操作期间于钢坯1的所述给定点中所达到的最高温度。由于热扩散，周缘加热部分18的温度的升高将导致钢坯1的周围体积的温度也升高。在热处理操作期间，在周缘加热部分18中达到钢坯1的最高温度，因为周缘加热部分18是来自热源16的热能Q首先传递至钢坯1的位置。当沿着从周缘加热部分18沿朝向钢坯1的内部定向的垂直方向延伸的线测量钢坯1的温度时，所述温度在沿着所述线距周缘加热部分18的距离增加时降低。换言之，钢坯1的温度在于钢坯1的内部远离周缘加热部分18行进时降低。因此，热处理操作具有在钢坯1内构建温度场的作用，该温度场在周缘加热部分18上具有最高温度值，并且该温度场具有在远离所述周缘加热部分18行进时减小的值。所述温度场包括等温线平面20，等温线平面20是在钢坯1内延伸的平面，沿着这些平面的温度是恒定的，如图1和图2所示。热处理体积22是被包括在钢坯1内的这样的体积：该体积包括具有高于400℃的温度的所有等温线平面20。换言之，钢坯1的被包括在热处理体积22的内部的所有点的温度均高于400℃，而钢坯1的位于热处理体积22的外部的所有点的温度均低于400℃。400℃等温线平面21距周缘厚度6的距离d由从周缘厚度6沿垂直方向延伸至400℃等温线平面21的线的长度限定，如图1所示。热处理体积22的深度D由400℃等温线平面21距周缘厚度6的最大距离d限定，如图1和图2所示。
在特定实施方式中，热处理操作仅在周缘厚度6的与已知的关键区域相对应的一部分上进行，所述关键区域在钢坯1的成型期间存在形成裂纹的风险。有利地，该热处理操作将具有下述作用：通过降低在所述关键区域中形成裂纹的风险而改善所述钢坯1的可成型性且同时确保热处理操作的高生产率，这是因为热处理操作仅在所述周缘厚度6的所关注的区域上进行。
在特定实施方式中，热处理操作在周缘厚度6的整个表面上进行。换言之，加热周缘部分18的表面积等于周缘厚度6的表面积。这将具有通过降低在所述钢坯1的整个边缘上形成裂纹的风险而改善所述钢坯1的可成型性的作用。有利地，这确保了随后的成型过程对于边缘裂纹形成的风险而言是非常稳健的。例如，将降低在冲压参数发生变化或成型工具发生劣化的情况下形成边缘裂纹的风险。
在实施方式中，热处理操作包括对同一加热周缘部分18进行两个或更多个热处理操作。通过这样做，热处理区22经受包括加热阶段、冷却阶段以及然后一个或更多个的再加热和冷却阶段的热循环。这种加热循环可以有利地导致热处理区22内的增加的机械应力释放和增加的显微组织转变，这导致进一步改善了钢坯1在所述热处理区22中的可成型性。
在特定实施方式中，热处理操作导致在热处理区22中测得的扩孔率与在钢坯1中于热处理区22的外部测得的扩孔率相比增加至少50％。由于残余应力的释放并且由于钢中可能的显微组织转变，热处理体积22内的材料对边缘上裂纹的出现具有较低的敏感性，这通过扩孔率来测量。
应指出的是，热处理体积22可以根据所使用的热源16的类型以及根据热处理过程的参数而采用各种形状。例如，在由单个静态热源16进行热处理的情况下，如图1所示，等温线平面20沿着大致限定了圆的弧的线而与上部面2和下部面4相交，因此热处理体积22的外表面是这样形成的：在一个侧面通过由周缘厚度6的一部分所形成的表面而形成；在另一侧面通过由上部面2的一部分所形成的表面而形成，上部面2的该部分包括其周缘是上面描述的400℃等温线平面21与所述上部面2的相交部的圆的一部分；在另一侧面通过由下部面4的一部分所形成的表面而形成，下部面4的该部分包括其周缘是400℃等温线平面21与所述下部面4的相交部的圆的一部分；以及在最后一侧面通过由所述400℃等温线平面21组成的表面而形成。
在通过热源16沿着方向与钢坯1的面向所述热源16的区域中的上部外边缘8和下部外边缘10大致平行的线以恒定速度运动进行热处理的情况下，等温线平面20沿着大致限定了一椭圆的弧的线与上部面2和下部面4相交，该椭圆具有沿垂直于上部面边缘8和下部面边缘10的方向延伸的短轴线以及沿大致平行于所述上部面边缘8和下部面边缘10的方向延伸的长轴线。因此，热处理体积22的外表面的所得形状是这样形成的：在一个侧面由周缘厚度6的一部分形成；在另一侧面由上部面2的一部分形成，上部面2的该部分包括其周缘是上面描述的400℃等温线平面21与所述上部面2的相交部的椭圆的一部分；在另一侧面由下部面4的一部分形成，下部面4的该部分包括其周缘是400℃等温线平面21与所述下部面4的相交部的椭圆的一部分；并且在最后一侧面通过由包括所述400℃等温线平面21的表面而形成。
在另一示例中，当通过将热源16移动成沿着方向与钢坯1的面向所述热源16的区域中的上部外边缘8和下部外边缘10大致平行的线以可变速度行进来进行热处理操作时，热处理体积22具有这样的形状：该形状包括在钢坯1内的位于热处理体积22的面向周缘加热部分18的其中热源16具有较低速度的区域的区域中的凸起。换言之，在所述凸起中400℃等温平面距周缘厚度6的距离d大于在所述凸起的外部距周缘厚度6的距离。因此，热处理体积22的深度D将必然是在所述凸起中的一个凸起中测量的距离d中的一个距离d。
热处理体积22的最低温度设定为400℃，这是因为，低于400℃，则热处理的机械和冶金作用不具有足够高的动力学以至于不能工业应用。换言之，低于400℃，则有效缓解残余应力并在钢中引起可能的显微组织转变所需的时间过长以至于无法保证在被期望是高产的且具有成本效益的工业过程中的使用。
本发明的一个特征是，热处理体积22的最高温度不超过1500℃。实际上，高于1500℃，则存在钢坯1将局部熔融的风险，这将使钢坯1不适合使用。
本发明的另一特征是，在整个热处理操作过程中，钢坯1的整个体积保持固态。换言之，在热处理操作期间，热处理体积22的所有点都具有低于所述钢坯1的熔点的温度。更具体地，周缘加热部分18——周缘加热部分18是热处理体积22的具有最高温度的区域——的所有点如先前所说明的那样保持低于钢坯1的熔点。
在特定实施方式中，热处理体积22的深度D包括在0.5mm至50.0mm的范围内。例如，当钢坯1如先前所述是通过机械切割而获得时，已知的是，钢坯1中受由机械切割引起的加工硬化影响的近似渗透深度为钢坯1的厚度t的大约一半。因此，热处理区22的0.5mm的深度D确保了受加工硬化影响的最严重的区域被包括在热处理区22中。另一方面，由于热处理的目的是改善在钢坯1的边缘上而非在所述钢坯1的块体中的可成型性，因此不需要进行会导致形成具有的深度D大于50.0mm的热处理体积22的热处理操作。此外，对深度D进行限制还限制了由热源16消耗的功率，因此，将深度D限制为50.0mm在限制生产成本和提高生产率方面是有利的。
在特定实施方式中，热处理的持续时间包括在1毫秒与10分钟之间的范围内。热处理在加热周缘部分18的任何给定点中的持续时间是指热源16的热能Q被朝向加热周缘部分18的所述给定点导向的时间长度。由于关于通过热处理来改善可成型性的机械和冶金反应不会立即发生，因此建议允许1毫秒的最小量，以确保反应的动力学可以进行。另一方面，为了限制由热源16消耗的功率并因此提高生产率且限制过程成本，建议将热处理的持续时间限制成最大为10分钟。
在特定实施方式中，当钢坯1在其上部面2和/或下部面4的至少一部分上具有金属涂层14时，热源16的热能Q也将不可避免地被下述两者直接吸收：上部面2上的金属涂层14的被加热上部涂层部分24，被加热上部涂层部分24直接位于上部边缘8的被包括在周缘加热部分18中的部分的上方；以及下部面4上的金属涂层14的被加热下部涂层部分26，被加热下部涂层部分26直接位于下部边缘10的被包括在周缘加热部分18中的部分的下方，如图1和图2中所示。在优选的实施方式中，金属涂层的厚度显著小于钢坯1在周缘加热部分18的区域中的厚度t、例如是该厚度t的多于十倍小。例如，涂层的在被加热上部涂层部分24和被加热下部涂层部分26中的每一者中的厚度为20微米，而钢坯1在周缘加热部分18中的厚度t为1.0mm，在这种情况下，钢坯1的厚度t是所述加热上部涂层部分24和所述加热下部涂层部分26的厚度二十五倍大。因此，由上部涂层部分24和下部涂层部分26所代表的表面积显著小于周缘加热部分18所代表的表面积、例如是所述周缘加热部分18所代表的表面积的至少十倍小。因此，热源16的热能Q主要被周缘加热部分18吸收。这从生产率的角度来看是有利的，因为周缘加热部分18由钢制成，钢具有比用于腐蚀防护的金属涂层低的反射率。另一方面，当使用现有技术中描述的其中热能通过表面、即所述钢坯的上部面和/或下部面传递至钢坯的一部分的热处理方法时，全部量的热能将被金属涂层吸收，由此导致该过程的热效率的显著损失并因此导致生产率的损失和成本的增加。
另外，当使用具有低于在热处理体积22的内部达到的最高温度的蒸发点或熔点的金属涂层14时，现有技术中描述的在于将热能朝向钢坯的表面导向的热处理方法将导致在钢坯的热能被导向所朝向的面上的热处理区中显著量的金属涂层蒸发或熔融，因为所述面上的金属涂层必须暴露于热处理区的最高温度。另一方面，通过应用本发明，由于热能Q主要指向含有钢的表面区域，因此直接被金属涂层14吸收的热能Q的量将不那么重要，并且因此，金属涂层14的达到高于熔点和/或蒸发点的温度的表面区域将不那么重要。因此，蒸发和/或熔融的金属涂层14的量将不那么重要，这在最终部件质量和腐蚀防护方面是有利的。
在特定实施方式中，在热处理之后在覆盖热处理区22的区域中的金属涂层14的厚度与在未覆盖热处理区22的区域中的金属涂层14的厚度相比减小了小于30％，如将在对方法的描述之后的示例中所示。
在特定实施方式中，如图3至图5所示，在热处理操作进行之前，钢坯1堆叠在彼此之上以形成坯堆叠件12。例如，热源16沿着与由钢坯1限定的平面垂直的线行进。换言之，热源16从上至下或从下至上扫掠坯堆叠件12。因此，包括在坯堆叠件12中的每个钢坯1的周缘加热部分18沿着从上至下跨越坯堆叠件12并且与钢坯1的平面垂直的线对准。有利地，该实施方式允许在不操纵单个钢坯1的情况下在一个批次中处理多个钢坯1，这代表着生产率显著提高，并因此代表着成本显著降低。应指出的是，该实施方式还可以这样应用：使用多个热源16以同时处理同一钢坯1上的周缘厚度6的多个区域，每个热源16扫掠坯堆叠件12以在一个批次中处理所述坯堆叠件12的所有钢坯1的周缘厚度6的多个区域。应指出的是，当使用现有技术中描述的在于将热源朝向钢坯的表面的导向的热处理方法时，不能在不操纵单个钢坯的情况下在一个批次中对坯堆叠件进行热处理操作，因为热源需要面向钢坯的表面，并且所述热源只能接近坯堆叠件的顶部坯。
热源16例如是激光器或感应器或红外管或任何其他类型的热源，只要其可以在钢坯1内产生具有400℃的最低温度且不超过1500℃的最高温度的热处理体积22即可。
在特定实施方式中，使用激光器作为热源16。所述激光器的功率例如在500W至20kW的范围内。控制热能Q被周缘加热部分18吸收的关键参数是所述激光器的波长。对于钢而言，热吸收效率随着所述激光器的波长减小而增加。例如，推荐1微米或更小的波长，这例如对应于YAG、磁盘、光纤或二极管激光器。在特定实施方式中，激光器头布置成使得激光束冲击周缘加热部分18以形成散焦点、即使得激光器头距周缘加热部分18的距离小于或大于所述激光器的焦点距离。有利地，这使得能够产生较大的周缘加热部分18，并因此提高生产率并降低生产成本。
在另一实施方式中，使用感应器作为热源16。所述感应器的功率例如包括在1kW至250kW的范围内。感应器的频率是用于管理热处理区22的深度D的关键参数。随着频率增加，热处理区22的深度D减小。例如，在钢的情况下，对于1000Hz的频率，热处理区22的深度将为大约1.0mm。
在另一实施方式中，使用红外加热作为热源16。单个加热元件的功率例如在1kW至100kW的范围内。控制热能Q被周缘加热部分18吸收的关键参数是所述红外加热元件的波长。在钢的情况下，当朝向较低波长进展时，能量吸收会增加。推荐的波长例如包括在2微米与10微米之间的范围内。
加热技术根据期望的应用以及根据可用的空间和工业设备来选择。
例如，如果钢坯1的边缘的待进行热处理的区域非常局部化、例如如果所需的周缘加热部分18的尺寸当沿着在平行于上部外边缘8和下部外边缘10的方向上于周缘加热部分18中延伸的线测量时小于50mm，则激光处理例如将会非常适合，因为激光束可以聚焦在非常精确的区域上。另一方面，如果需要处理较大的区域、例如如果所需的周缘加热部分18的尺寸当沿着在平行于上部外边缘8和下部外边缘10的方向上于周缘加热部分18中延伸的线测量时大于50mm，则红外加热将会非常适合，因为红外管的辐射加热覆盖较大的面积并且多个管可以被串联组合以提供必要量的能量。然而，这将在车间上占用很大的空间。最后，如果可用于热处理操作的空间的量非常有限，则在将坯堆叠在彼此上以形成坯堆叠件12之前于冲裁线的出口处对单个钢坯1进行稍微的感应加热将会非常适合。
热处理可以以静态模式进行，在这种情况下，热源16和钢坯1两者在热处理操作期间都是静态的。热处理也可以在动态模式下执行，在这种情况下，由于钢坯1的运动或热源16的运动或两者的相结合的运动，钢坯1与热源16之间存在相对速度。钢坯1与热源16之间的相对速度例如包括在0.1mm/s与100mm/s之间的范围内。热源16例如如图3和图4中所描绘的那样安装在工业机器人28上，以便进行运动。
对于每个特定的工业应用，可以使用以下关键参数来限定特定的过程窗口：加热源16的关键参数(例如，加热源的类型、功率、波长或频率)、周缘加热部分18的尺寸和几何形状、以及在动态处理的情况下加热源16与钢坯1之间的相对速度或在静态处理的情况下的热处理持续时间。分析模型可以设计成计算这些参数之间的关系并且为即将发生的特定工业情景确定工作过程窗口。这些过程参数将确定在周缘加热部分18中达到的温度和热处理体积22的深度D。
在图3中描绘的特定实施方式中，热源16是通过撞击钢坯1的周缘加热部分18的激光束来对热能Q进行导向的激光器，所述钢坯1堆叠在彼此之上以形成坯堆叠件12，并且所述热源16安装在工业机器人28上以便从下至上扫掠坯堆叠件12。
在图4中描绘的另一实施方式中，使用多个热源16来同时加热堆叠以形成坯的堆叠件12的钢坯1的多个周缘加热部分18。所述热源16安装在工业机器人28上以便从下至上扫掠坯堆叠件12。
在图5中描绘的另一实施方式中，热源16是成阵列的静态红外管。热处理操作以静态模式进行。待处理的钢坯1安置在坯堆叠件12中并且所述坯堆叠件12位于所述热源16的前方。在该实施方式中，每个热源16同时处理坯堆叠件12中的所有钢坯1的周缘加热部分18，这是由于热源16的在沿着与钢坯1的上部面2的平面垂直的线测量的尺寸，该尺寸大致等于坯堆叠件12的高度。
上面描述的方法表现出多个优点，其中，在涂覆钢坯的情况下，可以在不显著地蒸发其金属涂层的情况下显著地提高钢坯的靠近其边缘的可成型性，如将通过以下示例所证明。
参照表1，给出了第一示例，其中使用激光束作为热源16对单个钢坯1进行热处理，该激光束冲击周缘厚度6以在加热周缘部分18中形成散焦的激光点。热处理以静态模式进行。测试了钢坯1的两个不同水平的抗拉强度。热处理的性能由标准ISO 16630:2017所定义的那样通过热处理操作之前和之后扩孔率的演变来测量。
表1报告了连同钢坯1的特性以及限定热源16的关键参数的结果。使用附接至钢坯1的表面的一系列热电偶估算钢坯1内的温度场。报告了热处理体积22的深度D以及在周缘加热部分18中达到的温度。该温度示出为+/-20℃的温度范围，其对应于用作测量装置的热电偶的精度。
从表1中可以看出，钢坯1的热处理导致热处理体积22中的扩孔率的显著增加。扩孔率与钢坯1对在成型期间于边缘上形成裂纹的灵敏度直接相关。实际上，试验本身的原理是使穿入到钢坯1中的孔的切割边缘变形并且在该变形期间监测该边缘上裂纹的形成。
此外，报告了在热处理体积22中金属涂层14的蒸发率。所述蒸发率包括在0％与20％之间，从而确保材料保持部分涂覆并因此至少部分地免受对金属涂层14的覆盖热处理体积22的部分的腐蚀。表1的参考标号I1与I2之间的蒸发率的显著差异是由于钢坯1的金属涂层14的组成上的差异而造成的。实际上，在I1的情况下的金属涂层14是纯锌，在I1的情况下的金属涂层14具有比在I4的情况下的金属涂层14低的熔点和蒸发温度，在I4的情况下的金属涂层14是包含大约10％铁的铁锌合金。
参照表2，给出了本发明的方法的应用的第二示例。在这种情况下，钢坯1是用于对汽车部件进行冲压的形状坯。所述汽车部件易于在冲压期间于称为关键区域的给定区域中形成裂纹。对钢坯1的与汽车部件中的所述关键区域对应的周缘加热部分18进行热处理操作。热源16是在加热周缘部分18中形成散焦的激光点并且对坯堆叠件12进行扫掠的激光器。钢坯1承载由纯锌制成的金属涂层14。用以减少边缘裂纹形成的方法的效率通过下述方式进行评价：将在对未经过任何热处理操作的钢坯1进行冲压后于关键区域中的边缘裂纹的发生与在对经过了根据该方法的热处理的钢坯1进行冲压后在边缘裂纹的发生进行比较。
从表2中可以看出，通过本发明的实现方式解决了在关键区域中面临的边缘裂纹问题。此外，热处理区域中的金属涂层的蒸发率保持低于20％。
Figure BDA0002958399730000131

Claims (15)

1.一种用以改善钢坯(1)的可成型性的方法，所述钢坯(1)具有包含以面积百分比计至少5％的马氏体以及可能的一些铁素体、贝氏体和残余奥氏体的显微组织，并且所述钢坯(1)具有至少500MPa的极限抗拉强度，并且所述钢坯(1)在上部面(2)和/或下部面(4)的至少一部分上具有金属涂层(14)，其中，通过将由至少一个热源(16)提供的热能Q导向所述钢坯(1)的周缘厚度(6)的至少一部分上以形成周缘加热部分(18)和热处理体积(22)来对所述钢坯(1)进行热处理操作，其中，所述热处理体积(22)的温度包括在400℃至1500℃的范围内，其中，所述钢坯(1)的整个体积在所述热处理操作期间保持固态，并且其中，所述金属涂层(14)于热处理后在覆盖所述热处理体积(22)的区域中的厚度与所述金属涂层(14)在未覆盖所述热处理体积(22)的区域中的厚度相比减小不到30％。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述热处理体积(22)的深度D包括在0.5mm至50.0mm的范围内。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述热处理的持续时间包括在1毫秒与10分钟之间。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，多个钢坯(1)堆置成坯堆叠件(12)，并且所述多个钢坯(1)由至少一个热源(16)成批地进行热处理。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，每个钢坯(1)单独进行热处理。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中，所述热源(16)是移动的，并且所述钢坯(1)是静态的。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，其中，所述热源(16)是静态的，并且所述钢坯(1)在所述热源(16)前移动。
8.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中，所述热源(16)和所述钢坯(1)二者均是静态的。
9.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，其中，所述热源(16)被朝向相同的周缘加热部分(18)导向至少两次。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法，其中，形成所述周缘厚度(6)的整个表面由至少一个热源(16)进行热处理。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的方法，其中，所述热源(16)是发射散焦激光束并且安装在工业机器人(28)上的激光器。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的方法，其中，所述热源(16)是静态红外管阵列，所述钢坯(1)在所述静态红外管阵列前移动。
13.一种钢坯(1)，所述钢坯(1)能够根据权利要求1至12中的任一项获得。
14.根据权利要求13所述的钢坯(1)，其中，所述钢坯(1)在其上部面2和/或下部面4的至少部分上由金属涂层(14)覆盖，并且所述金属涂层(14)在覆盖所述热处理区(22)的区域中的厚度比所述金属涂层(14)在未覆盖所述热处理区(22)的区域中的厚度小不到30％。
15.根据任一权利要求13或14所述的钢坯(1)，其中，在所述热处理体积(22)中测得的扩孔率比在所述钢坯(1)中于所述热处理体积(22)的外部测得的扩孔率高至少50％。
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