制备具有锌合金防腐蚀层的硬化钢组件的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备硬化钢部件的方法，其中，从由可硬化钢合金制成的合金镀锌钢带上切下薄板坯料，然后将薄板坯料加热到产生奥氏体结构变化的温度，优选加热到高于相应的Ac3点的温度，其中，再将奥氏体化薄板坯料传送到模压淬火工具，在该模压淬火工具中，薄板坯料通过上工具和下工具以单冲程或多冲程热成型，其中，成型的薄板坯料依靠工具特别是冷的工具以高于临界冷却速率的速度冷却，以产生马氏体硬化，其特征在于，在于钢带上镀锌之后，优选为热浸镀锌之后，在温度升高到达到奥氏体化之前，锡施加于钢带或薄板坯料的表面。锡施加于钢带或薄板坯料的表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制备具有锌合金防腐蚀层的硬化钢组件的方法


[0001]本专利技术涉及一种制备具有锌合金防腐蚀层的硬化钢组件的方法。

技术介绍

[0002]人们早就知道为在正常使用条件下会发生腐蚀的金属薄板特别是金属带提供保护层。
[0003]一般情况下，金属带上的腐蚀保护层可为有机涂层，例如，油漆。这些这些油漆很容易含有腐蚀抑制剂。
[0004]人们还知道通过金属层来保护金属带。这种金属层可包含电化学上更贵的金属或电化学上更贱的金属。
[0005]在金属层包含电化学上更贵的金属或自钝化金属如铝时，我们称之为屏障保护层。例如，当铝应用于钢时，如果该屏障保护层在某些区域不再存在，例如由于机械损坏，钢材料就会遭受腐蚀。钢的常见的屏障保护层是上述的铝层，通常通过热浸涂的方式施加。
[0006]如果电化学上更贱的金属作为保护层，我们称之为阴极防腐涂层。因为如果防腐涂层受到机械损伤露出钢材，当钢材暴露于腐蚀条件时，电化学上更贱金属先于钢材被腐蚀，本身受到腐蚀。
[0007]钢上的最常用的阴极保护涂层为锌层或锌基合金。
[0008]已知的镀锌方法有很多种。一种常见的镀锌方法是所谓的热浸镀锌(也称为批量镀锌)。在这种情况下，钢(例如钢带或钢线丝)或钢片(例如组件或薄板坯料)连续浸入温度约为450～600℃的熔融锌浴中(锌的熔点为419.5℃)。根据DIN EN ISO 1461，锌浴通常至少含有98.0wt％的锌。在钢表面上形成有坚韧的铁和锌的合金层，该铁和锌的合金层被牢固粘附的纯锌层覆盖，纯锌层的成分对应于锌浴的成分。在连续镀锌的钢条上，锌层的厚度为5～40μm。在由钢片镀锌形成的组件中，锌层的厚度可为50～150μm。
[0009]在电解镀锌(电镀镀锌)中，钢条或钢板不浸入镀锌槽中，而不是锌电解液中。在这种情况下，待镀锌钢作为阴极被引入到该溶液中，越纯越好的锌电极或含有大量溶解锌的电解质组成的电极作为阳极。电流通过电解质溶液传导。在这种情况下，锌(氧化阶段+II)以离子形式存在被还原成金属锌沉积在钢表面。相较于热镀锌，采用电解镀锌可得到更薄的锌层。此时，锌层厚度与电流的强度和持续时间成正比，其中取决于工件的几何形状和阳极，于整个工件上的形成锌层厚度分布。
[0010]为确保与锌层的附着力需要对表面进行仔细的预处理。例如，预处理可以是脱脂、碱洗、冲洗和/或除垢。在镀锌之后，可以进行一种或多种后处理，例如磷化、上油、或施加有机涂层(电泳浸入式喷涂，简称CIP)。
[0011]通常，这不仅涉及沉积纯金属涂层。还有可沉积许多已知的合金。除纯铝涂层外，还有包含铝和锌的涂层，以及除主要包含锌外还包含有少量铝的涂层；也可以包含其他元素，例如锌、镍、铬、镁、和其他元素、以及它们的混合物。每当在申请中提到锌腐蚀保护层或镀锌钢带时，这些也包括锌基合金。
[0012]众所周知，特别是为了减轻车身重量，使车身的至少一部分具有高强度，以确保在发生碰撞时具有足够的强度。重量减轻是因为高强度钢种可以被使用并具有相对较薄的壁厚，因此重量较轻。
[0013]即使在使用高强度钢种时，也有不同的方法和极其广泛的钢种可供使用。
[0014]由于淬火硬化，使用高强度钢种尤为常见。淬火硬化是指选择高于临界冷却速度的冷却速度。后者约为每秒15～25
°
开尔文，但也可能更低，具体取决于合金成分。可以通过淬火硬化来硬化的常见钢种是所谓的硼锰钢，例如，最常用的22MnB5，以及这种钢的衍生物，例如，20MnB8和30MnB8。微合金钢等非硬化钢也可以采用直接或间接工艺进行热成型。
[0015]这种钢种在未硬化状态下可以很容易地成型，被切割成需要的尺寸。
[0016]基本上有两种不同的过程，特别是在车身结构中，将这些钢种制成所需的形状并对其进行硬化。
[0017]第一个较老的过程是所谓的模压淬火。在模压淬火中，从由诸如22MnB5或类似的锰硼钢等可淬火硬化的合金钢制成的薄钢条上切割出扁平的薄板坯料料。然后将该薄板坯料料加热到使钢结构呈伽马铁或奥氏体形式的程度。为了实现这种结构，因此必须超过所谓的奥氏体化温度Ac3，至少在需要完全奥氏体化时是这样。
[0018]根据钢材，这个温度可以在820～900℃之间；例如，这种钢板条被加热到大约900～930℃，并保持在这个温度直到结构变化完成。
[0019]然后，这种钢板条在热状态下被转移到压力机中，压力机包括各自具有相应形状的上工具和下工具，热的钢板条以单个压力冲程被塑造为期望的形状。通过热钢材料与比较冷的，特别是冷却的压力工具即成型工具，接触，能量很快地从钢中去除。特别是，热量必须足够快地排出，以超过所谓的临界硬化速度，通常在20～25
°
开尔文每秒。
[0020]如果以这样的速度进行冷却，则奥氏体结构不会变回铁素体初始结构；相反，获得了马氏体结构。由于奥氏体在其结构中溶解的碳比马氏体多得多，因此碳析出现象会导致晶格畸变，从而导致最终产品的硬度很高。可以说，快速冷却稳定了马氏体状态。这使得可以实现大于1500MPa的硬度和抗拉强度Rm。也可以通过不需要更详细讨论的适当措施来建立硬度分布，例如完全或部分再加热。
[0021]生产硬化钢部件，特别是用于车身结构的另一种较新的方法是成型硬化，这是由申请人开发的。在成型硬化中，从钢带上切下扁钢条，然后将该扁钢条在冷态下成型。特别是，这种成型不是通过单个压力冲程进行的，而是像传统冲压线中的惯例那样，例如在五步过程中进行。该工艺能够生产出明显更复杂的形状，从而最终可以生产出形状复杂的部件，例如汽车的B柱或纵向构件。
[0022]然后为了使这种完全成型的部件硬化，该部件同样在炉中进行奥氏体化并且在奥氏体化状态下被转移到成型工具中。所述成型工具具有最终部件的轮廓。优选地，预成型部件在加热之前以这样的方式成型，即在加热之后并且因此也在发生热膨胀之后，该部件已经尽可能地与硬化部件的最终尺寸对应。将该奥氏体化毛坯以奥氏体化状态放入成型工具中，并且成型工具闭合。在这种情况下，优选地，该部件在所有侧面上都被成型工具接触并以夹紧的方式保持，并且同样以通过与成型工具接触的方式去除热量，从而产生马氏体结构。
[0023]在夹紧状态下，不会发生收缩。因此，具有相应最终尺寸的最终硬化部件可以在硬
化和冷却后从成型工具中取出。
[0024]由于机动车车身通常具有防腐蚀涂层，防腐蚀层最接近构成车身的金属材料，尤其是钢，以金属涂层的形式体现。因此，过去的努力和发展集中在关于硬化部件的腐蚀保护涂层。
[0025]然而，待硬化部件的防腐蚀涂层必须满足与未硬化部件的防腐蚀涂层不同的要求。防腐蚀涂层必须能够承受硬化过程中产生的高温。由于人们早就知道热浸镀铝涂层也可以承受高温，因此首先开发了带有铝保护层的模压淬火钢。这种涂层不仅能够承受高温，而且能够承受热状态下的成型。然而，不利的是，通常在机动车辆中，使用的传统钢种未经过热浸镀铝处理，而是经过热浸镀锌处理，并且使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制备硬化钢部件的方法，其中，从由可硬化钢合金制成的合金镀锌钢带上切下薄板坯料，然后将薄板坯料加热到产生奥氏体结构变化的温度，优选加热到高于相应的Ac3点的温度，其中，再将奥氏体化薄板坯料传送到模压淬火工具，在该模压淬火工具中，薄板坯料通过上工具和下工具以单冲程或多冲程热成型，其中，成型的薄板坯料依靠工具特别是冷的工具以高于临界冷却速率的速度冷却，以产生马氏体硬化，其特征在于，在于钢带上镀锌之后，优选为热浸镀锌之后，在温度升高到达到奥氏体化之前，锡施加于钢带或薄板坯料的表面。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以离子形式或以金属形式施加锡，其中，在离子形式中，锡是从水盐溶液中施加的，在金属形式中，锡是使用CVD或PVD工艺来施加的。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，锡从碱性溶液或酸性溶液中施加的。4.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，施加了锡酸盐水溶液，将其调节为碱性或酸性。5.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，溶液中的锡与柠檬酸络合。6.根据前述任一项权利要求所述的方法，其特征在于，以1～5μm的层厚度，特别是1～3μm的层厚度施加所述水溶液，其中，干燥时，层厚度为50～250nm，优选为50～150nm，特别是75～125nm，尤其是80～100nm。7.根据前述任一项权利要求所述的方法，锡涂层为30～90mg tin/m2，特别是40～80mg tin/m2，尤其是50～60mg ...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：奥钢联钢铁有限责任公司，
类型：发明
国别省市：