專利名稱：熱成形涂覆的金屬部件的方法和成形的部件的制作方法
熱成形涂覆的金屬部件的方法和成形的部件本發(fā)明涉及使用熱成形技術(shù)制造涂覆的部件的方法。本發(fā)明還涉及制造用于熱成形方法的涂覆的鋼帶材、坯料或預(yù)成形部件的方法，并涉及涂覆的鋼帶材、坯料、部件或預(yù)成形部件和熱成形部件。成形部件的熱成形技術(shù)的使用是眾所周知的，尤其是對(duì)于汽車用途。從容易成形的片材開始，熱成形技術(shù)提供了具有非常高的機(jī)械性能，如超過1200MPa的拉伸強(qiáng)度的成形部件。通常，通過如下方式進(jìn)行熱成形:提供坯料，將坯料加熱到700°C— 1000°C，并保持該坯料在該溫度下幾分鐘，將加熱的坯料置于熱成形裝置中，在熱成形裝置中將坯料成形為部件，硬化該熱成形部件。當(dāng)使用無涂層的鋼時(shí)，可以在保護(hù)氣氛下進(jìn)行在熱成形裝置中的熱成形之前的坯料的加熱以防止鋼的氧化和脫碳。然而，熱成形本身和硬化發(fā)生在空氣中，從而發(fā)生氧化；因此，在熱成形后，必須將熱成形的零件去除氧化皮。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，在過去的十年中，已經(jīng)提出了使用涂覆的鋼片材，將該片材加熱到高于Acl的溫度下。在加熱過程中，在涂層和鋼片材之間形成擴(kuò)散層，提供免于氧化的保護(hù)和涂層對(duì)鋼片材的良好粘附性，這也是在用于熱成形的升高的溫度下。雖然使用涂覆的鋼片材時(shí)，通過保護(hù)性氣氛不再是必要的，但公知的方法有一些缺點(diǎn)。主要問題之一是，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)涂覆的鋼片材的加熱速度是重要的。這使得整個(gè)過程更加難以控制。這也導(dǎo)致在鋼片材的加熱中花費(fèi)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，例如5分鐘，然而，可以在不到I分鐘的時(shí)間內(nèi)，在熱成形裝置中進(jìn)行熱成形和隨后的硬化。通過在烘箱中加熱多個(gè)涂覆的鋼片材可以使通過熱成形裝置以高生產(chǎn)速率進(jìn)行生產(chǎn)成為可能。然而，當(dāng)在熱成形裝置存在延遲時(shí)，涂覆的鋼片材在烘箱中保持時(shí)間太長(zhǎng)，這意味著它們必須被刮擦。這對(duì)于熱成形過程的成本具有相當(dāng)大的影響。此外，烘箱是很長(zhǎng)的。本發(fā)明的目的是提供使用熱成形技術(shù)制造涂覆的部件的方法，這使得以更靈活和更穩(wěn)健的方式來控制工藝成為可能。本發(fā)明的目的還是提供使用熱成形技術(shù)制造涂覆的部件的方法，這使得容易地和有效地生產(chǎn)熱成形的部件成為可能。本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供使用熱成形技術(shù)制造涂覆的部件的方法，該方法比公知的方法更成本有效。此外，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供涂覆的鋼帶材，涂覆的鋼坯料和涂覆的預(yù)成型部件，和來生產(chǎn)這些的方法，可以在根據(jù)本發(fā)明的方法中使用它們。根據(jù)本發(fā)明，通過提供使用熱成形技術(shù)制造具有非常高的機(jī)械性能的涂覆部件的方法實(shí)現(xiàn)這些目的中的一個(gè)或更多，該方法包括以下步驟:1.提供退火的鋼帶材或坯料或預(yù)成型部件，其在退火前已涂有金屬或金屬合金2.如果提供帶材，在退火之前或之后，從帶材切割坯料3.任選從坯料形成預(yù)成型部件 4.以16°C /秒以上的平均加熱速度將坯料或預(yù)成型部件加熱到500°C的溫度
5.進(jìn)一步將坯料或預(yù)成型部件加熱到700 - 1000°C的溫度6.將坯料或預(yù)成型的部件熱成形為熱成形的部件7.硬化該熱成形的部件。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，由于使用退火的涂覆的鋼，可以以16°C /秒以上的平均加熱速度將退火的鋼帶材或坯料或預(yù)成型部件加熱到500°C的溫度。以這種方式，可以在坯料或預(yù)成型部件的熱成形之前對(duì)其進(jìn)行加熱?，F(xiàn)在，可以在將坯料或預(yù)成型部件從烘箱中取出并放在熱成形裝置之前，在3分鐘之內(nèi)進(jìn)行坯料或預(yù)成型部件的加熱。使用坯料(在直接熱成形工藝中使用它)或使用預(yù)成型部件(在間接熱成形工藝中使用它)，根據(jù)本發(fā)明的這種快速加熱是可能的。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，以16°C /秒以上的平均加熱速度在步驟4中將坯料或預(yù)成型部件加熱至625°C的溫度下，和在步驟5中在熱成形該坯料或預(yù)成型之前進(jìn)一步加熱到700 - 1000°C的溫度下。通過以16°C /秒以上的加熱速度將坯料或預(yù)成型部件加熱到700°C的溫度下，可以在甚至更短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行坯料或預(yù)成型部件的加熱。根據(jù)進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案，在步驟4中以16°C /秒以上的平均加熱速度將坯料或預(yù)成型部件加熱到700°C的溫度，并且任選地在步驟5中在熱成形該坯料或預(yù)成型部件之前進(jìn)一步加熱到700 - 1000°C的溫度。通過以16°C /秒或更大的高加熱速率將坯料或預(yù)成型部件加熱到700°C的溫度，可以在小于2分鐘的甚至更短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行坯料或預(yù)成型部件的加熱。根據(jù)進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方案，在步驟4中以16°C /秒以上的平均加熱速度將坯料或預(yù)成型部件加熱到700°C - 900°C的溫度，并且任選地在步驟5中在熱成形該坯料或預(yù)成型部件之前進(jìn)一步加熱到至多1000°C的溫度。通過以16°C /秒或更大的高加熱速率將坯料或預(yù)成型部件加熱到700°C — 900°C的溫度，當(dāng)將16°C /秒以上的平均加熱速度用于高于Acl溫度的溫度時(shí)，可以在小于90`秒鐘的很短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行坯料或預(yù)成型部件的加熱。優(yōu)選的金屬或金屬合金是鋅或鋅合金。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，退火的鋅或鋅合金涂層的使用，使得有可能使用非常高的加熱速率。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，坯料或預(yù)成型部件上的涂層在步驟4和步驟5期間保持固態(tài)。當(dāng)然，這具有如下優(yōu)點(diǎn):涂層保持在坯料或預(yù)成型部件上，特別是對(duì)預(yù)成型部件保持均勻散布在預(yù)成型部件的非水平部分上且不流動(dòng)。由于涂層保持固態(tài)，它不粘附于處理設(shè)備。此外，不需要能量將涂層從固體轉(zhuǎn)化為液體狀態(tài)。優(yōu)選地，加熱速率為20°C /s以上，更優(yōu)選為25°C /s以上。這些高的加熱速率使得有可能在短于I分鐘的時(shí)間內(nèi)在熱成形部件之前加熱該涂覆的坯料或預(yù)成型部件。優(yōu)選地，在步驟4中以至多為50°C /秒的平均加熱速率加熱坯料或預(yù)成型部件。較高的加熱速率使該坯料或預(yù)成型部件加熱的最高溫度難以控制。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，該鋼具有以下組成，以重量％計(jì):0.1〈C〈0.50.5〈Μη〈3.00.l〈Si〈0.5Cr<l.0Ti〈0.2
AK0.1Ρ〈0.IS〈0.050.0005〈Β〈0.08任選地:Nb〈0.1V<0.1不可避免的雜質(zhì)余量為鐵。雖然其它金屬的組成也是可能的，但發(fā)現(xiàn)如上面給出的鋼組成在大多數(shù)情況下將得到很好的結(jié)果。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案，該金屬合金是具有下面的組成的鋅合金，以重量％計(jì):1.0〈Α1〈5.0，優(yōu)選 1.5〈Α1〈2.01.0〈Mg〈5.0，優(yōu)選為 1.5<Mg<2.0總計(jì)至多0.2的一種或`多種標(biāo)準(zhǔn)的合金化元素余量的鋅和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，使用具有該組成的鋅合金，可以在高于16°C /秒的非常高加熱速率下加熱該還料或預(yù)成型部件。標(biāo)準(zhǔn)的合金化元素是Pb、Sb、T1、Ca、Mn、La、Ce、Cr、N1、Zr和Bi。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用于制造如在本發(fā)明的第一方面所提供的退火的鋼帶材或坯料或預(yù)成型部件的方法，其在退火之前已涂有金屬或金屬合金，該方法包括下面的步驟:1-提供鋼帶材或坯料或預(yù)成型部件2 -用金屬或金屬合金，優(yōu)選鋅或鋅合金的層涂覆鋼3 -將涂覆的鋼加熱到在700°C和1000°C之間的溫度下，并將帶材或坯料或預(yù)成型部件保持在該溫度下至多30分鐘的時(shí)間段4-將涂覆的鋼進(jìn)行冷卻。因此，這樣獨(dú)立于熱成形過程進(jìn)行這種用于制造涂覆和退火的鋼帶材或坯料或預(yù)成型部件的該方法。在700°C和1000°C之間的高擴(kuò)散溫度下選擇意味著可以得到用于擴(kuò)散層的形成的相對(duì)短的生產(chǎn)時(shí)間。優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明的第二方面所述的方法中，如果提供帶材，則將鋼帶材進(jìn)行切割以從帶材形成坯料，且在步驟1，2，3或4之后由坯料形成預(yù)成型部件。由于在熱成形過程中使用坯料或預(yù)成型部件，因此優(yōu)選儲(chǔ)存和運(yùn)輸可以直接在熱成形過程中使用的坯料或預(yù)成型部件。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，對(duì)根據(jù)本發(fā)明的第二方面的方法生產(chǎn)的涂覆的鋼帶材，坯料，部件或預(yù)成型部件提供鋅或鋅合金的涂層，其中所述涂層的外層在3 μ m深度中平均含有超過5重量％的Fe?？梢栽谂髁匣蝾A(yù)成型部件的熱成形中使用在3 μ m深度中具有超過5重量％ Fe的涂覆鋼。
優(yōu)選地，涂層的外層在3 μ m深度中平均包含超過10重量％的Fe，更優(yōu)選超過20重量％的鐵，還更優(yōu)選為超過30重量％的Fe,最優(yōu)選超過40重量％的Fe。涂層的外層中較高的Fe量意味著涂層和來自鋼的Fe已更好地?cái)U(kuò)散。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了熱成形的涂覆的部件，其是使用根據(jù)本發(fā)明的第一方面的方法制造。將參照下文的實(shí)驗(yàn)闡明本發(fā)明。

圖1示出了覆蓋有兩個(gè)不同涂層的基材的加熱曲線。該基材是1.5毫米厚的22MnB5硼鋼。實(shí)施例1是覆蓋有鋅合金的坯料，該鋅合金含有1.6重量％的Al和1.6重量％的Mg,余量為鋅。該涂層具有的涂覆重量為140g/m2 (70g/m2每側(cè))。實(shí)施例2是覆蓋有與實(shí)施例1中相同的涂層的坯料，但該坯料已在750°C下進(jìn)行了退火。由于退火，涂層的平均鐵含量大于20%。將兩個(gè)坯料一起放入烘箱。將烘箱的溫度設(shè)置在920°C。將坯料加熱到約850°C的溫度；使用熱電偶測(cè)量坯料的溫度。圖1示出了坯料的加熱曲線。橫軸表示坯料在烘箱中的停留時(shí)間t，以秒計(jì)；豎軸表示坯料的溫度T，以。C計(jì)。坯料的檢驗(yàn)表明，實(shí)施例1的涂層變成液體。實(shí)施例2的涂層在充分加熱至850°C過程中自始至終(through)保持為固體。
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圖1顯示了以超過16°C /s的加熱速率將實(shí)施例2的坯料加熱500°C的溫度，且以16°C的平均加熱速度加熱到約650°C的溫度。與此不同，實(shí)施例1的該坯料的加熱速率遠(yuǎn)低于16°C /秒。達(dá)到Ac3溫度的時(shí)間(鋼在該溫度下充分轉(zhuǎn)化為奧氏體，且Ac3對(duì)于該基材是約8500C /秒)，對(duì)于實(shí)施例2是約110秒，且對(duì)于實(shí)施例1是約180秒。在坯料已達(dá)到Ac3溫度之后，可給予它們一些額外的時(shí)間從而在可將它們放入熱成形設(shè)備之前均化為奧氏體。
權(quán)利要求
1.使用熱成形技術(shù)制造具有非常高的機(jī)械性能的涂覆部件的方法，該方法包括以下步驟:供退火的鋼帶材或坯料或預(yù)成型部件，其在退火前已涂有金屬或金屬合金
2.如果提供帶材，那么在退火之前或之后從帶材切割坯料
3.任選從坯料形成預(yù)成型部件
4.以16°C/秒或更高的平均加熱速度將坯料或預(yù)成型部件加熱到500°C的溫度
5.進(jìn)一步將坯料或預(yù)成型部件加熱到700- 1000°C的溫度
6.將坯料或預(yù)成型的部件 熱成形為熱成形的部件
7.硬化該熱成形的部件。據(jù)權(quán)利要求1的制造涂覆部件的方法，其中在步驟4中以16°C/秒或更高的平均加熱速度將坯料或預(yù)成型部件加熱至625°C的溫度，和在步驟5中在熱成形該坯料或預(yù)成型部件之前進(jìn)一步加熱到700 - 1000°C的溫度。據(jù)權(quán)利要求1的制造涂覆部件的方法，其中在步驟4中以16°C/秒或更高的平均加熱速度將坯料或預(yù)成型部件加熱到700°C的溫度，和任選地在步驟5中在熱成形該坯料或預(yù)成型部件之前進(jìn)一步加熱到700 - 1000°C的溫度。據(jù)權(quán)利要求1的制造涂覆部件的方法，其中在步驟4中以16°C/秒或更高的平均加熱速度將坯料或預(yù)成型部件加熱到700°C - 900°C的溫度，并且任選地在步驟5中在熱成形該坯料或預(yù)成型部件之前進(jìn)一步加熱到至多KKKTC的溫度。據(jù)任一之前權(quán)利要求的方法，其中金屬或金屬合金是鋅或鋅合金。據(jù)任一之前權(quán)利要求的方法，其中坯料或預(yù)成型部件上的涂層在步驟4和步驟5期間保持固態(tài)。據(jù)任一之前權(quán)利要求的方法，其中在步驟4中以至多為50°C/秒的平均加熱速率加熱坯料或預(yù)成型部件。
8.根據(jù)任一之前權(quán)利要求的制造涂覆部件的方法，其中該鋼具有以下組成，以重量％計(jì):. 0.1<C〈0.5 .0.5<Μη<3.0 . 0.1<Si<0.5 .Cr<l.0 Ti<0.2 Al<0.1 Ρ<0.I S<0.05.0.0005<Β<0.08 任選地:Nb<0.1V<0.1 不可避免的雜質(zhì) 余量為鐵。
9.根據(jù)任一之前權(quán)利要求的方法，其中該金屬合金是具有下面的組成的鋅合金，以重量％計(jì):1.0〈Α1〈5.0，優(yōu)選 1.5〈Α1〈2.01.0<Mg<5.0，優(yōu)選為 1.5<Mg<2.0 總計(jì)至多0.2的一種或多種標(biāo)準(zhǔn)的合金化元素 余量的鋅和不可避免的雜質(zhì)。
10.用于制造在退火之前已涂有金屬或金屬合金的經(jīng)退火的鋼帶材或坯料或預(yù)成型部件的方法，該方法包括下面的步驟: 1-提供鋼帶材或坯料或預(yù)成型部件 2-用金屬或金屬合金，優(yōu)選鋅或鋅合金的層涂覆鋼 3 -將涂覆的鋼加熱到在700°C和1000°C之間的溫度，并將該帶材或坯料或預(yù)成型部件保持在該溫度下至多30分鐘的時(shí)間段 4-將涂覆的鋼進(jìn)行冷卻。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中如果提供帶材，則將鋼帶材進(jìn)行切割以從帶材形成坯料，且在步驟I，2，3或4之后由坯料形成預(yù)成型部件。
12.提供有根據(jù)權(quán)利要求10或11的方法生產(chǎn)的鋅或鋅合金的涂層的經(jīng)涂覆的鋼帶材、坯料、部件或預(yù)成型部件，其中所述涂層的外層在3 μ m深度中平均含有超過5重量％的Fe。`
13.根據(jù)權(quán)利要求12的經(jīng)涂覆的鋼帶材，坯料，部件或預(yù)成型部件，其中涂層的外層在3 μ m深度中平均包含超過10重量％的Fe，更優(yōu)選超過20重量％的鐵，還更優(yōu)選為超過30重量％的Fe,最優(yōu)選超過40重量％的Fe。
14.通過實(shí)施權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)的方法所提供的部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用熱成形技術(shù)制造具有非常高的機(jī)械性能的涂覆部件的方法。根據(jù)本發(fā)明，該方法包括以下步驟－提供退火的鋼帶材或坯料或預(yù)成型部件，其在退火前已涂有金屬或金屬合金－如果提供帶材，那么在退火之前或之后從帶材切割坯料－任選從坯料形成預(yù)成型部件－以16℃/秒或更高的平均加熱速度將坯料或預(yù)成型部件加熱到500℃的溫度－進(jìn)一步將坯料或預(yù)成型部件加熱到700－1000℃的溫度－將坯料或預(yù)成型的部件熱成形為熱成形的部件－硬化該熱成形的部件。
文檔編號(hào)C22C38/04GK103108964SQ201180041783
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
發(fā)明者W·C·沃盧普, M·J·V·詹德仁, R·T·V·托爾, G·C·漢森, J·盧瓦索 申請(qǐng)人:塔塔鋼鐵艾默伊登有限責(zé)任公司