由冲压成型硬化的铝基涂层钢板制成的部件和生产该部件的方法技术

技术编号:20595416 阅读:30 留言:0更新日期:2019-03-16 11:07
本发明专利技术涉及由冲压成型硬化的铝基涂层钢板制成的部件,该涂层具有应用于热浸工艺的含铝和硅的覆盖层,其特征在于冲压成型硬化部件在钢板与覆盖层之间的过渡区中具有互扩散区I,其中,取决于在加热和冲压硬化之前覆盖层的层应用,互扩散区I的厚度遵从如下公式:I[μm]

Components made of stamping hardened aluminium-based coated steel sheets and methods for manufacturing them

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】由冲压成型硬化的铝基涂层钢板制成的部件和生产该部件的方法本专利技术涉及由具有铝基涂层的冲压成型硬化钢板构成的部件,其中该涂层(coating)包括应用于热浸工艺并且含有铝和硅的涂覆层(coat)。本专利技术还涉及生产该部件的方法。特别地,该涂层涉及铝硅涂覆层。众所周知,热成型钢板被越来越频繁地使用,尤其是在汽车工程中。通过定义为冲压硬化(press-hardening)的工艺,可以生产主要用在车身制造领域的高强度部件。冲压硬化基本上能够通过两种不同的方法变型来实施,也就是通过直接法或间接法。然而,在间接法中,成型和硬化的方法步骤是彼此分开执行的,在直接法中,它们在一个设备(tool)中一起进行。在下文中将只考虑直接法。在直接法中,将钢板加热至超过所谓的奥氏体化温度(Ac3)。然后,将加热钢板转移至成型设备中并且在单级成型步骤中成型以制造成品部件,在这种情况下,同时由冷却成型设备以大于钢板的临界冷却速度的速度对成品部件进行冷却,以便生产硬化部件。钢板本身通常会从缠绕成卷的钢带上切割下来,然后进一步加工。待成型的钢板经常被称作板材(plate)。该应用领域已知的热成型钢例如是锰硼钢“22MnB5”和近来根据欧洲专利EP2449138B1的气硬钢。除了未经涂布的钢板之外,包括针对冲压硬化的防锈皮的钢板也被使用(例如,用于车身构建)。这方面的优势是:除了成品部件耐腐蚀性增强之外,板材或部件在熔炉内不会产生锈皮,借此,剥落的锈皮对冲压设备造成的磨损会降低并且部件在进一步加工之前通常不需要进行昂贵的喷射处理(blasting)。目前,热浸采用的下述(合金)涂层对冲压硬化来说是已知的:铝-硅(AS)、锌-铝(Z)、锌-铝-铁(ZF/镀层退火)、锌-镁-铝(ZM)以及锌-镍或锌的电解沉积涂层,其中后者在热成型之前会转变为铁-锌合金层。这些防腐蚀涂层按照惯例会在连续进料过程中应用于热轧或冷轧带材。通过由在成型设备中热成型的冲压硬化钢构成的预制品的淬火(quenching)而生产的部件从德国专利DE60119826T2知晓。在这种情况下,将钢板预先加热至超过奥氏体化温度至800-1200℃并且可能被提供有锌或基于锌的金属涂覆层,然后在间或冷却设备中通过热成型来成型钢板以生产部件,其中,在成型过程中,由于快速排热的原因,成型设备中的钢板或部件经过淬火硬化(冲压硬化)并且由于产生的马氏体硬度结构而得到需要的强度性能。通过涂覆有铝合金并且由在成型设备中热成型的冲压硬化钢构成的预制品的淬火而生产的部件从德国专利DE69933751T2知晓。在这种情况下,在成型之前将涂覆有铝合金的钢板加热至700℃以上,其中基于铁、铝和硅的金属间化合物在钢板表面生成,随后将钢板成型并以超过临界冷却速度的速度冷却。公开文献US2011/0300407A1公开了一种用于汽车工业的冲压成型硬化钢板的生产方法。在热浸工艺中,向钢板提供层支撑物(layersupport)是20至80g/m2的铝-硅(AS)涂覆层,将钢板加热至超过820℃的温度并在该温度下保持一段时间(大约3分钟)。从而在涂覆层中形成不同的金属间相,例如Fe3Al、FeAl或Fe-Al2O3。通过使用冲压机热成型之后,产品仍在冲压机中时冷却。欧洲专利申请EP2312011A1也描述了一种用于汽车工业的铸造模塑件上金属涂层的生产方法。为了该目的,在熔池中向铸造模塑件提供铝合金,然后在氧化气氛中对铸造模塑件进行热处理以产生耐高温氧化铝层。在热处理之后,提供阳极氧化。德国专利文献DE19853285C1提出了马氏体钢的保护层的生产方法。在保护性气氛(有5%H2的氩)中,待涂覆的钢板浸入铝或铝合金的熔融物中,冷却,然后在奥氏体化温度下进行热等静压。因此,生产的铝保护层具有100至200μm的厚度,该文献记载钢板表面具有大约1μm厚的氧化铝层,但是没有提供如何生产或得到的该层的进一步细节。欧洲专利申请EP2017074A2公开了由具有通过热浸镀涂覆的铝层的钢管构成的机动车管道。在涂覆过程中通过铝的温度和氧浓度来调整氧化铝层的厚度;厚度是4至30nm。相比于锌基涂覆层,铝基涂覆层的优点在于如下事实:除了较大的工艺窗口(例如,在加热参数方面)外,成品部件在进一步加工之前不需要进行喷射处理。此外,对于铝基涂覆层,不存在液态金属脆化的风险,并且在前奥氏体晶界的近表面基底区域不会形成微裂纹,微裂纹深度大于10μm就会对疲劳强度产生不利影响。然而,使用铝基涂覆层(例如由铝-硅(AS)构成)的缺点是:当冲压硬化已采用了过短的加热时间时,阴极浸涂(KTL)中(通常用于汽车)成型部件的漆粘合不足。加热时间短时,表面粗糙度不足,所以无法实现足够的漆粘合。与锌基涂覆层相反,铝基涂覆层不能磷化或不能充分地磷化,因此磷化步骤不能实现对漆粘合的改善。由于这些原因,至今,当加工具有铝基涂覆层的板材时,必须保持最小的加热时间,借此,涂覆层与铁完全合金化并形成粗糙的表面形貌,这在对成型部件上漆时可产生足够的漆粘合。然而,涂覆层与铁完全合金化并形成能够上漆的表面形貌需要在通常使用的辊底式炉中有相应长的停留时间,这极大的延长了周期时间并降低了冲压成型硬化工艺的经济可行性。因此,最小保压时间由涂覆层而非由主要材料来决定,主要材料只是实现需要的奥氏体化温度所必需的。此外,与铁的较大合金化会降低耐腐蚀性,这是因为在炉内停留时间期间合金层中的铝含量降低且铁含量增加。对于AS板材,不管需要的炉内停留时间如何,通常采用较长的炉来实现高周期率。然而,这些长炉的购买和运行费用更高,并且还需要非常大的空间。AS涂覆层的另一缺点在于如下事实:在退火时间非常短时,点焊过程中焊接性能极其差。这例如仅在非常小的焊接区显现。其原因尤其是伴随短退火时间的非常低的过渡电阻。因此,本专利技术的目的是提供一种由具有铝基涂层的冲压成型硬化钢板构成的部件,该钢板的生产成本低廉并具有极好的上漆性能和焊接性能,尤其是电阻点焊性能。此外,本专利技术还提供了生产该部件的方法。本专利技术的教导包括由具有铝基涂层的冲压成型硬化钢板构成的部件,其中涂层包括应用于热浸工艺并且含有铝和硅的涂覆层,其特征是冲压成型硬化部件在介于钢板和涂覆层之间的过渡区中具有互扩散区I,其中,取决于在加热和冲压硬化之前涂覆层的层支撑物,互扩散区I的厚度满足如下公式:在互扩散区I上形成具有不同金属间相、平均总厚度是8至80μm的区域,所述区域上又布置有含有氧化铝和/或氢氧化铝、平均厚度是最小0.05μm至最大5μm的覆盖层。在下文中将铝基涂覆层理解为金属涂覆层,其中铝是主要成分(以质量百分比表示)。可用的铝基涂覆层的例子是铝-硅(AS)、铝-锌-硅(AZ)和具有添加元素外加剂的相同涂层,添加元素例如是镁,过渡金属诸如锰、钛和稀土元素。根据本专利技术的钢板的涂覆层可在Si含量是8wt%至12wt%、Fe含量是1wt%至4wt%、余量为铝的熔池中生产。在钢板或钢带的铝基涂层上形成的含有氧化铝和/或氢氧化铝的定义的覆盖层能够极大地减小或者甚至完全防止前述的铝基涂层的不利方面。含有氧化铝和/或氢氧化铝的覆盖层会对冲压成型硬化形成的部件起作用,原因是它们的网格状结构是随后上漆,尤其是阴极浸涂(KTL)的理想的粘附促进剂。因此,不再需本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种部件,由具有铝基涂层的冲压成型硬化钢板构成,其中所述涂层包括应用于热浸工艺并且含有铝和硅的涂覆层,其特征在于,冲压成型硬化部件在所述钢板与所述涂覆层之间的过渡区中具有互扩散区I,其中,取决于在加热和冲压硬化之前涂覆层的层支撑物,所述互扩散区I的厚度满足如下公式:

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.18 DE 102016107152.81.一种部件,由具有铝基涂层的冲压成型硬化钢板构成,其中所述涂层包括应用于热浸工艺并且含有铝和硅的涂覆层,其特征在于,冲压成型硬化部件在所述钢板与所述涂覆层之间的过渡区中具有互扩散区I,其中,取决于在加热和冲压硬化之前涂覆层的层支撑物,所述互扩散区I的厚度满足如下公式:在所述互扩散区I上形成具有不同金属间相、平均总厚度是8μm至50μm的区域,所述区域上又布置有含有氧化铝和/或氢氧化铝、平均厚度是最小0.05μm至最大5μm的覆盖层。2.根据权利要求1所述的部件,其特征在于,取决于当前层支撑物的起始材料,所述互扩散区I的厚度根据如下公式形成3.根据权利要求1所述的部件,其特征在于,取决于当前层支撑物的起始材料,所述互扩散区I的厚度根据如下公式形成4.根据权利要求1至3任一项所述的部件,其特征在于,所述覆盖层的平均层厚度最小是0.10μm且最大是3.0μm。5.根据权利要求1至3任一项所述的部件,其特征在于,所述覆盖层的平均层厚度最小是0.15μm且最大是1.0μm。6.根据权利要求1至5任一项所述的部件,其特征在于,所述涂覆层的总孔隙度小于6%,优选小于4%,最佳小于2%。7.根据权利要求1至6任一项所述的部件,其特征在于,所述钢板的所述涂覆层在Si含量是8-12wt%、Fe含量是1-4wt%、余量为铝和不可避免的杂质的熔池中生产。8.一种由具有铝基涂层的冲压成型硬化钢板或钢带生产部件的方法,所述钢板或钢带尤其...

【专利技术属性】
技术研发人员:托马斯·科尔马克·德伯斯弗里德里希·卢瑟克里斯蒂安·弗瑞兹澈斯特凡·穆特兹弗兰克·贝尔霍克费雷德里克·哈特曼马提亚·格勒简费雷德里克·拉斯
申请(专利权)人:德国沙士基达板材有限公司大众汽车有限公司
类型:发明
国别省市:德国,DE

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1