專利名稱：熱壓成型方法,其電鍍鋼材及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于熱壓成型的鋼材，并且具體而言，涉及一種適宜在制備汽車的懸架、車身、加強部件和類似部件中使用的用于熱壓成型的鋼材及其制備方法，并且涉及一種這種鋼材的熱壓成型方法。
背景技術：
近年來，為了降低汽車的重量，對于在汽車中使用的鋼材通過增加其強度而降低其厚度進行了努力。但是，這導致如下所述的問題，以鋼材的代表——鋼板——為例。由于所使用的鋼板的強度增加，當通過例如拉伸將鋼板壓制成型時，鋼板與模具在拉伸時的接觸壓力增加。結果，鋼板的磨損或鋼板的破損可以發(fā)生。如果意欲即使稍微減輕此問題而降低坯料壓緊力(blank holding force)以增加在鋼板拉伸時進入模具的材料量，就會發(fā)生另一個問題如壓制成型后形狀變形。
再有，在壓制成型時發(fā)生所謂的回彈。對此有一些應對措施，諸如使用潤滑劑。但是，在強度為780MPa或更高的高強度鋼板下，這種措施的作用很小。
因而，高強度鋼板的壓制成型普通存在許多問題。以下，將此種類型的材料稱作為“難壓制成型鋼材”。
對于壓制成型這種難壓制成型鋼材的技術，在將鋼材加熱后對鋼材進行壓制成型是可能的。這種技術包括所謂的熱壓成型和溫壓成型。以下將這兩種方法統(tǒng)一簡稱為“熱壓成型”。
如英國專利1,490,535所述，根據(jù)熱壓成型，可以將鋼板成型為具有良好尺寸精度的復雜形狀，因為鋼板在高溫下是更軟的和更易延展的。熱壓成型的另一個優(yōu)點在于通過加熱鋼板至奧氏體區(qū)域，然后在模具中壓制成型的同時進行淬火，可以同時實現(xiàn)由于馬氏體轉變(所謂的硬化)對鋼板的強化。
但是，由于熱壓成型方法是這樣一種方法，其中將加熱的鋼板進行處理，處理過的鋼板表面不可避免地被氧化。即使將鋼板在加熱爐中在非氧化氣氛中加熱，鋼板也有可能接觸大氣，例如，當將在壓制成型之前從爐子中移走時，導致在鋼板的表面上形成鐵氧化物。這些鐵氧化物存在壓制成型期間它們可以掉下來并且粘附到模具的問題，由此降低生產(chǎn)率，或者由這種鐵氧化物形成的氧化物膜(鱗)保留在壓制成型的產(chǎn)品上，并且使其外觀惡化。此外，如果這種氧化物膜保留在壓制成型的產(chǎn)品上，在隨后用油漆涂布產(chǎn)品的情況下，所得到的油漆膜與鋼板的粘附力差。
因而，在熱壓成型后，需要通過向壓制成型的產(chǎn)品進行噴砂處理，以除去組成這種氧化物膜的鐵氧化物層。這不可避免地導致成本增加。此外，即使除去了鐵氧化物層，鋼板本身的防銹性能差。
即使將低合金鋼或不銹鋼用來防止這種氧化物膜在熱壓成型前的加熱期間的形成，并且用來保證耐腐蝕性能，也不可能完全防止這種氧化物膜的形成，并且其成本變得比普通碳素鋼高得多。
為了在熱壓成型時防止這種鋼板的表面氧化，理論上對在加熱時的氣氛和在整個壓制期間的氣氛這兩種氣氛使用非氧化性氣氛都是有效的，但這導致設備費用的大幅增加。
由于這些情形，即使在今天，熱壓成型也沒有被充分地利用。
在專利申請中建議的現(xiàn)有技術的概要如下。
熱壓成型的一個優(yōu)點在于可以在壓制成型的同時進行熱處理。JP07-116900A(1995)建議在此時同時進行表面處理。但是，其中沒有公開對于解決上述由于表面氧化所導致的問題的手段。
JP 2000-38640A建議了一種熱處理的鋼板，其為了提供在熱處理時耐氧化性的鋼板而用鋁涂布。但是，這種鋼板也比普通碳素鋼貴得多。
如JP 06-240414A(1994)所建議的，僅從改善防銹性能或耐腐蝕性能方面考慮，在某些情況下采用向鋼材的鋼組分中加入諸如Cr和Mo的元素。但是，通過這些措施，由于Cr和Mo的加入導致成本增加，而且在用于壓制成型的材料的情況下，由于這些合金元素的加入，導致可壓制成型性能惡化的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個目的在于提供一種用于熱壓成型的鋼材，其在熱壓成型期間可以保證足夠的耐腐蝕性能而沒有引起外觀顯著的惡化。
本發(fā)明的具體目的在于提供一種可以使鋼板熱壓成型而不需要保證耐腐蝕性能的后處理并且可以同時保證耐腐蝕性的技術。
我們想到這樣的主意，即不在室溫下對鋼板進行壓制成型，而是在其加熱至高溫后進行，以降低鋼材對于變形的阻力，并且這種熱壓成型應用于電鍍鋼板，其本身具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，以保證優(yōu)異的耐腐蝕性能而不對鋼板進行后處理。此外，基于此，我們認為對具有鋅基電鍍涂層的電鍍鋼板進行熱壓成型，其具有在腐蝕性潮濕環(huán)境中犧牲腐蝕保護作用。但是，熱壓成型表示鋼板應當在壓制成型前加熱至700-1000℃的溫度，并且此溫度高于鋅基電鍍涂層的熔點。因此，對于用鋅基金屬電鍍的鋼板的熱壓成型，預計在加熱至如此高的溫度期間，鍍層將熔化并且從鋼板表面熔融或跑掉，由此鍍層消失，或者即使它保留，表面性能也將顯著惡化。
而后來進行了各種研究，我們認為通過在加熱期間在鋅基鍍層和基礎鋼板之間形成合金，可能多少有些變化發(fā)生。當在作為初步測試的各種氣氛中，在加熱至700-1000℃的溫度之后，在具有各種電鍍組成的電鍍鋼板上實際進行熱壓成型時，與先前的預計相反，發(fā)現(xiàn)利用在鍍層表面上鋅的氧化物膜的形成，可以進行熱壓成型。氧化物膜起著一種阻擋層的作用，其防止在下面的鍍層中的鋅蒸發(fā)。在進行熱壓成型之前的加熱階段，應當在一定程度上形成了表面阻擋層，并且推測阻擋層的形成在后面的加熱至700-1000℃的階段仍然進行。
當分析鋅基鍍層時，發(fā)現(xiàn)在層中相當多進行了合金化，由此導致鍍層具有升高的熔化溫度，其有助于對于防止鋅從鍍層的表面蒸發(fā)和抑制鐵氧化物在鋼板表面上的形成。而且，還發(fā)現(xiàn)在此方式下經(jīng)加熱的鍍層在鍍層和基礎鋼板之間即使在熱壓成型之后也具有良好的粘合力。
因此，結論是，通過利用在其表面上具有鋅氧化物膜的鍍鋅鋼板，可以進行熱壓成型。
因而，如果對由鍍鋅或鍍鋅合金(這兩種電鍍方法以下統(tǒng)一稱作“鋅基電鍍”或在某些情況下簡稱為“鍍鋅”)形成的鍍層的鋼板加熱，以便在鍍層的表面上充分地形成ZnO層，可以抑制在熱壓成型方法中加熱階段期間鋅的蒸發(fā)。而且，在加熱鋼板以便形成ZnO層的同時，在基礎鋼板和鍍層之間發(fā)生Fe和Zn的相互擴散，結果是，在鍍層中的Fe的質量％增加以形成Fe-Zn合金層。即，如果加熱具有適宜的鋅或鋅合金鍍層的鋼板，那么得到從所述表面起依次包含ZnO層、Fe-Zn合金層和基礎薄鋼層的三層結構，并且沒有形成對于熱壓成型有害的鐵氧化物。
因而，在本發(fā)明中，認為鍍層即使當將鍍層加熱至接近鍍層熔點的溫度而仍然保留的原因在于，在鍍層的表面上形成了具有良好粘合力并且具有比鍍層更好的耐熱性的氧化物膜層，并且其起阻止鋅蒸發(fā)的阻擋層的作用。為了完全顯示這種效果，在鍍層和鋼板之間的合金化度有影響，并且這種合金化應當充分地進行以增加鍍層本身的熔點。推測優(yōu)選由于這些機理的兩種作用，即使將電鍍鋼板加熱至高于組成鍍層的鋅的熔點的950℃，電鍍層也不會消失并且抑制了鋼板表面的氧化。
當然，這種表面ZnO層可以通過除加熱外的各種方法在鍍層的表面上事先形成。
由于各種原因，當將鋼板進行熱壓成型時，在某些情況下可能對鋼板進行過分加熱。例如，當使用具有高碳含量的相同鋼材時，在某些情況下可以比通常在更高的溫度(如在900℃或更高)下或更長的時間(例如5分鐘或更長)進行加熱，以提供具有增加強度的鋼材，或者加熱生產(chǎn)線由于事故停止，或者為了生產(chǎn)方便將其前進速度降低。即使在這些情況下，也發(fā)現(xiàn)如果在熱壓成型的加熱階段在表面上形成的阻擋層的主要成分的ZnO層肯定地事先形成在鍍鋅涂層的表面上，那么即使在過分地進行加熱或在熱壓成型方法中在更高的溫度下加熱的條件下，也可以得到良好性能的熱壓產(chǎn)品。
作為進一步研究的結果，我們發(fā)現(xiàn)，通過在鋅基電鍍鋼板的鍍鋅層上面預先形成的Fe、Co、Ni或其合金的鍍金屬層，上鍍金屬層可以起到上面描述的阻擋層的作用，并且如上面所述，即使在熱壓成型過程中進行過分加熱時，也可以生產(chǎn)有穩(wěn)定質量的熱壓成型產(chǎn)品。
即，當對僅有鍍鋅層的鋼板加熱時，在鍍層的表面上形成氧化物，并且同時，在鋼板和鍍層之間發(fā)生合金化反應。同時，如果表面氧化反應進行得太多，即使基礎鋼板也可以被氧化。但是，當涂布Fe、Co或Ni的金屬鍍層作為在鍍鋅層上的上層時，與其中僅形成鍍鋅層的情況相比，基礎鋼板更不易受到氧化，原因在于Fe、Co或Ni金屬快速地與鋅反應形成耐熱合金層。因此，可以保證基礎鋼板和這些鍍層之間良好的粘合力，并且抑制了在熱壓成型時鐵鱗對模具的粘附，由此導致具有良好質量的壓制成型產(chǎn)品的生產(chǎn)。還證實這些壓制成型產(chǎn)品滿足后面的油漆涂布步驟所要求的可涂布性。
JP 2000-144238A和JP 2000-248338A中，公開了一種技術，其中將通過冷卻加工鋼板而形成的部分金屬部件在高頻感應加熱之后淬火，以進行鋼板的轉變強化。在這些日本專利申請中，將具有鋅基涂層的鋼板用于防銹的目的，但是為了抑制加熱期間鋅的消耗，以這樣的方式限制加熱，即加熱溫度至多為850℃或加熱時間很短。如果在850℃或以下進行加熱，通過加熱沒有形成所需要的單奧氏體相，所以淬火后形成的馬氏體的體積百分比太低以致于不能得到高的強度。如果加熱進行的時間很短，滲碳體在加熱期間不能完全地溶解，并且在固溶體中的碳量變得太低，以至于在淬火后得不到足夠的強度。
如果有人認為將這些技術應用于熱壓成型，那么從設備方面考慮難以在很短的期限內進行加熱和淬火。此外，當在高溫下進行加工時，電鍍涂層是否損壞是不清楚的。因此，如果將這些技術在沒有改變的情況下應用于熱壓成型，那么預計將難以得到具有高強度和優(yōu)異耐腐蝕性的材料。即，從現(xiàn)有技術中不能想出本發(fā)明。
附圖簡述

圖1是模擬實施例8所用的連續(xù)熱浸鍍鋅線的熱過程的示意圖。
實施本發(fā)明的最佳方式接著，將詳細描述本發(fā)明的具體方式。在此說明書中，“％”當規(guī)定鋼或電鍍的組成時是指“質量％”。
基礎鋼材根據(jù)本發(fā)明用于熱壓成型的電鍍鋼材的基礎鋼并不關鍵，只要其與熔融電鍍金屬在通過熱浸進行鋅基電鍍時具有良好潤濕性并且具有由此形成的電鍍涂層的良好粘合力即可。但是，從實踐方面考慮，由于熱壓成型的特性，特別優(yōu)選難以壓制成型鋼材，例如高強度鋼板或可硬化鋼板(例如具有如下表1所示的化學組分的鋼板)，其通過在熱成型后的淬火顯示了高強度和高硬度。根據(jù)用途，在某些情況下軟材料是理想的。在此情況下，可以使用例如具有低淬透性的鋼板。
根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選的實施方案，上述可硬化的鋼的化學組成如下C0.08-0.45％碳(C)是一種提高淬透性并且在鋼板熱壓成型后決定其強度的重要元素。如果C含量低于0.08％，則其作用是不夠的。另一方面，高于0.45％的C含量導致剛度和可焊性的惡化。更優(yōu)選C含量為0.1-0.3％。當不要求淬透性時，C含量不必在此范圍內，但是優(yōu)選至多為3.0％，原因在于超過3.0％的C含量可以導致剛度降低。
Mn和/或Cr(總量)0.5-3.0％Mn和Cr是一種對于提高鋼板淬透性和保證熱壓成型后穩(wěn)定的強度極為有效的元素。但是，如果(Mn和/或Cr)的總含量低于0.5％，那么其作用是不夠的。另一方面，如果(Mn和/或Cr)的總含量高于3.0％，其作用飽和，并且其難以保證穩(wěn)定的強度。更優(yōu)選(Mn和/或Cr)的總含量為0.8-2.0％。
在本發(fā)明中，為了保證由熱壓成型的淬透性，規(guī)定如上所述的C、Mn和Cr的含量是適宜的。
更優(yōu)選地，為了提高強度或為了更穩(wěn)定地達到所述的性能，按照下面的方式規(guī)定其它的加入元素。Si至多0.5％，P至多0.05％，S至多0.05％，Ni至多2％，Cu至多1％，Mo至多1％，V至多1％，Ti至多1％，Nb至多1％，Al至多1％，N至多0.01％。
當加入它們中的至少一種時，這些元素具有提高鋼板的淬透性和穩(wěn)定地保證熱壓成型后的強度的作用。但是，當以超過其上限值含有時，其作用提高不多，并且這導致成本不必要的增加。因此，每一種合金化元素的含量都在上述的范圍內。
但是，應當注意P和S不可避免地存在，并且可以加入Si和/或Al作為脫氧劑。
B0.0001-0.004％B是一種提高鋼板淬透性并且對于進一步確定提高在熱壓成型后得到所需要強度的作用非常重要的任選元素。但是，如果B的含量低于0.0001％，則其作用是不夠的，反之，如果B含量超過0.004％，則其作用飽和并且成本增加。更優(yōu)選B含量為0.0005-0.002％。
在本發(fā)明中，當通過熱浸并且特別是通過鍍鋅層擴散處理(galvanealing)(熱浸鍍鋅，接著退火，以引起鍍層的合金化)進行鋅基電鍍時，對于基礎鋼板，具有與電鍍金屬的良好潤濕性、通過電鍍形成的電鍍涂層的良好粘合力和當進行鍍鋅擴散熱處理時良好的鍍鋅層擴散處理速度是適宜的。從這點考慮，更優(yōu)選按照下面的方式控制基礎鋼板的P和Si的含量。
PP是一種降低鍍鋅涂層鍍鋅層擴散處理速度的元素。鍍鋅層擴散處理速度隨著P含量的降低而提高，由此可以降低鍍鋅層擴散處理爐的溫度或提高鋼板通過爐子的輸送速度，導致生產(chǎn)率的提高。P含量的優(yōu)選范圍為至多0.015％，并且更優(yōu)選為至多0.010％。
SiSi是一種在熱浸鋅基電鍍時阻止與電鍍金屬的潤濕性和降低鍍鋅涂層鍍鋅層擴散處理速度的元素。為了保證與電鍍金屬的潤濕性，Si含量為至多0.5％。如果Si含量降低，鍍鋅層擴散處理速度增加，由此可以降低鍍鋅層擴散處理爐的溫度或提高鋼板通過爐子的輸送速度，導致生產(chǎn)率的提高。為此目的Si含量的優(yōu)選范圍為至多0.1％，并且更優(yōu)選為至多0.05％。
通過根據(jù)本發(fā)明進行壓制成型的鋼材通常是鋼板的形式。根據(jù)本發(fā)明可以采用的熱壓成型的類型包括彎曲，拉伸，脹形，鉆孔(孔)膨脹，折邊等。根據(jù)壓制成型的類型，可以將棒鋼，鋼絲，鋼管等用作用于加工的材料。
即使對于與電鍍金屬的潤濕性有問題或與電鍍涂層的粘合力有問題的鋼如含Si鋼或不銹鋼也可以用于本發(fā)明，只要向基礎鋼材應用可以提高電鍍涂層的粘合力如預鍍處理的手段即可。
表1鋼的化學組成(質量％)

鋅基鍍層根據(jù)本發(fā)明，可以通過下面的方法在基礎鋼板上形成具有表面阻擋層的鋅基鍍層按照常規(guī)進行例如熱浸鍍鋅(鍍鋅)，接著在氧化性氣氛中加熱，即在前述條件下的鍍鋅層擴散熱處理(galvanealing heat treatment)。這種熱處理是通過在煤氣爐等中再加熱鍍鋅鋼板而進行的。此時，不僅鍍層表面發(fā)生氧化反應而且在鍍層和基礎鋼板之間發(fā)生金屬擴散。其加熱溫度通常為550-650℃。
這種鍍層通常是直接形成在鋼板的表面上的，但另一種鍍層等可以存在于這種鍍層和鋼板表面之間。該鍍層通常形成在鋼板的兩個表面上，但是，只要另一表面具有對熱壓成型沒有損害的預處理層或保護層，根據(jù)本發(fā)明的上述鍍層可以只在鋼板的一個表面上形成。
在根據(jù)本發(fā)明的實際電鍍操作中，在熱浸鋅基電鍍的情況下，將鋼板浸漬在熔融的鋅或鋅合金電鍍槽中，并且從電鍍槽中拉出來。通過拉出來的速度并且通過調節(jié)從噴嘴中吹出的吹掃氣的流速來控制電鍍的涂層重量。在電鍍處理之后，通過在煤氣爐或感應加熱爐等中進行額外的加熱來進行鍍鋅層擴散熱處理。這種電鍍操作可以使用鋼帶連續(xù)地或使用鋼板間歇地進行。
當然，如果可以得到規(guī)定厚度的鍍層，可以通過任何其它電鍍方法，如電鍍術，火焰噴鍍或蒸氣沉積電鍍形成鍍層。
優(yōu)選電鍍的涂層重量在轉換為Zn重量時為至多90g/m2。如果其超過此值，作為阻擋層的氧化鋅層在加熱期間可以充分地形成，但它是以非均勻的方式形成的，由此產(chǎn)生對于其外觀的問題。此外，F(xiàn)e和Zn的相互擴散沒有充分地進行，并且加熱結束時熔融的鋅層保留。結果是，鋅在熱壓成型時散布并且污染模具。如果其太薄，如低于10g/m2，不能保證在壓制成型后所需要的耐腐蝕性能，或者不能形成對于在加熱期間抑制鋼板氧化所必須的氧化鋅層。通常電鍍的涂層重量至少為約20g/m2。在更嚴酷的加熱情況下，例如在加熱溫度提高時，當優(yōu)選其為40-80g/m2，并且更優(yōu)選為45-65g/m2時，得到良好的性能。
鋅基鍍層可以含有任何組成。它可以是純的鍍鋅層，或它可以是鋅合金鍍層，其含有根據(jù)加入這種元素的目的的適宜量的至少一種合金化元素，諸如Al、Mn、Ni、Cr、Co、Mg、Sn和Pb。鍍層可以含有Be、B、Si、P、S、Ti、V、W、Mo、Sb、Cd、Nb、Cu、Sr等中的一些，其可以是來自原料和其它來源的不可避免的元素。
鋅合金電鍍的實例包括下面的合金系統(tǒng)鋅-鐵合金電鍍，鋅-12％鎳合金電鍍，鋅-1％鉆合金電鍍，55％鋁-鋅合金電鍍，鋅-5％鋁合金電鍍，鋅-鉻合金電鍍，鋅-鋁-鎂合金電鍍，錫-8％鋅合金電鍍、和鋅-錳合金電鍍。
優(yōu)選的是純鍍鋅層或通過加熱或退火純鍍鋅層而得到的經(jīng)擴散處理的鍍鋅層(galvanealed layer)，原因在于其低成本。
更優(yōu)選的鍍層是通過鍍鋅層擴散處理而形成的鍍層，并且其在電鍍涂層中含有5-80％Fe，更優(yōu)選10-30％Fe，再更優(yōu)選含有13-20％Fe。
為此的理由如下。在鍍層的整個表面之上形成ZnO層之前，ZnO層的形成和Zn蒸發(fā)在加熱期間相互競爭。因此，如果Fe在鍍層中的初始質量％低至小于5％，那么鍍層具有低的熔點。在此情況下，在加熱期間，F(xiàn)e和Zn的相互擴散沒有充分地進行，并且由于其提高的蒸氣壓，在ZnO層在鍍層的整個表面之上形成之前，Zn蒸發(fā)，所以不能抑制鐵氧化物的形成。另一方面，當Fe在鍍層中的初始質量％太高時，那么難以在整個表面上形成ZnO層，并且下面的Fe-Zn合金層傾向于氧化，由此容易地導致鐵氧化物的形成。在室溫進行壓制成型的情況下，如果鍍鋅層擴散處理涂層的Fe含量增加，電鍍涂層的可工作性降低。因此，F(xiàn)e含量至多為13％左右。但是，在根據(jù)本發(fā)明的熱壓成型中，由于鋼板和電鍍涂層比室溫時柔軟，即使Fe含量更高也可以進行壓制成型。
通常，熱浸鍍鋅槽中含有Al。在本發(fā)明中，優(yōu)選電鍍涂層中的Al含量為0.08-0.4％。更優(yōu)選其為0.08-0.3％。為了提高在電鍍涂層的Fe含量，優(yōu)選具有低的Al含量。
阻擋層根據(jù)本發(fā)明，鋅基鍍層具有在鍍層表面上形成的阻擋層，以防止加熱期間Zn蒸發(fā)。在包含起阻擋層作用的ZnO(氧化鋅)的氧化物膜的情況下，其厚度通常約為0.01-5.0μm，并且如果其重量在轉換為Zn重量時至少為10mg/m2，則其是足夠的。
代替上述氧化物膜的是，可以形成金屬或合金的上鍍層(以下稱作“上鍍層”)作為阻擋層。通常，其涂層重量大約為0.2-10g/m2。
上鍍層可以在鋅基鍍層的上面，通過用選自Fe、Co、Ni及其合金中的至少一種金屬或合金電鍍而形成上鍍層作為阻擋層。與單獨的鋅基鍍層相比，當在熱壓成型前進行加熱時，鍍層更不易于形成氧化物層，因為在上鍍層中的Fe、Co或Ni金屬迅速地與在鋅基鍍層中的鋅反應，形成耐熱合金層，所以其更適宜于熱壓成型。
優(yōu)選上鍍層的涂層重量至少為0.2g/m2。如果其低于此值，可以觀察到與鍍鋅相比上鍍層的不明顯效果。優(yōu)選上鍍層的最大涂層重量為10.0g/m2。如果涂層重量超過此值，在鋅基鍍層上面的上金屬或合金鍍層的作用飽和，所以從經(jīng)濟方面考慮它是不利的。此外，金屬如Fe、Co、Ni或它們的合金相對于鋅產(chǎn)生電勢差，其通常導致容易發(fā)生腐蝕，由此使電鍍鋼板的漆后耐腐蝕性能(post-painting corrosion resistance)惡化。
這種上鍍層通常是電鍍形成的，但是在某些情況下，它可以通過濺射、蒸氣沉積或其它適宜的方法形成。
氧化鋅層如下所述，有各種形成氧化鋅(ZnO)層的方法。根據(jù)制備方法的情況，可以采用下面方法中的任何一種。對于每一種方法將描述其實施方案的優(yōu)選模式。
(1)氧化鋅的量及其測量方法如較早所指出的一樣，ZnO層起“阻擋層”的作用。其作用在ZnO層中含有的Zn含量至少為10mg/m2時是明顯的。此量沒有一個具體的上限。但是，如果此量太大，可以產(chǎn)生粉末化等，并且上述作為阻擋層的功能飽和，所以優(yōu)選其至多為10,000mg/m2。更優(yōu)選ZnO層中的Zn量至少為100mg/m2并且至多為2000mg/m2。
可以想到各種可以形成ZnO層的方法。優(yōu)選這樣選擇ZnO量及其制備方法，以便適宜于熱壓成型方法。
可以通過下面方法中的任何一種確定鋅基電鍍鋼材的氧化鋅層中含有的Zn量(重量)一種方法，其中將電鍍涂層溶解于在甲醇中的5％碘溶液，并且將從溶液中分離的剩余物溶解于鹽酸中，以在得到的溶液中確定Zn量；和一種方法，其中只將電鍍涂層的表面氧化物膜溶解在重鉻酸銨水溶液中，以確定在得到的溶液中的Zn量。在溶液中的Zn量可以通過發(fā)射光譜測量法如ICP(感應耦合等離子體)發(fā)射光譜測量法，使用其空白溶液作為對比來確定。
(2)表面氧化方法這是這樣一種處理，通過加熱將用鋅或鋅合金進行過電鍍的鋼材氧化，以在電鍍涂層的表面上形成氧化鋅層。此方法前面已作過描述。
在熱浸鋅基電鍍的情況下，在鋼材上進行電鍍之后，通常在隋性氣體中將鋼材冷卻。在此情況下，在冷卻期間通過將冷卻氣氛調節(jié)至微氧化性的氣氛，可以形成氧化鋅層。通過在通常條件下進行電鍍方法之后，通過加熱鍍鋅層可以達到同樣的目的。特別是在電鍍材料的情況下，由于在電鍍期間沒有進行加熱，所以后一種方法是有效的。優(yōu)選用于此目的的氧化性氣氛可以通過提高氣氛的露點而獲得。具體而言，通過在露點為30℃或更高的氣氛下加熱可以有效地形成ZnO層。優(yōu)選加熱溫度至多為鋅的熔點。還可以通過提高鍍鋅層擴散處理爐的氣氛的露點來達到該目的，所述的鍍鋅層擴散處理爐是通過熱浸用來引起鋅涂層合金化的。這可以通過在氧化性氣氛中加熱來進行，即通過進行正常的鍍鋅層擴散熱處理。
(3)氧化劑接觸方法這是這樣一種處理，使進行過鋅基電鍍的鋼材與含有氧化劑的溶液接觸。
例如，含有作為氧化劑的硝酸(HNO3)，硝酸鹽(如NaNO3，KNO3或Zn(NO3)2)，高錳酸鹽(如KMnO4)，重鉻酸鹽(如K2Cr2O7)，過氧化氫(H2O2)等的水溶液用來與電鍍鋼材接觸，導致電鍍材料的表面上形成ZnO層。根據(jù)可以允許的工藝條件(接觸時間與溫度)來確定在溶液中所使用的氧化劑的濃度。當濃度約為1-100g/l時，可以形成重量至少為10mg/m2(當轉換為Zn重量時)的ZnO層。
根據(jù)工藝的情況，優(yōu)選接觸時間至少為0.5秒，并且更優(yōu)選為2-10秒。更長的接觸時間不削弱本發(fā)明的效果，但是需要大的設備或會妨礙生產(chǎn)率。因此，在更短的時間內有效地形成ZnO層是重要的。具體而言，當將本發(fā)明用于通過熱浸形成的鋅基鍍層時，優(yōu)選在此處理之前，將其表面與堿性水溶液(如10％NaOH水溶液)接觸，以除去在表面上的任何雜質如Al。結果是，在后面通過與含有氧化劑的水溶液接觸的處理中，可以有效地形成ZnO。
電鍍鋼材與水溶液的接觸可以使用浸漬、噴淋、輥涂、刀涂等任何一種進行，并且優(yōu)選隨后用水漂洗和干燥。如果不用水漂洗，雖然形成了ZnO，但用作氧化劑的鹽保留沉積在表面上，由此惡化鋼材的防銹性能。
(4)Zn/氧化劑接觸方法這是這樣一種處理，使進行過鋅基電鍍的鋼材與含有Zn離子和氧化劑的水溶液接觸。
待接觸的水溶液除含有氧化劑外，還含有一種釋放Zn離子的化合物。在此情況下的氧化劑可以是與上述氧化劑接觸方法中相同的氧化劑。通過向含有氧化劑的水溶液中加入Zn離子，可以更有效地形成ZnO層。在沒有Zn離子的情況下，在ZnO形成之前發(fā)生鍍層的溶解。發(fā)生鍍層的溶解時的pH通常低，而ZnO形成和沉積時的pH相對高。通過在相對高的pH區(qū)域(pH3-7)包含Zn離子和氧化劑兩種物質，可以有效地在鍍層的表面上形成ZnO。
可制備鋅源如硫酸鋅(ZnSO4·7H2O)，硝酸鋅((Zn(NO3)2·6H2O)等的水溶液，并且可以與上述的氧化劑一起使用以在電鍍鋼板的表面上形成ZnO。基它條件可以與上述氧化劑接觸方法所使用的條件相同。
(5)陽極電解方法這是這樣一種處理，通過陽極電解來處理進行過鋅基電鍍的鋼材。
通過使用電鍍鋼材作為陽極，在水溶液中進行電解氧化，可以在電鍍鋼材的表面上形成ZnO層。在此情況下，優(yōu)選水溶液是酸性或堿性溶液。當其是堿性時，優(yōu)選使用濃度為1-10質量％的NaOH或KOH水溶液。如果濃度太低，溶液的電流效率降低。如果其太高，在鍍層中的鋅被過分地蝕刻，由此不利地影響表面質量。當水溶液是酸性時，可以使用濃度為0.1-1質量％的鹽酸或硫酸溶液。同樣，如果濃度太低，溶液具有降低的電流效率，并且如果其太高，在鍍層中的鋅被過分地蝕刻，由此不利地影響表面質量。優(yōu)選電流密度為1-100A/dm2，并且其可以根據(jù)方法和處理速度而變化。但是，如果電流密度太大，電流效率惡化，并且表面質量下降。如果電流密度太小，處理時間變長。因為這些原因，更優(yōu)選電流密度為5-30A/dm2。
(6)陰極電解方法這是這樣一種處理，在含有Zn離子和氧化劑的水溶液中，通過使用鋼材作為陰極的電解來處理進行過鋅基電解的鋼材。
通過此方法可以在電鍍鋼材的表面上形成ZnO層。在水溶液中的Zn離子和氧化劑源的含量可以與Zn/氧化劑接觸方法所使用的相同。當要求水溶液具有電導率時，可以加入一種或多種鹽，以保證所要求的電導率。優(yōu)選電流密度為1-100A/dm2，并且其可以根據(jù)方法和處理速度而適宜地選擇。但是，如果電流密度太大，電流效率惡化，并且表面質量下降。如果電流密度太小，處理時間變長。因為這些原因，更優(yōu)選電流密度為5-30A/dm2。
(7)ZnO溶膠涂布方法這是這樣一種處理，將含有ZnO溶膠的溶液涂布到電鍍表面來處理進行過鋅基電鍍處理的鋼材。
可以通過下面的方法形成ZnO溶膠在向水溶液中加入可以穩(wěn)定膠體(例如有機酸離子)的有機添加劑后，逐漸中和含有鋅離子的酸性水溶液。還可以通過下面的方法形成ZnO溶膠將ZnO細分為微顆粒，并且將它們與有機粘合劑(如聚丙烯酸或聚乙烯醇)混合。可以通過在鍍鋅鋼材上涂布這種含ZnO溶膠的溶液，接著干燥涂布的膜而形成ZnO層。
所加入的有機添加劑或粘合劑的量越大，得到的ZnO層與電鍍鋼板的粘合作用越大，這是適宜的。但是，這種有機組分在熱壓成型時氣化，由此出現(xiàn)問題。因而，相對于100重量份的ZnO，優(yōu)選所加入的有機添加劑或粘合劑的量至多為5重量份，優(yōu)選至多為1重量份。
可以使用任何適宜的方法如浸漬、噴淋、輥涂、刀涂等涂布含有ZnO溶膠的溶液。優(yōu)選在80℃或以上進行隨后的干燥。如果在干燥后潮氣保留，鍍層的防銹性能可能惡化，或者表面發(fā)粘，其使鋼材的處理性差。
接著，將描述根據(jù)本發(fā)明的用于熱壓成型的鋼板的制備方法。
優(yōu)選將根據(jù)本發(fā)明的鋼板在熱壓成型前加熱至奧氏體范圍內或接近于奧氏體范圍內的溫度，然后在此溫度范圍內進行壓制成型。因而，在加熱之前的室溫下鋼板的機械性能不是關鍵的，并且對鋼板在加熱之前的金相結構方面沒有特別限制。因此，可以將熱軋鋼板或冷壓鋼板用作進行電鍍的基礎鋼板，并且只要其是鋼板，對其制備方法沒有限制。但是，考慮到生產(chǎn)率，優(yōu)選基礎鋼板的制備方法如下。
熱軋可以以常規(guī)的方法進行熱軋。從軋制的穩(wěn)定性方面考慮，優(yōu)選其在奧氏體范圍的溫度下進行。如果卷取溫度太低，熱壓鋼具有強度增加的馬氏體結構，其使鋼板在連續(xù)的熱浸鍍鋅線和冷軋中的輸送困難。另一方面，如果卷取溫度太高，形成厚度增加的氧化物鱗片，并且它導致后面的酸浸效率降低，或者當沒有酸浸而立即進行電鍍時，它導致電鍍涂層的粘合力惡化。因而，優(yōu)選卷取溫度為500-600℃。
冷軋可以以常規(guī)的方法進行冷軋。本發(fā)明中，當鋼板的碳含量高時，如果在過分高壓縮比的條件下進行冷軋，則軋制機上的負載變高。此外，如果在冷軋后的強度由于加工硬化太高，那么鍍鋅線在與鍍錫卷板連接時的焊接強度和生產(chǎn)線的輸送能力方面存在問題。因而，優(yōu)選冷軋的壓縮比至多為80％，并且更優(yōu)選至多為70％。
如果進行冷軋，成本相應地增加。因此，對于其厚度和寬度可以通過熱軋制備的鋼板，優(yōu)選省略冷軋而原樣使用熱軋鋼板。
鋅基電鍍可以通過任何的電鍍方法，包括熱浸、電鍍、火焰噴鍍、蒸氣沉積等，形成根據(jù)本發(fā)明的電鍍鋼板的鋅基鍍層?？梢栽阡搸线B續(xù)地或在切削鋼板上相繼地進行電鍍操作。一般而言，優(yōu)選使用連續(xù)熱浸鍍鋅線，其具有優(yōu)異的生產(chǎn)率。
因而，以下將描述連續(xù)熱浸鍍鋅方法。已經(jīng)描述了電鍍操作本身，但將補充如下。
典型連續(xù)熱浸鍍鋅線包含串聯(lián)安置的加熱爐，冷卻區(qū)，熔融鋅槽和鍍鋅層擴散處理爐。本發(fā)明中，由于不特別限制基礎鋼板的金相結構，所以不特別限制在加熱爐和冷卻區(qū)中的加熱曲線圖。但是，當鋼板具有高碳含量時，或者其含有可使鋼硬化的元素時，存在這樣的可能性，即鋼板在通過該線時具有極大增加的強度。考慮到在線中輸送鋼板的容易性和可以允許的生產(chǎn)范圍(鋼板的厚度和寬度)，優(yōu)選這樣選擇加熱圖形，以便鋼板的強度沒有過分地提高。
最高的加熱溫度在熱浸前進行的加熱期間，當在加熱爐中的加熱溫度低于鋼的Ac1點時，在加熱期間鋼板發(fā)生復原和再結晶，并且其強度與加熱前相比降低了。因而，對于鋼板的輸送的容易性而言，沒有問題。從節(jié)約爐子的加熱能量考慮，優(yōu)選在不妨礙電鍍的可涂布性的范圍內，在低溫下進行加熱。
另一方面，如果最高加熱溫度為Ac1點或更高，在加熱期間鋼板發(fā)生復原和再結晶，并且出現(xiàn)奧氏體相。因此，根據(jù)后面的冷卻條件，可以形成高強度的轉變相。
冷卻速度由于熱浸鍍鋅槽通常保持在約460℃左右，所以將已加熱的鋼板冷卻至槽溫。如果加熱溫度低于Ac1點，冷卻速度不影響鋼板的金相結構，所以可以在任何速度下進行冷卻。
在加熱溫度為導致奧氏體相形成的Ac1點或更高的情況下，不優(yōu)選提高冷卻速度太多，因為它導致奧氏體轉變成為基于貝氏體或馬氏體的結構，其具有提高的強度。具體而言，優(yōu)選從最高加熱溫度至500℃的平均冷卻速度最多為臨界冷卻速度。
在以下的實施例中，將更詳細描述確定臨界冷卻速度的方法。用作鋼板淬透性指數(shù)的臨界冷卻速度是產(chǎn)生單獨組成馬氏體相結構的最小冷卻速度。
在上述條件下冷卻的鋼板含有少量的貝氏體或馬氏體并不否定根據(jù)本發(fā)明的制備方法的作用。但是，從具有盡可能低的強度以提高鋼板的輸送性方面考慮，優(yōu)選使冷卻速度盡可能地低，以避免貝氏體或馬氏體的形成。
如已指出的一樣，根據(jù)本發(fā)明，通過在熱浸鍍鋅層之后進行的鍍鋅層擴散熱處理或通過用于形成ZnO層的其它處理來形成阻擋層，或者阻擋層可以通過另一種電鍍形成以形成上鍍層。
平整為了使鋼板平直或為了調節(jié)其表面粗糙度，如果需要可以進行平整。
然后將按照此方式制備鋼板，即在鍍層表面上具有阻擋層的鋅基電鍍鋼板在加熱至規(guī)定的溫度后進行熱壓成型。
根據(jù)本發(fā)明，對于鋼板的熱壓成型方法沒有特別限制，并且可以照常但以熱態(tài)進行壓制成型。如果在臨界冷卻速度或更高下發(fā)生冷卻的這種條件下，壓制成型已加熱至至少Ac3點的鋼板，那么可以得到根據(jù)基礎鋼組成的最大強度。
在熱壓成型前，通常將鋼板加熱至例如700-1000℃。但是，某些類型的基礎鋼板具有相當良好的成制成型性，并且用這些材料，可以加熱至稍低的溫度。本發(fā)明中，根據(jù)鋼的類型，加熱溫度在所謂的溫壓范圍內也是可以的，但是通常，其在如上所述的700-1000℃的范圍內。
在可硬化鋼的情況下，在壓制成型的加熱步驟中，將鋼板加熱至這樣的溫度，在該溫度下通過淬火硬化可以過到目標硬度，并且在該溫度下保持一段時間。然后，將加熱的鋼板壓制成型，而在模具中是熱的，并且在壓制成型的同時在模具中淬火。當不要求硬化時，可以在材料軟化到可以進行壓制成型的溫度下進行加熱。
可以通過加熱方法如在電爐或煤氣爐中加熱，火焰加熱，電阻加熱，高頻加熱，感應加熱等進行這種加熱。對于加熱的氣氛沒有特別限制。在預先在其上形成阻擋層的鋼材情況下，可以采用任何氣氛，只要它沒有不利地影響阻擋層的保留即可。
熱壓成型的優(yōu)點在于硬化可以與壓制成型同時實現(xiàn)。因此，優(yōu)選使用可以進行這種硬化的鋼。當然，可以在壓制成型前，加熱壓模，以便改變硬化溫度和控制壓制產(chǎn)品的性能。
根據(jù)本發(fā)明，由于在熱壓成型期間沒有形成氧化物層，所以通常不需要后壓制成型步驟如上述的噴砂處理。但是，如果需要，可以通過噴砂處理等除去在表面上的鋅氧化物層。
接著，通過實施例將更具體地描述本發(fā)明的操作和效果。
實施例[實施例1]在本實施例中，于650℃將如表1所示鋼板厚度為1.0mm的鋼A的熱浸鍍鋅(鍍鋅)的鋼板進行鍍鋅層擴散熱處理。在將其從加熱爐中移出之后，然后于950℃將其在大氣爐(在大氣條件下的爐子)中加熱5分鐘，并且在此高溫狀態(tài)，將鋼板通過深沖(cupping)進行熱壓成型。熱壓成型條件是拉伸深度為25mm，胎肩半徑(shoulder radius)R為5mm，外徑為90mm，沖頭直徑為50mm并且模具直徑為53mm。為了評估壓制成型性，通過視覺觀察以確定鍍層是否剝離來確定壓制成型后鍍層的粘著狀態(tài)。在此實施例中，在接近2分鐘的時間內鋼板的溫度達到900℃。
按照下面的方法評估得到的熱壓成型產(chǎn)品的涂膜粘合力和漆后耐腐蝕性(以下簡稱為耐腐蝕性)。
涂膜粘合力測試使用由Nihon Parkerizing制備的PBL-3080，在其正常的條件下，將從此實施例中得到的杯狀體切割的試件進行磷酸鋅處理，然后在200V下，用由Kansai Paint制備的GT-10涂料組合物通過斜坡傳導，由電沉積涂層法涂布。然后在150℃的烘干溫度將其烘20分鐘，以形成厚度為20μm的涂膜。
將涂布過的試件浸漬在50℃的離子交換水中240小時，在此之后，使用直犁刀(knife cutter)在涂膜上以間距為1mm的網(wǎng)格圖形制造刮痕。然后使用由Nichiban制備的聚酯膠帶進行剝離測試，對涂膜保留的方塊數(shù)目進行計數(shù)，以評估涂膜的粘合力。通過刮擦制備的方塊總數(shù)為100。
如下由保留的方塊數(shù)目評估涂膜粘合性90-100為良好(由符號○表示)，且0-89為不良(由符號×表示)。
漆后耐腐蝕性測試以與涂膜粘合力測試相同的方法制備涂布過的試件。使用直犁刀，在涂布過的試件中制備深度達到基礎鋼的刮痕，然后將試件進行如JIS Z2371所規(guī)定的鹽霧測試480小時。然后，測量涂膜的起泡寬度和來自于刮痕的生銹寬度，以評估漆后耐腐蝕性。
通過涂膜的生銹寬度或起泡寬度中較大的一個來評估漆后耐腐蝕性。從0mm至小于4mm為良好(由符號○表示)，且4mm以上為不良(由符號×表示)。
測試結果見表2。
至于比較例，于950℃將Cr-Mo鋼板，冷軋鋼板和不銹鋼板加熱5分鐘，然后在其上進行與如上所述相同的熱壓成型以評估其性能。
結果也見表2。當測試鍍鋅層擴散處理鋼板時，其性能良好。相反，當使用Cr-Mo鋼板或不銹鋼板或冷軋鋼板時，在為熱壓成型而加熱后由于氧化物的形成而使其外觀變黑。此外，氧化物剝離，由此導致在壓制成型時導致齒狀缺陷(indentation flaw)的形成。此外，涂膜粘合力和耐腐蝕性都差。
表2
在此實施例中，與實施例1所述相同的方式，一般性地重復上述鋼A的測試，但是如表3所示，改變電鍍的涂層重量，和/或改變鍍鋅層擴散熱處理(其在電鍍后立即進行)的條件，以改變在鍍層中的Fe含量。
此外，在此實施例中，在熱壓成型前，通過下面的方法加熱鍍鋅層擴散處理鋼板，(A)于950℃在大氣爐中加熱5分鐘，或(B)于850℃在大氣爐中加熱3分鐘。在序號9-23中，在熱壓成型前，在加熱鋼板前，改變鍍鋅層擴散熱處理的溫度(500-800℃)和時間(至多30分鐘)，來改變鍍層中的Fe含量。對于序號18-23，在對于條件B的熱壓成型前的加熱時間從3分鐘延長至6分鐘，并且在更嚴酷的條件(C)下進行熱壓成型。
結果見表3。
表3

加熱條件A于950℃×5分鐘在大氣爐中加熱之后壓制成型B于850℃×3分鐘在大氣爐中加熱之后壓制成型C于850℃×6分鐘在大氣爐中加熱之后壓制成型[實施例3]在此實施例中，以與實施例1所述的相同方式測試表1所示的每一種鋼，以評估其可成型性，涂膜粘合力和耐腐蝕性。結果見表4。
如表5所示，向厚度為1.0mm的表1的鋼A涂布各種類型的鍍鋅或鍍鋅合金，并且由下面方法中的一種處理得到的一些電鍍鋼板，以在鋅或鋅合金電鍍涂層表面上形成ZnO層。由此形成的氧化鋅層的涂層重量由Zn的重量表示。在下面的條件下進行每一種形成ZnO層的方法。
A通過在露點為30℃或以上的鍍鋅層擴散處理爐中的熱處理進行電鍍涂層的氧化(其中鋼板在爐子中的溫度為460℃并且在爐子中的停留時間是任意的)。
B在氧化劑的水溶液(40℃的1％硝酸)中浸漬。
C在Zn離子+氧化劑的水溶液(40℃的100g/l的六水硝酸鋅+10g/l的硝酸)中浸漬。
D在5％NaOH水溶液中陽極電解，其中使用20A/dm2的電流密度和任意的導電時間。
E在Zn離子+氧化劑的水溶液(50℃的50g/l的七水硫酸鋅+50g/l的硝酸鈉)中陰極電解，其中采用15A/dm2的電流密度和任意的導電時間。
F用ZnO溶膠的輥涂(向其中加入0.5％聚丙烯酸)，接著干燥(100℃，30秒)。
隨后，在大氣爐中在表5所示的條件下，加熱每一種電鍍鋼板后，將其進行深拉測試(cupping test)。在下面的模擬條件下，在直徑為90mm的圓坯上進行深拉測試的熱壓成型沖頭直徑為50mm，胎肩半徑R為5mm，模具直徑為53mm，模具胎肩半徑R為5mm，并且拉伸深度為25mm。坯料壓緊力(blank holding force，簡稱BHF)為1噸-F。
通過視覺觀察評價壓制成型后的表面條件。此外，對于得到的熱壓成型產(chǎn)品，以與實施例1相同的方式評估涂膜粘合力和漆后耐腐蝕性。測試結果見表5。
表5

*1電鍍-EG鋅電鍍，GA鍍鋅層擴散處理(Fe8重量％)，GI熱浸鍍鋅，ZnNi鋅-鎳合金電鍍(Ni12重量％) 如表6所示，向板厚度為1.0mm的表1的鋼A涂布各種類型的鍍鋅或鍍鋅合金層，并且將得到的一些電鍍鋼板在硫酸鹽槽中進行電鍍，以形成Fe、Co或Ni鍍層作為上鍍層。接著，在大氣爐中在如表6所示的條件下加熱每一種電鍍鋼板之后，將其進行深拉測試。在下面的模擬條件下，在直徑為90mm的圓坯上進行深拉測試的熱壓成型沖頭直徑為50mm，沖頭胎肩半徑R為5mm，模具直徑為53mm，模具胎肩半徑R為5mm，并且拉伸深度為25mm。坯料壓緊力(BHF)為1噸-F。
通過視覺觀察評價壓制成型后的表面條件。
此外，對于得到的熱壓成型產(chǎn)品，以與實施例1相同的方式評估涂膜粘合力和漆后耐腐蝕性。但是，在此實施例中，涂膜粘合力的評估如下100個保留方塊為極好(由符號★表示)，95-99個為良好(由符號◎表示)，90-94個為尚好(由符號○表示)，且0-89個為差(由符號×表示)。
至于比較例，于950℃將冷軋鋼板加熱5分鐘，然后在其上進行相同的熱壓成型，并且以與上述相同的方式進行性能評估。
結果見表6。
表6

1注EG鋅電鍍，GA鍍鋅層擴散處理(Fe8％)GI熱浸鍍鋅，GF含5％Al的熱浸鍍鋅ZnNi鋅-鎳合金電鍍(Ni12重量％) 在實驗室制備具有表7所示組成的鋼，并且鑄造成為板坯。于1200℃將板坯加熱30分鐘之后，于900℃或以上將它們熱軋成為厚度為3.2mm的鋼板。熱軋后，為了模擬卷取的過程，通過水噴淋將每一種鋼板冷卻至550℃，然后將其放入爐子中并于550℃在其中保持30分鐘，最后以20℃/小時的速度將其冷卻至室溫。將通過酸浸除去得到的熱軋鋼板的銹皮后，將其冷軋以將其厚度減少至1.0mm。使用鍍鋅的模擬裝置，在從所得到的冷軋鋼板切割的塊體上進行熱浸鍍鋅，然后在其上進行鍍鋅層擴散熱處理。通過改變鍍鋅層擴散熱處理的溫度(500-800℃)和持續(xù)時間(最長30分鐘)來改變所得到的鍍層的Fe含量。
將鍍鋅層擴散處理過的鋼板切割成為寬度為50mm的矩形塊體，將其在大氣爐中于850℃加熱3分鐘，然后，正當熱的時候，將其熱壓成型為杯形。所使用的模具的沖頭寬度為50mm，沖頭胎肩半徑R為5mm，模具胎肩半徑R為5mm，并且拉伸深度為25mm。在壓制后，還在杯狀體的壁部分的中央進行維氏硬度的測量(負載為9.8N，10次測量)。在此實施例中，鋼板的溫度在接近2分鐘的時間內達到850℃。
以與實施例1相同的方式評估所得的熱壓成型產(chǎn)品壓制成型后的外觀，涂膜粘合力和漆后耐腐蝕性。
根據(jù)是否形成有害的鐵氧化物鱗來評估壓制成型后的外觀。其中形成了這種鱗的情況由×表示，并且其中沒有形成的情況由○表示。還確定是否有任何由在壓模上保留的熔融鋅層的散布所帶來的污染。其中沒有污染的情況由○表示，且其中模具中有污染的情況由×表示。
上述結果匯總于表7。
表7

*無鍍層 在實驗室制備具有表7中的6號鋼組成的熔融鋼，并且鑄造成為板坯。于1200℃將板坯加熱30分鐘之后，于900℃或以上將它熱軋成為厚度為3.2mm的鋼板。熱軋后，為了模擬卷取的過程，通過水噴淋將每一種鋼板冷卻至550℃，然后將其放入爐子中并于550℃在其中保持30分鐘，最后以20℃/小時的速度將其冷卻至室溫。通過酸浸除去得到的熱軋鋼板的銹皮后，將其冷軋以將其厚度減少至1.0mm。使用退火的模擬裝置，給予每一種鋼板模擬連續(xù)熱浸鍍鋅線的受熱過程(thermal history)。所給予的具體的受熱過程示于圖1和表8中。熱處理后鋼板的橫截面的維氏硬度的測量(負載為49N，5次測量)結果也示于表8中。
以下面的方法確定每一種鋼的臨界冷卻速度作為鋼淬透性指數(shù)。
在空氣中，以100℃/分鐘的速度將從熱軋鋼板切割的直徑為3.0mm且長度為10mm的圓柱形試件加熱至950℃，然后在該溫度下保持5分鐘，并且以各種不同的冷卻速度冷卻至室溫。然后，對得到的試件進行維氏硬度的測量(負載為49N，5次測量)和微結構觀察。通過測量試件在加熱和冷卻期間的熱膨脹的變化，確定鋼的Ac1點和Ac3點。
從950℃的冷卻速度越快，硬度的提高變得越大，但是在某一冷卻速度(即臨界冷卻速度)之上，硬度基本上保持不變。在等于或高于臨界冷卻速度的冷卻速度下，觀察這些試件的接近于單相的馬氏體結構。
對于表7中6號鋼的鋼組成的臨界冷卻速度為17℃/秒。此鋼的Ac1點和Ac3點分別為728℃和823℃。
請看表8的結果，當最高加熱溫度低于Ac1點，即728℃時，鋼板復原和再結晶，并且其硬度隨著溫度的升高而降低(序號2-1和2-2)。從最高加熱溫度至電鍍槽溫度的冷卻速度的作用很小(序號2-9和2-10)。另一方面，當最大加熱溫度等于或高于Ac1點時，其硬度隨著溫度的升高而增大(序號2-3至2-8，以及2-11至2-16)。此外，當鍍鋅層擴散處理溫度高于Ac1點時，硬度增大(序號2-18和2-20)。
當條件在根據(jù)本發(fā)明的范圍內時，每一種熱處理過的鋼的硬度(Hv)最高為200，并且可以保證良好的板輸送性能。
表8

工業(yè)適用性根據(jù)本發(fā)明，對于適宜于高強度、高硬度產(chǎn)品的難以壓制成型的鋼材如高強度鋼板或不銹鋼板或可硬化鋼的熱壓成型成為可能。此外，用于控制加熱爐氣氛的設備成為非必須的，并且在壓制成型時從鋼板剝離氧化物的步驟也成為非必須的。因此，可以簡化壓制成型產(chǎn)品的制備方法。此外，鋼材具有顯示犧牲腐蝕防護作用的鋅基鍍層，由此改善壓制成型產(chǎn)品的耐腐蝕性。
權利要求
1.一種用于熱壓成型的鋼材，其特征在于，包含基礎鋼材，所述的基礎鋼材具有在其表面上形成的鋅或鋅合金鍍層，所述的鍍層的表面上具有防止鋅在加熱期間蒸發(fā)的阻擋層。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于熱壓成型的鋼材，其中所述的阻擋層是基于鋅的氧化物的氧化物層。
3.根據(jù)權利要求2所述的用于熱壓成型的鋼材，其中所述的氧化層的重量按Zn計至少為10mg/m2。
4.根據(jù)權利要求1所述的用于熱壓成型的鋼材，其中所述的阻擋層是一種基于選自Fe、Ni、Co及它們的合金中的至少一種金屬物質的電鍍涂層。
5.根據(jù)權利要求4所述的用于熱壓成型的鋼材，其中所述的電鍍涂層的涂層重量為0.2-10g/m2。
6.根據(jù)權利要求1所述的用于熱壓成型的鋼材，其中所述的鋅或鋅合金鍍層是經(jīng)擴散處理的鍍鋅層。
7.根據(jù)權利要求6所述的用于熱壓成型的鋼材，其中所述的經(jīng)擴散處理的鍍鋅層的Fe含量為5-80％并且涂層重量按Zn計為10-90g/m2。
8.根據(jù)權利要求6所述的用于熱壓成型的鋼材，其中所述的基礎鋼材的P含量最高為0.015％。
9.根據(jù)權利要求6所述的用于熱壓成型的鋼材，其中所述的基礎鋼材的Si含量最高為0.1％。
10.根據(jù)權利要求1所述的用于熱壓成型的鋼材，其中所述的基礎鋼材的C含量為0.08-0.45％。
11.根據(jù)權利要求10所述的用于熱壓成型的鋼材，其中所述的基礎鋼材含有Mn和Cr之一或既含有Mn也含有Cr，其總量為0.5-3.0％。
12.根據(jù)權利要求10所述的用于熱壓成型的鋼材，其中所述的基礎鋼材含有0.0001-0.004％的B。
13.一種制備表面處理過的用于熱壓成型的鋼材的方法，其特征在于，向鋼材的表面涂布鋅或鋅合金鍍層，并且使得到的電鍍涂層的表面氧化，以在所述電鍍涂層的表面上形成抑制鋅蒸發(fā)的阻擋層。
14.一種制備用于熱壓成型的鋼材的方法，其特征在于，向鋼材的表面涂布鋅或鋅合金鍍層，并且使得到的電鍍鋼材與含有氧化劑的溶液接觸。
15.一種制備用于熱壓成型的鋼材的方法，其特征在于，向鋼材的表面涂布鋅或鋅合金鍍層，并且使得到的電鍍鋼材與含有Zn離子和氧化劑的溶液接觸，以在所述電鍍涂層的表面上形成抑制鋅蒸發(fā)的阻擋層。
16.一種制備用于熱壓成型的鋼材的方法，其特征在于，向鋼材的表面涂布鋅或鋅合金鍍層，并且使得到的電鍍鋼材在水溶液中進行陽極電解，以在所述電鍍涂層的表面上形成抑制鋅蒸發(fā)的阻擋層。
17.一種制備用于熱壓成型的鋼材的方法，其特征在于，向鋼材的表面涂布鋅或鋅合金鍍層，并且使得到的電鍍鋼材在含有Zn離子和氧化劑的水溶液中進行電解，其中所述鋼材作為陰極，以在所述電鍍涂層的表面上形成抑制鋅蒸發(fā)的阻擋層。
18.一種制備用于熱壓成型的鋼材的方法，其特征在于，向鋼材的表面涂布鋅或鋅合金鍍層，并且通過用含有ZnO溶膠的溶液涂布電鍍鋼材的表面，然后干燥，而在得到的電鍍涂層的表面上形成抑制鋅蒸發(fā)的阻擋層。
19.一種制備用于熱壓成型的鋼材的方法，該方法包含在連續(xù)熱浸鍍鋅線上，使鋼材進行熱浸鍍鋅，接著進行鍍鋅層擴散熱處理，其特征在于，在連續(xù)熱浸鍍鋅線上的最高加熱溫度低于所述鋼的Ac1點，并且所述鍍鋅層擴散熱處理的溫度至少為500℃且最高為Ac1點。
20.一種制備用于熱壓成型的鋼材的方法，該方法包含在連續(xù)熱浸鍍鋅線上，使鋼材進行熱浸鍍鋅，接著進行鍍鋅層擴散熱處理，其特征在于，在連續(xù)熱浸鍍鋅線上的最高加熱溫度不低于所述鋼的Ac1點，從最高加熱溫度至500℃的平均冷卻速度低于所述鋼的臨界冷卻速度，且所述鍍鋅層擴散熱處理的溫度最低為500℃且最高為Ac1點。
全文摘要
通過用鋅或鋅合金鍍層涂布鋼材的表面，并且在其上形成即使在加熱至700－1000℃時也防止鋅蒸發(fā)的阻擋層，從而可以進行鋼材的熱壓成型。在不需要后處理的條件下，也可以保證耐腐蝕性，并且可以進行高強度鋼板和不銹鋼板的熱壓成型?？梢杂上旅娴姆椒ㄐ纬慑儗由蠈佣纬勺钃鯇颖砻嫜趸c氧化劑接觸，與Zn和氧化劑接觸，陽極電解，陰極電解或者用ZnO溶膠涂布。
文檔編號C23C2/28GK1575348SQ0282108
公開日2005年2月2日 申請日期2002年10月23日 優(yōu)先權日2001年10月23日
發(fā)明者今井和仁, 土岐保, 吉川幸宏, 高橋克, 西畑敏伸, 小嶋啟達 申請人:住友金屬工業(yè)株式會社