制造设置有金属的防腐蚀保护层的钢构件的方法和钢构件技术

本发明专利技术涉及一种用于制造设置有金属的防腐蚀保护层的钢构件的方法，该钢构件具有非常高的机械性能，其中，将铁基合金直接施加在钢基底上，该铁基合金含有：50–80重量％的Fe,优选50‑65重量％的Fe,0‑30重量％的Mg,0‑5重量％的Al,0‑5重量％的Ti,0‑10重量％的Si,0‑10重量％的Li,0‑10重量％的Ca,0‑30重量％的Mn,剩余Zn和不可避免的杂质，并且其中，对覆有该铁基合金的钢基底进行热成型，从而得到所述钢构件。通过按照本发明专利技术的方法可以实现一种专门用于根据热成型的过程而制成的钢构件的金属的防腐蚀保护层。

Method of manufacturing a steel member provided with a metal corrosion-resistant protective layer and a steel member

The present invention relates to a method for making steel corrosion protection layer of the anti metal setting, the steel has very high mechanical properties, which will be applied directly in iron-based alloy on steel substrate, the iron-based alloy containing 50 to 80 wt% of Fe, preferably 50 65 weight% Fe, 0 30 wt% Mg, 0 5 wt% Al, 0 5 wt% Ti, 0 10 wt% Si, 0 10 wt% Li, 0 10 wt% Ca, 0 30 weight% of Mn, Zn and inevitable impurities, residual and the steel substrate of the Fe based alloy for thermal forming on the surface, resulting in the steel. Through the method according to the invention, a corrosion protective layer of metal for steel members made according to the process of thermoforming can be realized.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制造设置有金属的防腐蚀保护层的钢构件的方法和钢构件
本专利技术涉及一种用于制造设置有金属的防腐蚀保护涂层的、具有非常高的机械性能的钢构件的方法以及这类钢构件。
技术介绍
很多年以来已知的并提及的用于保护钢基底不受到腐蚀的方法是对薄板、特别是带状的薄钢板在含有锌或者锌合金的熔池中进行热浸镀层。锌涂层的层厚度在此通常借助剥离喷嘴(Abstreifdüse)而调整，该剥离喷嘴设置在熔池上方并且对准钢带的基本上垂直地从熔池中抽出的部分。该涂层方法也称为火镀锌。同样自多年以来已知的、火镀锌的薄板的变型为所谓的“锌镀层退火处理(Galvannealed)”。通过使钢带在剥离喷嘴之后在炉中热处理，其中铁由基底材料扩散到锌层中并且最终转变为锌-铁合金层，产生了这种变型。在EP1143029B1中描述了一种用于实现具有高机械性能的工件的方法，其中，该工件初始由板裁件通过热深冲而成型。该板裁件由“锌镀层退火处理”类型的钢板带材裁切而成。在板裁件的热深冲之前，在其表面上实现金属间的合金化合，该合金化合确保了对腐蚀和对钢材的脱碳的保护。为此，涂覆有锌或者基于锌的合金的钢板带材进行热处理，其中，覆层的钢板带材承受温度升高超过700℃。但是，在“锌镀层退火处理”类型的钢板带材上，在实际中通常发现在金属的防腐蚀保护层中的可见的裂纹和孔，它们即使在薄板涂漆之后仍是可见的并且因此并不能满足漆表面的高要求。
技术实现思路
由此出发，本专利技术的目的在于，说明一种方法，通过该方法可以实现一种专门用于待根据热成型的过程而制成的钢构件的金属的防腐蚀保护层。在此，该涂层应含有锌，从而实现阴极保护作用。另外应这样得到该涂层，即，(不同于在纯锌镀层和合金化热镀锌层的情况)在相对较短的加热时间之后已不再存在沿着晶界的锌渗透的危险并由此不再存在构件的受限的机械稳定性的危险。该目的通过具有权利要求1所述特征的方法得以实现。按照本专利技术的方法的有利和优选的设计方案在从属权利要求中给出。按照本专利技术的方法的特征在于，将铁基合金直接覆在钢基底上，该铁基合金含有：50–80重量％的Fe,优选50-65重量％的Fe,0-30重量％的Mg,0-5重量％的Al,0-5重量％的Ti,0-10重量％的Si,0-10重量％的Li,0-10重量％的Ca,0-30重量％的Mn,剩余Zn和不可避免的杂质，并且其中，对覆有该铁基合金的钢基底进行热成型，从而得到钢构件。在内部的试验中已令人意外地证实，按照本专利技术的方法制成的金属的层(涂层)即使在热成型之后仍具有包括阴极保护作用的出色的防腐蚀保护的特点。特别是证实了，通过按照本专利技术的方法避免了例如在纯锌镀层和合金化热镀锌层的情况下通常出现的涂层中的裂纹和孔。另外还发现，按照本专利技术的方法允许在热成型过程的加热阶段过程中显著缩短加热时间(保持时间)，而不会随后在按照本专利技术涂层并热成型的钢基底上导致裂纹的形成。加热时间(保持时间)的缩短也意味着相应的能量节约或实现了就既有的热成型设备而言的生产能力提高。另外，按照本专利技术的方法或者加热时间的缩短还促使尽可能地避免在钢基底上的氧化皮形成。由于Fe-Zn合金的高的温度稳定性，也避免了在热成型过程的加热阶段的过程中炉部件上的沉积。按照本专利技术的方法的一个有利的设计方案设置为，铁基合金以一种方式施加在钢基底上，由铁基合金形成的层具有大于1μm、优选大于2μm的层厚度。按照本专利技术地由铁基合金制成的层例如具有在2-30μm的范围内、特别是在5-20μm的范围内的层厚度。由此可以实现特别可靠的防腐蚀保护。按照本专利技术的方法的另一个有利的设计方案的特征在于，铁基合金借助物理的气相沉积(PVD法)或者电解沉积或者它们的组合而施加在钢基底上。以这种方式可以由铁基合金非常均匀地在钢基底(薄板)上形成防腐蚀保护的层。这样制成的防腐蚀保护的金属层在显微镜下显著地区别于由富含锌的预涂层通过随后退火而产生的层。为了在钢基底(薄板)上直接施加铁基合金，优选适合的是专门与高熔点的金属的蒸发相适应的、具有高涂覆率的PVD法(例如电子束蒸发)。按照本专利技术，铁基合金直接地施加在待受到防腐蚀保护的钢基底(薄板)上。因此，其并不是像在纯锌或“锌镀层退火处理”类型的薄板的情况下那样直到在退火过程中才在热处理炉中或者热成型设备的炉中通过铁的扩散而形成。但是，出于不同的原因，有利的是，将铁基合金施加到已加热的钢基底上。已发现特别有利的是，将钢基底加热到250至350℃之间的温度。按照本专利技术的方法的一个优选的设计方案设置为，在施加铁基合金之前加热钢基底，其中，该钢基底在施加铁基合金的过程中具有在250-350℃、优选280-320℃范围内的温度。按照本专利技术的方法的另一个设计方案，铁基合金可选地含有2-30重量％的Mg和/或2-5重量％的Al和/或2-5重量％的Ti和/或2-10重量％的Si和/或2-10重量％的Li和/或2-10重量％的Ca和/或2-30重量％的Mn(剩余Zn)。上述合金组成成分抑制了连续的氧化和扩散过程，由此有益于在淬火压的涂层中得到阴极保护相。防腐蚀保护的金属涂层的一个特别有利的设计方案在于，铁基合金具有：在50-65重量％范围内的Fe含量和在20-30重量％范围内的Mg含量，剩余Zn。在Mg含量超过20重量％的情况下，即使Fe含量超过50重量％仍表现出显著的阴极保护作用。因此，按照本专利技术的方法的一个优选的设计方案设置为，铁基合金含有20-30重量％的Mg。铝和/或钛可以加入铁基合金，从而确保锌含量的保护。因为这些元素在热成型的钢基底(薄板)的加热或奥氏体化过程中抵抗锌的流失。除了镁之外，特别是锂和钙也可以改善阴极防腐蚀保护。为了实现具有非常高的机械强度的重量减轻的钢构件，按照本专利技术的方法的另一个优选的设计方案设置为，通过热成型得到的钢构件在热成型过程中和/或在热成型过程之后以一种方式冷却，以使得该钢构件经历淬火硬化。本专利技术的主题另外还在于一种具有金属的防腐蚀保护层的钢构件，其通过根据权利要求1至7中任意一项所述的方法制成。附图说明随后借助实施例进一步说明本专利技术。附图中示出了：图1以立体的前视图示出了一个由锌镀层退火处理的薄板通过热深冲而制成的小圆碟，其在最大程度变形的区域中具有裂纹；图2示出了通过热深冲而制成的、具有在竖直或垂直的切片中的最大程度变形的区域的小圆碟的截面；图3示出了参照小圆碟的裂纹进行宏观评价的结果，这些小圆碟由锌镀层退火处理的薄板或者由覆有按照本专利技术的铁基合金的薄板分别通过热深冲在不同的温度和保持时间(加热时间)的条件下制成；而且图4示出了参照小圆碟进行的微观裂纹评价，这些小圆碟由锌镀层退火处理的薄板(GA)或者由覆有按照本专利技术的铁基合金层的薄板(Fe基)分别通过热深冲在880℃和不同的保持时间的条件下制成。具体实施方式在图3中示出的宏观的裂纹评价的结果以及在图4中示出的微观裂纹评价的结果是基于小圆碟N进行的，这些小圆碟其中一方面由具有合金化的Zn-Fe层(GA)的锌镀层退火处理的薄板而另一方面由覆有按照本专利技术的铁基合金(Fe基)的薄板分别通过热深冲而制成。使用的薄板的基底材料分别由可淬火压的钢材组成，例如22MnB5型钢材。锌镀层退火处理的薄板的合金化的Zn-Fe层含有约11重量％的Fe、约0.3重量％的Al和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造设置有金属的防腐蚀保护层的钢构件的方法，所述钢构件具有非常高的机械性能，其中，将铁基合金直接施加在钢基底上，所述铁基合金含有：50–80重量％的Fe,优选50‑65重量％的Fe,0‑30重量％的Mg,0‑5重量％的Al,0‑5重量％的Ti,0‑10重量％的Si,0‑10重量％的Li,0‑10重量％的Ca,0‑30重量％的Mn,剩余Zn和不可避免的杂质，并且其中，对以所述铁基合金覆层的钢基底进行热成型，从而得到所述钢构件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.12 EP 14167941.51.一种用于制造设置有金属的防腐蚀保护层的钢构件的方法，所述钢构件具有非常高的机械性能，其中，将铁基合金直接施加在钢基底上，所述铁基合金含有：50–80重量％的Fe,优选50-65重量％的Fe,0-30重量％的Mg,0-5重量％的Al,0-5重量％的Ti,0-10重量％的Si,0-10重量％的Li,0-10重量％的Ca,0-30重量％的Mn,剩余Zn和不可避免的杂质，并且其中，对以所述铁基合金覆层的钢基底进行热成型，从而得到所述钢构件。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铁基合金以一种方式施加在所述钢基底上，由所述铁基合金形成的覆层具有大于1μm、优选大于2μm的层厚度。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述铁基合金借助物理的气相沉积或者电解沉积或者它们的组合而施加...

【专利技术属性】
技术研发人员：贝恩德·舒马赫尔，克里斯蒂安·施韦尔特，阿克塞尔·施罗滕，拉尔夫·鲍谢，
申请(专利权)人：蒂森克虏伯钢铁欧洲股份公司，蒂森克虏伯股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE