用于制造金屬涂覆和熱成型的鋼構(gòu)件及金屬涂覆鋼帶產(chǎn)品的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于通過直接熱成型技術(shù)制造金屬涂覆和熱成型的鋼構(gòu)件的方法，并 且尤其涉及根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求1所述的這樣一種方法。
[0002] 本發(fā)明進(jìn)一步涉及用于直接熱成型的金屬涂覆鋼帶產(chǎn)品，并且尤其涉及根據(jù)獨(dú)立 權(quán)利要求15所述的這樣一種產(chǎn)品。
【背景技術(shù)】
[0003] 用于生產(chǎn)尤其用于汽車工業(yè)的超高強(qiáng)度鋼構(gòu)件的熱成型是完善的工藝。作為術(shù) 語，熱成型包括幾個諸如熱沖壓或熱壓成型的術(shù)語。當(dāng)也考慮冶金學(xué)相變時，通常使用另外 的術(shù)語，諸如壓模淬火（diequenching)和加壓淬火（模壓淬火，presshardening)。最常 用的實(shí)踐是直接熱成型，其中在升高的溫度下鋼構(gòu)件的形狀形成為鋼板（steelsheet)。在 包括加壓淬火的熱成型工藝中，將可淬火的（hardenable)鋼板在高溫下熱成型，隨后使用 冷卻的加壓成型模淬火。因此鋼構(gòu)件在同一次加壓中獲得其形狀和機(jī)械性能。這是包括加 壓中的淬火的直接熱成型工藝的一個例子。可替代地，可以將鋼板首先在第一加壓中冷成 型為預(yù)成形的鋼構(gòu)件，隨后將預(yù)成形的鋼構(gòu)件加熱并在第二加壓中熱成型。后者是所謂的 間接熱成型工藝，其中大部分的變形通常是在冷加壓成型中進(jìn)行的。
[0004] 通常，該熱成型技術(shù)相比冷成型技術(shù)提供了幾個益處，例如鋼材料在加熱狀態(tài)下 的顯著改善的可成形性，以及導(dǎo)致鋼構(gòu)件的尺寸精度改善的降低的回彈效應(yīng)。此外，在高溫 下的成型需要導(dǎo)致更好的材料利用率的較小的成型力。此外，即使在加壓淬火之后，鋼構(gòu)件 依然包含一些變形能力。然而，該眾所周知的熱成型工藝也具有一些缺點(diǎn)，諸如在非受控的 爐內(nèi)氣氛加熱的過程中會在鋼的表面上形成氧化物層。此處的非受控氣氛意指沒有使用保 護(hù)氣體。必須在隨后的涂覆工藝之前移除該鐵氧化物，從而致使成本增加。此外，裸露的鋼 板表面可能在加熱過程中經(jīng)受脫碳，其會導(dǎo)致不可接受的機(jī)械性能損失。這些缺點(diǎn)限制了 熱成型工藝在生產(chǎn)超高強(qiáng)度汽車用鋼構(gòu)件中更寬泛的使用。
[0005] 因此，近年來，為了滿足汽車工業(yè)中對更輕量結(jié)構(gòu)的日益增加的需要，已經(jīng)確定具 有不同的金屬涂層，諸如鋅或鋅基的或Al-Si涂層的鋼板是適用于熱成型的。關(guān)于此的示 例性專利公開是EP1143029A。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過涂層和鋼板中的鐵之間的相互擴(kuò)散來防止 或至少減少鋼的奧氏體化過程中涂層的熔化。那些涂層是由已知的諸如熱浸鍍或電鍍生產(chǎn) 的，并且它們具有保護(hù)鋼表面不受脫碳和/或氧化的能力。幾個最新的研制努力已經(jīng)旨在 研制不同的用于熱成型的涂層，以滿足直接和間接熱成型工藝兩者中的挑戰(zhàn)。自然地，在間 接熱成型中，鋼板必須在室溫下可成型，以使第一加壓中的冷壓成型是可能的。這意味著必 須在涂覆之前將冷乳的鋼帶和鋼板軟化退火。通常這會在涂覆之前在高于再結(jié)晶溫度的溫 度諸如在700-900°C的溫度下，在連續(xù)退火工藝中進(jìn)行大量或完全的再結(jié)晶所需要的時間。 因此，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，特別是如果鋼帶旨在用于包括冷成型的工藝中，則對具有由再結(jié)晶晶 粒組成的微觀結(jié)構(gòu)的軟化退火鋼帶進(jìn)行涂覆。因此，同樣在熱成型的后期加熱步驟中，現(xiàn)有 技術(shù)中使用了軟化退火鋼帶。
[0006] 在汽車裝配線中，焊接法是最常用于連接這種鋼構(gòu)件的連接方法。特別是點(diǎn)焊，廣 泛用于焊接汽車用鋼構(gòu)件，這是因為例如其是適用于薄鋼板的快速方法，并且可以完全自 動化。然而，快速且自動化的工藝對影響鋼構(gòu)件可焊性的因素設(shè)置了幾個要求。例如鋼材 料的一般可焊性應(yīng)當(dāng)盡可能好，并且較低的CEV(碳當(dāng)量）值是高度期望的。通常普遍使用 的可淬火鋼，諸如不同等級的硼鋼，如22MnB5,具有很高的0. 50-0. 55范圍內(nèi)的CEV值。特 別是當(dāng)考慮提供高于典型的22MnB5的強(qiáng)度的可淬火鋼等級時，出現(xiàn)的問題是CEV進(jìn)一步增 加并減弱可焊性，這是不期望的。此外，當(dāng)強(qiáng)度增加時，展延性通常受到影響?？偠灾?，金 屬涂層和熱成型的鋼組件的機(jī)械性能難以在不弱化可焊性的情況下獲得改善。此外，不同 的涂覆系統(tǒng)遭受幾種類型的裂紋問題。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007] 發(fā)明目的
[0008] 本發(fā)明的目的首先是提供用于直接熱成型的金屬涂覆的鋼帶，其次是提供用于制 造金屬涂覆和熱成型的鋼構(gòu)件的方法，其二者解決或至少減輕現(xiàn)有技術(shù)的一種或多種問 題。
[0009] 本發(fā)明的目的是利用根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造金屬涂覆和熱成型的鋼構(gòu) 件的方法實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的目的還是利用根據(jù)權(quán)利要求15所述的金屬涂覆的鋼帶產(chǎn)品實(shí) 現(xiàn)的。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式在從屬權(quán)利要求2-14和16-23中公開。
[0010] 發(fā)明的簡短說明
[0011] 根據(jù)上文呈現(xiàn)的觀點(diǎn)，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在直接熱壓成型中，由于成型是在升高的溫度 下進(jìn)行的事實(shí)，因此冷成型性實(shí)際上并不是所需的，并且通過影響金屬涂覆鋼帶的初始晶 粒結(jié)構(gòu)，由直接熱成型工藝生產(chǎn)的金屬涂覆和熱成型的鋼構(gòu)件的機(jī)械性能可能受到影響而 不減弱可焊性。因此，本發(fā)明是基于生產(chǎn)的初始晶粒結(jié)構(gòu)并且基于在熱成型加熱板之前金 屬涂覆鋼帶產(chǎn)品產(chǎn)生的屈服比。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明，用于直接熱成型的、由可淬火的合金鋼制成的金屬涂覆鋼帶產(chǎn)品的 晶粒結(jié)構(gòu)是包含未再結(jié)晶的晶粒的變形晶粒結(jié)構(gòu)，并且鋼帶產(chǎn)品的屈服比（YS/TS)高于 〇. 75。所述晶粒結(jié)構(gòu)的再結(jié)晶在鋼帶表面上施加金屬涂層之前、過程中以及緊接其后，被至 少延遲了，乃至完全避免或省去了（leavedout)。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明，對于具有包括未再結(jié)晶的晶粒的變形晶粒結(jié)構(gòu)的鋼帶，進(jìn)行將金屬 涂層施加至冷乳鋼帶的表面的步驟，以獲得仍然具有包括未再結(jié)晶的晶粒的變形晶粒結(jié)構(gòu) 并且具有高于0.75的屈服比（YS/TS)的金屬涂覆鋼帶產(chǎn)品，并且將具有變形晶粒結(jié)構(gòu)和高 屈服比（YS/TS)的金屬涂覆的鋼帶產(chǎn)品用于熱成型的加熱步驟。
[0014] 這種鋼帶產(chǎn)品不能成功用于間接加壓淬火，但適用于直接熱壓成型，并提供影響 機(jī)械性能而不弱化可焊性的可能性。這是因為包含未再結(jié)晶的晶粒的高度變形的晶粒結(jié) 構(gòu)包括由于在熱成型和冷卻之前的奧氏體化加熱致使提供細(xì)晶粒的奧氏體（Y)的奧氏體 (Y)晶粒的高潛在晶核（即成核位置）數(shù)。未再結(jié)晶的晶粒的體積分?jǐn)?shù)越高，奧氏體晶 粒的潛在的初始生長點(diǎn)或成核位置的數(shù)目越高。當(dāng)這種在微觀結(jié)構(gòu)中具有細(xì)晶粒奧氏體 (Y)的金屬涂覆奧氏體鋼帶產(chǎn)品進(jìn)行熱成型和冷卻時，特別是熱成型和加壓淬火時，已經(jīng) 發(fā)現(xiàn)，金屬涂覆和熱成型的鋼構(gòu)件可以包括因更細(xì)的原始奧氏體（Y)晶粒而改善的機(jī)械 性能。在熱成型和加壓淬火的情況下，這種原始奧氏體（Y)可以形成更細(xì)的馬氏體的包 (packet)和塊。這提供了降低合金化水平的可能，從而通過降低CEV改善可焊性而不損失 強(qiáng)度。此外，這種鋼帶產(chǎn)品可以在熱壓成型中提供改善的涂覆特性。
[0015] 另外，在快速加熱和熱成型循環(huán)中有利地利用根據(jù)本發(fā)明的鋼帶產(chǎn)品，這使得包 括具有不同工作-循環(huán)時間的設(shè)備的生產(chǎn)更加順暢。然而，由于初始的原始奧氏體（Y)晶 粒尺寸可能很小，因此根據(jù)本發(fā)明的鋼帶也可以用于典型的長時間，即慢熱成型循環(huán)。這是 因為，由于本發(fā)明，初始的原始奧氏體（y)顆粒尺寸較小，其可以至少部分補(bǔ)償可以在爐 內(nèi)奧氏體化的時間延長的情況下發(fā)生的晶粒生長。
[0016] 最后但是非常重要地，施加至鋼帶表面的金屬涂層通過排除上述的、在典型的非 受控爐內(nèi)氣氛中進(jìn)行的熱成型之后的氧化鐵移除步驟，提供顯著的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。此外， 金屬涂層可以防止熱成型工藝過程中的脫碳，其可能對于熱成型的鋼組件的機(jī)械性能是不 利的。
【附圖說明】
[0017] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的方法中所包括的步驟的示意圖。
[0018] 圖2是根據(jù)本發(fā)明的方法中所包括的步驟的示意性時間-溫度圖（不按比例）。
[0019] 圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的幾個可替換實(shí)施方式的示意圖。
[0020] 圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的詳細(xì)實(shí)施方式的特征的示意性時間_溫度圖（不按比 例）。
[0021] 圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的其他詳細(xì)實(shí)施方式的特征的示意性時間-溫度圖（不按 比例）。
[0022] 圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的鋼產(chǎn)品16。
[0023] 圖7示出了當(dāng)化時晶粒結(jié)構(gòu)再結(jié)晶的演變。圖片是由光學(xué)顯微鏡（LePera 蝕刻）所拍攝的。
[0024] 圖8示出了完全未再結(jié)晶的晶粒結(jié)構(gòu)的圖片。圖片是由光學(xué)顯微鏡（Nital蝕刻） 拍攝的。
[0025] 參考數(shù)字和術(shù)語的簡要說明
[0026] 1 步驟1，提供由可淬火的合金鋼制成的鋼帶
[0027] 2 步驟2,冷乳
[0028] 3 步驟3,加熱（可選的）
[0029]3. 1步驟3. 1，第一次退火（可選的）
[0030] 4 步驟4,施加金屬涂層
[0031] 4. 1步驟4. 1，通過熱浸鍍施加金屬涂層（可選的）
[0032] 4.2步驟4. 2,電鍍（可選的）
[0033] 5 步驟 5,沖裁（下料，blanking)
[0034] 6 步驟6,加熱至高于Acl的溫度
[0035] 6. 1步驟6的第一加熱段
[0036] 6. 2步驟6的第二加熱段
[0037] 7 步驟7,熱成型
[0038] 8 步驟8,冷卻
[0039] 9 步驟9,第二次退火（可選的）
[0040] 10 包含未再結(jié)晶的晶粒的變形晶粒結(jié)構(gòu)
[0041] 10. 1不存在任何回復(fù)的包含未再結(jié)晶晶粒的變形晶粒結(jié)構(gòu)
[0042] 10. 2包含未再結(jié)晶晶粒的變形并且可能回復(fù)的晶粒結(jié)構(gòu)
[0043] 10. 3包含未再結(jié)晶晶粒的變形并且至少部分回復(fù)的晶粒結(jié)構(gòu)
[0044]11 步驟11，第三次退火（可選的）
[0045] 12 細(xì)晶粒原始奧氏體（Y)，即步驟6過程中形成的奧氏體
[0046] 13 步驟13,進(jìn)行第一初步熱處理（可選的）
[0047] 14 步驟14,進(jìn)行第二初步熱處理（