本發(fā)明涉及一種用于由具有金屬覆層的鋼板來制造三維的成型鋼構(gòu)件的方法，該鋼板加熱并且隨后通過熱成型而成型為鋼構(gòu)件，其中所使用的鋼板包括作為金屬覆層的Fe-Al基合金。此外，本發(fā)明還涉及一種用于制造一種或多種通過熱成型產(chǎn)生的鋼構(gòu)件的鋼板，該鋼板設(shè)有金屬的覆層，該金屬的覆層由Fe-Al基合金構(gòu)成。此外，本發(fā)明還涉及一種成型的鋼構(gòu)件，該鋼構(gòu)件通過對(duì)這樣的鋼板進(jìn)行熱成型而制成。

背景技術(shù)：

在將鋼于含有氧氣的氣氛中加熱至約500℃以上的情況下，在鋼表面上形成了氧化層，即，所謂的氧化皮。氧化皮的形成通常是不期望的，因?yàn)檠趸砹藝?yán)重的問題。由此在鋼板的成型過程中氧化皮的壓入可能造成表面印記或者不令人滿意的或完全無法接受的表面質(zhì)量。氧化皮由于其高硬度而增大了承載待成型的鋼板的運(yùn)輸輥以及成型工具的磨損。而氧化皮的去除則導(dǎo)致額外的成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的在于，給出一種前述類型的方法，其中盡可能地避免了氧化皮形成的問題。本發(fā)明的目的特別在于，提供一種鋼板，該鋼板具有特別為了待通過熱成型制造的構(gòu)件而設(shè)的防止氧化皮生成的金屬覆層。

鑒于該方法方面，該目的通過一種具有在權(quán)利要求1中給出的特征的方法而達(dá)到。根據(jù)本發(fā)明的方法的有利的以及優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案在引用了權(quán)利要求1的從屬權(quán)利要求中給出。鑒于該鋼板方面，前述的目的則通過具有在權(quán)利要求7中給出的特征的鋼板而達(dá)到。根據(jù)本發(fā)明的鋼板的有利的以及優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案在引用了權(quán)利要求7的從屬權(quán)利要求中給出。

為了防止鋼板或由該鋼板通過熱成型(加壓淬火)制成的鋼構(gòu)件生成氧化皮，根據(jù)本發(fā)明通過電鍍層過程和/或物理氣相沉積將Fe-Al基合金直接地施加在鋼板上，并使其在為了熱成型而實(shí)施的對(duì)覆層的鋼板的加熱之前就已經(jīng)具有直到超出900℃的穩(wěn)定的Fe-Al相，其中這樣制成的覆層含有30-60重量％的Fe、剩余鋁以及可選的0.1-10重量％的Mg和/或0.1-5重量％的Ti和/或0.1-10重量％的Si和/或0.1-10重量％的Li和/或0.1-10重量％的Ca。

與以通過“預(yù)退火”制成的、具有金屬間的合金層來覆層不同，根據(jù)本發(fā)明Fe-基或Fe-Al-基合金是直接施加的。為此特別適合的是電鍍覆層方法以及物理氣相沉積(所謂的PVD法)。這兩種方法都實(shí)現(xiàn)了連續(xù)的覆層過程。這兩種覆層方法的結(jié)合以及其與熱浸鍍法的結(jié)合都屬于本發(fā)明用于獲得Fe-Al基覆層的范圍內(nèi)。

根據(jù)本發(fā)明的覆層具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1.覆層與熱成型設(shè)施的熱爐構(gòu)件、特別是陶瓷的運(yùn)輸輥之間的反應(yīng)通過已經(jīng)穩(wěn)定化的Fe-Al相而得以避免。這具有對(duì)覆層的鋼板的表面質(zhì)量的正面作用并且減少了就加熱爐而言的維護(hù)成本。

2.已經(jīng)預(yù)合金化的覆層由于更好的發(fā)射率(吸收能力)而能夠明顯更快地加熱，這實(shí)現(xiàn)了熱成型過程的縮短。這引起了生產(chǎn)率的提高并且促使了減少所制成的加壓淬火的鋼構(gòu)件的制造成本。

3.熱成型工具的磨損通過避免由于還未完全合金化的(“糊狀的”)覆層組成成分而造成的結(jié)塊而降低。

可選的合金成分鎂、鈦、硅、鋰和鈣具有比鐵更高的腐蝕可能性，由此有利于對(duì)于加壓淬火的覆層的可能損壞的區(qū)域進(jìn)行既定的陰極保護(hù)。由于具有鋁的低熔點(diǎn)相的形成趨勢(shì)并且由于由此帶來的液相引起的裂紋的風(fēng)險(xiǎn)，在根據(jù)本發(fā)明的覆層中放棄使用鋅作為合金元素。

本發(fā)明的一種優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案的特征在于，F(xiàn)e-Al基合金含有至少28重量％的Al、特別優(yōu)選至少38重量％的Al。由此，提高了防止氧化皮生成的保護(hù)作用，而不會(huì)對(duì)于基本材料產(chǎn)生任何負(fù)面影響。

根據(jù)本發(fā)明的另一種有利的設(shè)計(jì)方案，F(xiàn)e-Al基合金具有0.1-10重量％的Mg和/或0.1-5重量％的Ti。合金成分鎂和鈦對(duì)于覆層的表面具有正面效果。試驗(yàn)證明，在寬的制程窗口的情況下調(diào)整出理想的粗糙度，該粗糙度一方面通過減少的基本粗糙度(Ra，Rz)而促成優(yōu)化的腐蝕保護(hù)，并且另一方面提供了提高的峰值(RPc)，通過該峰值而優(yōu)化了在KTL過程中涂覆的漆層的漆附著。

有利的是，根據(jù)另一種優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案使Fe-Al基合金具有0.1-10重量％的Li和/或0.1-10重量％的Ca。試驗(yàn)證實(shí)，由此能夠明顯改善陰極腐蝕保護(hù)。這也特別在加入鎂的情況下適用。

當(dāng)Fe-Al基合金根據(jù)另一種優(yōu)選的設(shè)計(jì)方案而含有最大20重量％、特別是最大15重量％并且優(yōu)選最大12重量％的、由Mg、Ti、Si、Li和Ca組成的合金元素時(shí)，針對(duì)于氧化皮生成以及腐蝕的保護(hù)作用方面能夠達(dá)到特別好的效果。

在此，在應(yīng)用PVD法之前對(duì)于已經(jīng)覆層的或者未覆層的鋼基板進(jìn)行調(diào)溫或者事后調(diào)溫至250-500℃促成了覆層附著力的改善。如果隨后進(jìn)行熱浸鍍，則不必要進(jìn)行額外的加熱。

為了制造具有非常高的機(jī)械性能的減重的鋼構(gòu)件，在根據(jù)本發(fā)明的方法的另一設(shè)計(jì)方案中鋼板能夠在熱成型期間和/或緊接著熱成型之后通過快速冷卻而淬火。

具體實(shí)施方式

隨后根據(jù)若干實(shí)施例(試驗(yàn))來進(jìn)一步說明本發(fā)明。

試驗(yàn)1：

將基本材料、例如種類為22MnB5的可加壓淬火的鋼借助于物理氣相沉積(PVD)在連續(xù)的覆層過程中以約60重量％的Al和約39重量％的Fe以及約1重量％的Ti來覆層。這通過借助于電子束蒸發(fā)的鐵和鈦的同步沉積以及在單獨(dú)的熱學(xué)的PVD工藝步驟中鋁的沉積而實(shí)現(xiàn)。這得到了約8μm的層厚度。該層隨后在連續(xù)爐中熱學(xué)地在約500℃的條件下以及約60秒的處理時(shí)間(保持時(shí)長(zhǎng))的情況下再致密。熱學(xué)的再致密促使了層的附著力優(yōu)化以及促使了通過固體材料擴(kuò)散進(jìn)行第一次合金形成。

這樣在連續(xù)的帶覆層工藝中制成的鋼帶隨后取決于客戶處的進(jìn)一步加工工序而定裁切成扁坯并且引入到加壓淬火過程。在實(shí)驗(yàn)室加壓淬火爐中從6分鐘縮短為3分鐘的加熱階段的期間，調(diào)整出具有約55重量％的Fe和約45重量％的Al以及僅約150nm厚度的鋁和鈦氧化層的覆蓋層(覆層)。該覆蓋層具有對(duì)于進(jìn)一步加工、特別是對(duì)于涂漆而言非常適合的基本粗糙度Ra＝0.8-1μm以及RPC＝150-200。

已經(jīng)確定的是，在連續(xù)爐的陶瓷的運(yùn)輸輥以及在成型工具上都沒有顯示出有鋁附著。

出乎意料地確定了，與具有鋁-硅覆蓋層的參照板材不同的、減少了的基本粗糙度促成了在以KTL法覆層的鋼構(gòu)件上的腐蝕保護(hù)的改善。

試驗(yàn)2：

將基本材料、例如種類為22MnB5的可加壓淬火的鋼借助于物理氣相沉積在連續(xù)的覆層過程中以約50重量％的Al和約45重量％的Fe以及約5重量％的Mg進(jìn)行覆層。這通過借助于來自分開的坩堝的Jet-PVD的鋁和鎂的同步沉積以及在單獨(dú)的覆層步驟中借助于電子束蒸發(fā)的鐵的沉積而實(shí)現(xiàn)。這樣得到的層厚度約為8μm。該層隨后在連續(xù)爐中熱學(xué)地在約400℃的條件下以約60秒長(zhǎng)地再致密。該熱學(xué)的再致密促使層的附著力改善以及通過固體擴(kuò)散引起第一次合金形成。

將這樣在連續(xù)的帶覆層工藝中制成的鋼帶隨后根據(jù)客戶處的進(jìn)一步加工過程而定地裁切成扁坯以及引入加壓淬火過程中。在實(shí)驗(yàn)室加壓淬火爐中由6分鐘縮短成3.5分鐘的加熱階段期間內(nèi)，調(diào)整出具有約55重量％的Fe、約42重量％的Al和約3重量％的鎂以及約1μm的厚度的鋁和鎂的氧化層的金屬覆蓋層(覆層)。該覆蓋層具有對(duì)于進(jìn)一步加工、特別是對(duì)于涂漆而言的非常適合的基本粗糙度Ra＝1-2.2μm并且RPC＝100-120。

已經(jīng)確定的是，在連續(xù)爐的陶瓷的運(yùn)輸輥上以及在成型工具上都沒有顯示出鋁的附著。

此外，出乎意料地確定了，在KTL法中覆層的構(gòu)件上鋼板中的腐蝕深度由于鎂的存在而比在具有鋁-硅的標(biāo)準(zhǔn)覆層的鋼板的情況下明顯更低，該腐蝕深度是通過在刮痕處以及板邊緣處進(jìn)行的汽車典型的試驗(yàn)測(cè)定的。

試驗(yàn)3：

在基本材料上、例如品種為22MnB5的可加壓淬火的鋼上首先電鍍約4μm厚的Fe層。隨后，在將基板加熱至350℃之后，借助于熱學(xué)的PVD工藝施加約6μm厚的鋁-鎂層。從兩個(gè)分開的坩堝同時(shí)沉積這兩種合金成分(Al和Mg)。得到的Al層具有約10重量％的Mg含量。

這個(gè)層在鋼基板上促成了在已經(jīng)加壓淬火的構(gòu)件上也留下的通常為被動(dòng)的腐蝕保護(hù)。

這樣在連續(xù)的帶覆層過程中制造的鋼帶隨后取決于顧客處的進(jìn)一步加工過程地裁切成扁坯并且引入到加壓淬火過程。在實(shí)驗(yàn)室的加壓淬火爐中從6分鐘縮短為3.5分鐘的加熱階段的期間，調(diào)整出具有約60重量％的Fe、約37重量％的Al和約3重量％的鎂的以及約1μm的厚的鋁和鎂氧化層的金屬覆蓋層(覆層)。該覆蓋層具有對(duì)于進(jìn)一步加工、特別是對(duì)于涂漆而言非常適合的基本粗糙度Ra＝1-2.2μm并且RPC＝100-120。

已經(jīng)證實(shí)的是，在連續(xù)爐的陶瓷運(yùn)輸輥以及在成型工具上都沒有顯示出鋁的附著。

此外，出乎意料地確定了，在KTL法中覆層的構(gòu)件上鋼基板中的腐蝕深度由于鎂的存在而比在具有鋁-硅的標(biāo)準(zhǔn)覆層的鋼板的情況下明顯更低，該腐蝕深度是通過在刮痕處以及板邊緣處進(jìn)行的汽車典型的試驗(yàn)測(cè)定的。