專利名稱：：由滾軋的涂鍍板制造具有良好機械特性的焊接部件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：專利EP0971044中描述的制造方法可以下迷方式應(yīng)用于對焊坯件從可能具有不同組分或厚度、并具有金屬預(yù)鍍層的鋼板開始，通過焊接工藝獲得對焊坯件。然后，所述焊接坯件經(jīng)受熱處理以形成表面合金，并且然后被熱壓和淬火。這生產(chǎn)出具有厚度和內(nèi)在機械特性的淬火部件，所述厚度和內(nèi)在機械特性變化并完美地響應(yīng)局部負荷的要求。因此，希望消除形成這些金屬間化合區(qū)域的來源，即在對接焊期間易于熔化的最初表面金屬鍍層。然而，消除該來源本身引起一嚴重的問題焊接接頭兩邊上的預(yù)鍍區(qū)域可能被除去，例如，通過一機械方法。預(yù)以便隨后不會激發(fā)金屬間化合區(qū)域的形成。實際上，考慮到在組裝操作期間熔化區(qū)域的寬度的變動，這應(yīng)當(dāng)更為重要。因此，在焊接操作之后，在焊接接頭的兩側(cè)上存在不再具有任何表面金屬預(yù)鍍層的區(qū)域。此外，在進一步的合金化和奧氏體化的熱處理期間，在緊挨著焊接部的這些區(qū)域內(nèi)發(fā)生結(jié)垢和脫碳。因為這些區(qū)域沒有被任何鍍層保護，因此所述區(qū)域是當(dāng)部件被使用時趨于侵蝕的區(qū)域。還要求一種可以輕易地結(jié)合到現(xiàn)有的焊接作業(yè)線中并且與隨后的沖壓或熱處理階段相適應(yīng)的經(jīng)濟的制造方法。還需要一種產(chǎn)品，對其進行對接焊操作、然后熱處理、沖壓和淬火操作導(dǎo)致制出具有良好的延展性和優(yōu)良的耐腐蝕性的部件。一個特殊的需要是通過焊接接頭的總伸長率大于或等于4%。
發(fā)明內(nèi)容優(yōu)選通過刷擦的方式部分地除去板材的至少一個預(yù)鍍表面上的金屬合金層，來制出被除去金屬合金的區(qū)域。此外，本發(fā)明在于根據(jù)上述任一實施例的板材、坯件或部件，鋼的組分包4舌"要重量計)0.10%《C<0.5%，0.5%《Mn《3%，0,1%<8Si《l%，0.01o/o《Cr《lo/o，Ti《0.2o/o,Al《0.1o/o，S《0.05o/。，P《0.1o/o,0.0005%《B《0.010%，其余組分為鐵和生產(chǎn)過程中必然產(chǎn)生的雜質(zhì)。所述區(qū)域的寬度優(yōu)選為0.2到2.2毫米之間。30此外，本發(fā)明還在于一種制造預(yù)鍍鋼制板材的方法，其中-涂鍍一鋼板以獲得預(yù)鍍層，所述預(yù)鍍層包括其上置有一金屬合金層的金屬間化合物合金層，然后-坯件;故加熱變形以獲得一部件，[451-部件按適合于具有目標機械特性的速度冷卻。[46冷卻速度優(yōu)選在用于馬氏體淬火的臨界速度以上。|47]在一優(yōu)選的實施例中，焊接是由激光束來實現(xiàn)的。[481焊接更優(yōu)選是由電弧來實現(xiàn)的。在下文通過舉例并參照以下附圖來進行描述的過程中，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將變得顯而易見-圖3是本發(fā)明的對接焊接頭的一實例的示意圖。-圖4是本發(fā)明的焊接接頭在奧氏體化和合金化的加熱處理之后的一宏觀圖。[55-圖5是顯示熔融金屬內(nèi)部的有害金屬間化合區(qū)域的外形的一參照焊接接頭的宏觀圖。更特別是考慮圖1,其顯示了本發(fā)明的板材。術(shù)語板材在廣義上被理解并特別表示為通過切割條帶、巻體或薄板而獲得的任何條帶或物品。在該特定的實例中，板材具有兩個表面和四個邊緣。當(dāng)然，本發(fā)明并不局限于該矩形的幾何結(jié)構(gòu)。圖i顯示了有利的是，預(yù)鍍層為鋁合金或鋁基。該類型的預(yù)鍍層特別適合于隨后的熱處理，其通過與基體l的相互擴散形成金屬間化合物并導(dǎo)致表面層的局部除去(參見下文)。特別是，預(yù)鍍層的金屬合金可以包含8-11%(按重量計)的硅和2-4%的鐵，其余部分包括鋁和必然的雜質(zhì)。增加硅能夠減小金屬間化合物合金層3的厚度。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道通過使參數(shù)適應(yīng)預(yù)鍍層的特別性質(zhì)，如何適配不同的特定參數(shù)以適于刷擦操作，以實現(xiàn)盡可能完全并迅速地去除，所述參數(shù)如刷種類的選擇、相對平移及轉(zhuǎn)動的速度、垂直于表面的壓力。例如，可以-(吏用安裝在一旋轉(zhuǎn)軸上的鋼絲刷，所述旋轉(zhuǎn)軸被驅(qū)動平行于部分6的邊緣平移。72-在第二實施例中，通過指向板材周邊的一激光束來除去層4:該高能量密度的射束和預(yù)鍍層之間的相互作用促使預(yù)鍍層表面的汽化和去除。由于金屬合金層4和金屬間化合物合金層3的不同的熱量和物理性能，本發(fā)明人已經(jīng)表明了具有適當(dāng)參數(shù)的一連串短激光脈沖引起了金屬層4的選擇性消融，并使層3保持在位。因此，指向涂鍍板材周邊的、并相對域技術(shù)人員知道如何采用不同的參數(shù)以盡可能迅速和完全地實現(xiàn)消融，所述參數(shù)如激光束的選擇、入射能量、脈沖持續(xù)時間、在射束與板材之間的相對平移速度和射束在表面上的聚焦，使它們適應(yīng)預(yù)鍍層的特殊性質(zhì)。例如，可以使用Q開關(guān)型的激光，其具有幾百瓦的額定功率并且在50毫微秒左右的持續(xù)時間內(nèi)輸送脈沖。可以通過連續(xù)鄰接的消融來自然地改變被除去的區(qū)域6的寬度。在圖2所述的本發(fā)明的一變型中，在涂鍍板材的區(qū)域7上除去了所述層4，所述區(qū)域7與板材的周邊5沒有完全鄰接。然后，例如，通過切開工藝，按與板塊垂直的一軸平面8切割所述板件。然后獲得如圖l所示的板材。被除去的寬度比熔化區(qū)域的寬度大20%到40%，所述熔化區(qū)域是按軸平面8進行的焊接操作所產(chǎn)生的。根據(jù)特有的約束，可以在生產(chǎn)過程的不同階段來執(zhí)行該除去金屬合金層的步驟，并且特別是89!_或者展開在連續(xù)軋機機組上制造的巻片之后，在切割以形成更小型號的板材之前，卯I-或者在焊接被切割的板材之前。在本發(fā)明的方法中，具有以下組分(按重量計)的熱軋或冷軋的鋼板材作為原材料按重量計，碳含量在0.10-0.5%之間，并且優(yōu)選在0.15-0.25%之間。該成分大大影響了在焊接坯件進行合金化和奧氏體化后的冷卻之后所獲得的可淬火性和機械強度。低于0.10%的含量(按重量計)，則可淬火性太差并且強度性能不足。相反，超過0.5%的含量(按重量計)，則在淬火期間出現(xiàn)缺陷的危險增加了，特別是對于最厚的部分。在0.15-0.25%之間的碳含量產(chǎn)生的抗張強度在大約1250-1650MPa之間。92!-錳除了作為脫氧劑的作用外，還對可淬火性具有顯著的影響，特別是如果其按重量計的含量至少為0.5%，并且優(yōu)選為0.8%時。然而，太高的數(shù)量(按重量計為3%,或優(yōu)選為1.8%)導(dǎo)致了過度離析的危險。在本發(fā)明的上下文中，可以使用適應(yīng)焊接接頭所需要的厚度和生產(chǎn)率及質(zhì)量條件的任何連續(xù)焊接的方法，并且特別是1021-激光束焊接，|103-電弧焊，并且特別是通過GTAW(鎢極氣體保護電孤焊)，等離子體、MIG(金屬惰氣電弧焊)或MAG(金屬活性氣體保護電弧焊)的方法。104在本發(fā)明的條件下，焊接操作不會導(dǎo)致金屬鍍層4的一部分重新熔化而使得此后其成分會出現(xiàn)在熔化區(qū)域中。僅極小量的金屬間化合物合金層3被該操作重新熔入到熔化區(qū)域中。如以下實例所顯示的，該極其有限的數(shù)量在合金化和奧氏體化的熱處理之后不會影響冶金質(zhì)量或焊接接頭的機械性能。|105]然后，加熱焊接坯件以共同實施實例U12j以下實施例通過舉例來顯示本發(fā)明獲得的其他優(yōu)點。這涉及厚度為1.5毫米的冷軋鋼帶，其具有以下組分(按重量計)<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>表i:鋼的組分(按重量計的％)在激光束焊接之前，使用了四種不同的制備方法|115-方法I(根據(jù)本發(fā)明)在5()()毫米長的邊側(cè)上，通過縱向刷擦在1.1毫米的寬度上將Al-Si金屬合金層從板材邊緣除去。使用安裝在一傾斜的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)上的直徑為80毫米的"Spiraband"型的鋼絲刷，在兩個表面上完全相同地執(zhí)行刷擦操作，其在一配重架上引導(dǎo)該旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)平動。在刷子/坯件的接觸位點處的刷擦力大致為35N，并且刷子的移動速度大致為10米/分鐘。該刷擦操作除去了金屬合金層，僅在被刷擦過的區(qū)域上留下了5微米厚的金屬間化合物合金層。[116方法II(根據(jù)本發(fā)明)通過激光消融從板材邊緣上除去0.9毫米寬的Al-Si金屬合金層。使用額定能量為450W、傳送70ns脈沖的Q開關(guān)型激光，來在兩個表面上執(zhí)行完全相同的激光消融。脈沖能量為42毫焦耳(mJ)。激光束相對于板材平動的恒定速度為20米/分鐘(m/min)。圖6圖示了該激光消融除去了金屬合金層4，而在已加工區(qū)域上僅留下了5微米的金屬間化合物合金層3。[117-方法Rl(未根據(jù)本發(fā)明)借助用于快速加工的硬質(zhì)合金板式工具，按縱向平移，并在因此和方法1相同的1.1毫米的寬度上，機械地除去所有預(yù)鍍層一一所述預(yù)鍍層包括金屬合金層和金屬間化合物合金。結(jié)果，隨后在接頭的兩個側(cè)邊上完全除去了所有預(yù)鍍層的區(qū)域上進行焊接。[1181-方法R2(未根據(jù)本發(fā)明)在周邊沒有經(jīng)過特殊制備的預(yù)鍍板材上執(zhí)行激光束焊接。119在以下條件下對上述板材進行激光束焊接額定功率6千瓦(kW)，焊接速度4米/分鐘。在方法I中，考慮到焊接寬度，發(fā)現(xiàn)焊接接頭形成之后出現(xiàn)一在大致0.3毫米的寬度上沒有金屬合金的區(qū)域。1120焊接坯件受到合金化和奧氏體化的熱處理，所述熱處理包括加熱到92(TC的溫度，并且將該溫度維持7分鐘。這些條件促使基體的鋼發(fā)生完全奧氏體轉(zhuǎn)變。在該加熱和恒溫階段期間，發(fā)現(xiàn)鋁硅基的預(yù)鍍層在其整個厚度上通過與鋼基合金化而形成了金屬間化合物。該合金鍍層具有高熔點和高硬度、高耐腐蝕性的特征，并且在加熱階段期間和加熱階段之后防止底層鋼基的氧化和脫碳。[1211在加熱到920。C的階段之后，部件發(fā)生熱變形并且被冷卻。[122隨后在夾具之間冷卻以產(chǎn)生一馬氏體結(jié)構(gòu)。在所述處理之后獲得的鋼制基體的抗張力Rm高于1450MPa。[123然后使用以下技術(shù)來表征按該方式在部件中獲得的焊接接頭[124-顯微圖像的剖面顯示了焊接接頭內(nèi)部存在的任何金屬間化合區(qū)域。[125-在12.5x50平方毫米的樣品中對穿過焊接接頭的機械張力的測試確定了抗張強度Rm和總伸長率。[126J_按照DIN50021、50017和50014標準來進行加速腐蝕試驗。這些測試在鹽霧噴射之后包括在23。C的干燥狀態(tài)和在40。C的潮濕狀態(tài)交替的循環(huán)。[127表2表示了這些特性表征的結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>表2:熱處理之后的焊接接頭的特性0:符合要求w不符合要求[128在熱處理之后所需的淬火條件下，對于上述四種方法，焊接期間基底金屬和熔化區(qū)域的微觀結(jié)構(gòu)完全為馬氏體。[129在本發(fā)明的方法I的情況下，如圖4所示，熔化區(qū)域不包含金屬間化合區(qū)域。|130另一方面，在方法R2中可注意到出現(xiàn)了金屬間化合區(qū)域(參見圖5)，特別是在朝向熔化區(qū)域的周邊處，而在熔化區(qū)域的周邊處，預(yù)鍍層的成分通過在由馬蘭各尼效應(yīng)所引起的液池中自發(fā)對流而積聚。所述寬大的金屬間化合區(qū)域可以基本垂直于機械載荷來定向，并起到了應(yīng)力集中和引發(fā)破裂效果的作用。特別是在交叉方向上的伸長由于這些金屬間化合區(qū)域的存在而減小在沒有這些區(qū)域的情況下，所述伸長大于4%。當(dāng)存在所述區(qū)域的時候，伸長降低到1%以下。[131注意到在本發(fā)明的方法I和方法Rl之間在機械特性(強度和伸長率)方面無顯著差異。這顯示出，通過刷擦留在原地并且通過焊接重新熔化的金屬間化合物合金薄層不會引起在熔融金屬內(nèi)部形成脆性區(qū)域，如圖4所示。[1321在方法R1的情況下，耐腐蝕性降低通過完全除去預(yù)鍍層，鋼完全棵露在焊接接頭的兩側(cè)上。沒有了抗腐蝕保護，然后會看到在焊接部的兩側(cè)受熱影響的區(qū)域中出現(xiàn)了紅銹。[133因此，本發(fā)明的方法同時獲得了焊接接頭在處理后具有優(yōu)良延展性和優(yōu)良耐腐蝕性。1341根據(jù)鋼的組分，特別是其碳含量和其錳、鉻和硼的含量，部件的最大強度可以適合于目標用途。使用所述部件有益于用于機動車輛結(jié)構(gòu)的安全部件、并且特別是抗侵入或車身底座部件、加強桿、B柱的制造。權(quán)利要求1.一種由鋼制的基體(1)和預(yù)鍍層(2)構(gòu)成的板材，所述預(yù)鍍層由其上置有金屬合金層(4)的金屬間化合物合金層(3)構(gòu)成，所述金屬間化合物合金層與所述基體相接觸，其特征在于，在所述板材的至少一個預(yù)鍍表面上，位于所述板材的周邊的區(qū)域(6)被除去所述金屬合金層。2.如權(quán)利要求1所述的板材，其特征在于，所述預(yù)鍍層(2)為鋁合金或為鋁基。3.如權(quán)利要求2所述的板材，其特征在于，所述預(yù)鍍層(2)的金屬合金層(4)按重量計包括8-11%的硅、2-4%的鐵，而其余組分為鋁和必然的雜質(zhì)。4.如權(quán)利要求1到3中任一項所述的板材，其特征在于，被除去所述金屬合金層的所述區(qū)域(6)的寬度在0.2到2.2毫米之間。5.如權(quán)利要求1到4中任一項所述的板材，其特征在于，被除去所述金屬合金層的所述區(qū)域(6)的寬度是變化的。6.如權(quán)利要求l到5中任一項所述的板材，其特征在于，所述金屬間化合物合金層(3)的厚度在3到IO微米之間。7.如權(quán)利要求1到6中任一項所述的板材，其特征在于，在所述板材的至少一預(yù)鍍表面上，通過利用刷擦來部分地除去所述金屬合金層(4)，而獲得被除去金屬合金的所述區(qū)域(6)。8.如權(quán)利要求1到6中任一項所述的板材，其特征在于，在所述板材的至少一預(yù)鍍表面上，通過借助激光束來部分地除去所迷金屬合金層(4)，而獲得被除去金屬合金的所述區(qū)域(6)。9.一種焊接坯件，其通過對接焊至少兩塊如權(quán)利要求1到8中任一項所述的板材所獲得，其特征在于，焊接接頭實施在與已被除去金屬合金層的所述區(qū)域(6)鄰接的邊緣(11)上。10.—種通過對如權(quán)利要求9所述的焊接坯件進行熱處理和變形所獲得的部件，其特征在于，所述預(yù)鍍層在其整個厚度上通過所述熱處理轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘匍g合金化合物，從而為所述鋼制的基體提供防腐蝕和防脫碳保護。11.如權(quán)利要求1到10中任一項所述的板材、坯件或部件，其特征在于，所述鋼的組分按重量計包括0.10%《C《0,5%0.5%《Mn《3%0.1%《Si《1%0.01%《Cr《l%Ti《0.2%Al《0.1%S《0.05%P《0.1%0.0005%《B《0.010%其余組分包括鐵和生產(chǎn)過程中必然產(chǎn)生的雜質(zhì)。12.如權(quán)利要求11所述的板材、坯件或部件，其特征在于，鋼的組分按重量計包括0.15%《C《0.25%0.8%《Mn《1.8%0,l%<Si《0.35%0.01%《Cr《0.5%Ti《0.1%Al《0.1%S《0.05%P《0.1%0.002%《B《0.005o/o其余組分包括鐵和生產(chǎn)過程中必然產(chǎn)生的雜質(zhì)。13.如權(quán)利要求10到12中任一項所述的部件，其特征在于，所述鋼的微觀結(jié)構(gòu)為馬氏體、貝氏體或貝氏體-馬氏體。14，一種制造預(yù)鍍鋼制板材的方法，其中涂鍍一鋼板以獲得預(yù)鍍層，所述預(yù)鍍層由金屬合金層(4)置于其上的金屬間化合物合金層(3)構(gòu)成，其特征在于，在所述板材的至少一個表面上，在所述板材的周邊的區(qū)域(6)除去所述金屬合金層。15.如權(quán)利要求14所述的制造方法，其特征在于，所述區(qū)域(6)的寬度在0.2到2.2毫米之間。16.—種制造預(yù)鍍鋼制板材的方法，其中-涂鍍一鋼板，以獲得預(yù)鍍層，所述預(yù)鍍層由金屬合金層(4)置于其上的金屬間化合物合金層(3)構(gòu)成，然后-在所述板材的至少一個表面上，在沒有完全鄰接所述板材的周邊(5)的區(qū)域(7)除去所述金屬合金層，然后-按一平面(8)切割所述板材，以便金屬合金已被除去的所述區(qū)域(7)位于所述切割板材的周邊上。17.如權(quán)利要求16所述的制造方法，其特征在于，所述區(qū)域(7)的寬度在0.4到30毫米之間。18.如權(quán)利要求14到17中任一項所述的制造方法，其特征在于，預(yù)涂鍍通過浸鍍鋁來實施。19.如權(quán)利要求14到18中任一項所述的制造方法，其特征在于，通過刷擦來除去所述金屬合金層(4)。20.如權(quán)利要求14到18中任一項所述的制造方法，其特征在于，通過激光束沖擊在所述預(yù)鍍層(2)上來除去所述金屬合金層(4)。21.如權(quán)利要求14到20中任一項所述的板材制造方法，其特征在于，測量其上被除去所述金屬合金層(4)的所述區(qū)域(6)的發(fā)射率或反射率，將測定值與所述金屬合金層(4)的發(fā)射率或反射率的特征參考值進行比較，并且當(dāng)所述測定值和所述參考值之間的差值大于一臨界值時，停止所述除去操作。22.如權(quán)利要求20所述的板材制造方法，其特征在于，測量在所述激光束的沖擊點處發(fā)射的輻射的強度或波長，將測定值與所述金屬合金層(4)的發(fā)射率的特征參考值進行比較，并且當(dāng)所述測定值和所述參考值之間的差值大于一臨界值時，停止所述除去操作。23.—種焊接坯件的制造方法，其中對接焊至少兩塊如權(quán)利要求1到8中任一項所述的、或者如權(quán)利要求14到22中任一項所述制造的板材，焊接接頭實施在與已除去所述金屬合金層的所述區(qū)域相鄰接的邊緣(11)上。24.如權(quán)利要求14所述的制造方法，其特征在于，所述區(qū)域(6)的寬度比按照權(quán)利要求23所產(chǎn)生的焊接部的寬度的一半大20-40%。25.如權(quán)利要求16所述的制造方法，其特征在于，所述區(qū)域(7)的寬度比按照權(quán)利要求23所產(chǎn)生的焊接部的寬度大20-40%。26.—種部件制造方法，其中加熱如權(quán)利要求23所制造的焊接坯件，以便通過所述鋼制的基體(1)和鍍層(2)之間的合金化來形成金屬間合金化合物，并且以便在所述鋼上獲得部分或完全奧氏體化的結(jié)構(gòu)，然后使所述坯件發(fā)生熱變形以獲得一部件，按適合于獲得目標機械特性的速度來冷卻所述部件。27.如權(quán)利要求26所述的方法，其特征在于，冷卻速度高于用于馬氏體淬火的臨界速度。28.如權(quán)利要求23、26或27中任一項所述的制造方法，其特征在于，焊接由激光束實施。29.如權(quán)利要求23、26或27中任一項所述的制造方法，其特征在于，焊接采用電弧實施。30.如權(quán)利要求1到13中任一項所述的、或由權(quán)利要求14到29中任一項所述的方法制造的板材、坯件或部件的應(yīng)用，其用于機械化的陸上機動車輛的結(jié)構(gòu)部件或安全部件的制造。全文摘要一種由鋼制的基體(1)和預(yù)鍍層(2)構(gòu)成的板材，所述預(yù)鍍層由其上置有金屬合金層(4)的金屬間化合物合金層(3)構(gòu)成，所述金屬間化合物合金層與所述基體相接觸，其特征在于，在所述板材的至少一個預(yù)鍍表面上，位于所述板材的周邊的區(qū)域(6)被除去所述金屬合金層。文檔編號B23K26/32GK101426612SQ200780013854公開日2009年5月6日申請日期2007年3月29日優(yōu)先權(quán)日2006年4月19日發(fā)明者A·皮克,B·托姆,J-F·卡努爾格,P·韋里耶,R·維耶斯特拉特,W·埃林申請人:安賽樂米塔爾法國公司