專利名稱：高強(qiáng)度壓硬制品及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種已經(jīng)進(jìn)行淬火工藝以提高強(qiáng)度的、具有優(yōu)異的可加工性以及優(yōu)異的耐腐蝕性和耐疲勞性的成形制品，還涉及制造所述成形制品的方法。
背景技術(shù)：
近年來，為了降低機(jī)動(dòng)車的重量和改善安全性，一直在尋求對(duì)于機(jī)動(dòng)車部件和用于機(jī)動(dòng)車部件的材料的強(qiáng)度的提高。對(duì)于作為這種材料的代表性一種材料的鋼板，高強(qiáng)度鋼板的使用率提高。然而，高強(qiáng)度鋼板通常強(qiáng)度和硬度都高，因此就壓制成形性而言，在成形中僅僅具有小的自由度，并且所壓制產(chǎn)品(成形制品)的形狀固定性差，產(chǎn)生尺寸精度不良、壓模使用壽命短等問題。在通過改善材料來尋求改善這些問題的同時(shí)，日益增加地使用通常稱為熱加工壓制、熱壓或熱沖壓的技術(shù)以獲得具有進(jìn)一步提高的強(qiáng)度和具有良好形狀精度的部件。特別是，所述技術(shù)為熱工藝，其中鋼板通過加熱至800°C或更高(Ac3點(diǎn))使其軟化，并在壓制成形的同時(shí)急速冷卻以獲得非常高強(qiáng)度的部件。此外，其中冷加工并隨后進(jìn)行上述淬火工藝以提供高強(qiáng)度部件的冷加工淬火技術(shù)也已開始用作工業(yè)技術(shù)。以機(jī)動(dòng)車為代表的工業(yè)機(jī)器需要在使用環(huán)境中具有足夠的耐腐蝕性。因此，在這種工業(yè)機(jī)器中，有時(shí)使用通過在冷工藝中使成本和耐腐蝕性優(yōu)異的鍍鋅或鍍鋅合金的鋼板成形所獲得的部件。日本專利申請(qǐng)公開200l-353M8(JP-A-2001-353548)公開了一種制造高強(qiáng)度成形部件的方法，其通過經(jīng)由加熱和冷卻獲得5 μ m 30 μ m的鋅或鋅合金層來確保耐受腐蝕和脫碳以及確保潤滑性能。日本專利申請(qǐng)公開2003-73774 (JP-A-2003-73774) 公開了用于熱壓的鋼板，其具有在加熱期間防止鋅蒸發(fā)的阻擋層。日本專利申請(qǐng)公開 2003-126920 (JP-A-2003-126920)公開了一種用于鍍鋅或鍍鋅合金的鋼板的熱壓方法。日本專利申請(qǐng)公開2003-U6921(JP-A-2003-126921)公開了具有鐵-鋅固溶體層的熱壓成形品。
然而，雖然這些方法的耐腐蝕性優(yōu)于無鍍覆的鐵的淬火成形品，但是耐腐蝕性與在常規(guī)冷工藝中形成的鍍覆鋼板的成形品相比不足。作為本發(fā)明人的研究結(jié)果，已經(jīng)估計(jì)到該耐腐蝕性劣化的一個(gè)原因?yàn)?揮發(fā)使鍍覆量(鍍覆重量)減小，并且此外，鍍層具有 Fe-Zn合金相，其主要由固溶于Si中的狗制成，使得腐蝕的銹擴(kuò)展變大，因此加速腐蝕。除了通過上述熱加工形成的鍍覆鋼板的所述問題之外，鍍鋁的鋼板用于需要與常規(guī)鍍覆鋼板情況下具有相同高耐腐蝕性的用途。然而，在其中使用鍍鋁鋼板的情況下，淬火后的耐腐蝕性變得低于由鍍覆材料制成的冷成形品的耐腐蝕性。此外，日本專利申請(qǐng)公開2000-248338 (JP-A-2000-M8338)公開了一種方法，其中鍍鋅或鍍鋅合金的鋼板在加工后通過在高頻下加熱必須部分并然后使所加熱的部分急速冷卻來部分硬化。然而，因?yàn)榧庸ず蟮募訜岙a(chǎn)生應(yīng)力，所以無法保持部件的形狀，因此所述方法并不實(shí)用。日本專利申請(qǐng)公開2006-022395 (JP-A-2006-022395)公開了一種其中由 30質(zhì)量％或更少的！^構(gòu)成的相的含量為30g/m2或更多的具有優(yōu)異耐腐蝕性的高強(qiáng)度成形制品，以及制造所述高強(qiáng)度成形制品的方法。然而，由于該方法使得整個(gè)成形制品具有高強(qiáng)度，所以在獲得高強(qiáng)度之后可加工性和可操作性可能降低。例如，對(duì)于加工，難以進(jìn)行鉆孔工藝，并且可能需要防止裂縫的精加工工藝。此外，對(duì)于所述操作，由于包括其法蘭在內(nèi)的整個(gè)成形制品具有高硬度，所以由于焊接電極的不期望的接觸使得機(jī)動(dòng)車組裝工藝中的點(diǎn)焊失效，導(dǎo)致不能確保良好焊接品質(zhì)的問題等。鑒于上述問題，強(qiáng)烈需要使得能夠通過具有優(yōu)異的耐腐蝕性和成本的鍍鋅或鍍鋅合金的淬火材料可形成可加工性和可操作性良好的高強(qiáng)度成形制品的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種具有優(yōu)異的可加工性和耐腐蝕性的高強(qiáng)度淬火成形制品，其形成方式為其中通過主要使高強(qiáng)度部分淬火同時(shí)避免使需要之后加工或操作等的部位淬火， 使得淬火后成形品的耐腐蝕性等于或高于通過冷工藝形成的對(duì)應(yīng)品的耐腐蝕性，來由成本優(yōu)異的鍍鋅或鍍鋅合金的鋼板形成可加工性和可操作性優(yōu)異的高強(qiáng)度成形制品，本發(fā)明還提供一種制造高強(qiáng)度淬火成形制品的方法。本申請(qǐng)的發(fā)明人已經(jīng)對(duì)鍍鋅或鍍鋅合金的鋼板在進(jìn)行包括淬火的熱壓之后耐腐蝕性劣于常規(guī)鍍鋅鋼板例如合金化熔化鍍鋅鋼板的現(xiàn)象的原因進(jìn)行了積極鉆研和研究。結(jié)果，本發(fā)明人得出如下結(jié)論耐腐蝕性劣化的原因是鍍層獲得了主要由固溶于ai中的狗形成的1 - 合金相，以及ai的揮發(fā)導(dǎo)致鍍覆量減少。即，常規(guī)鍍鋅鋼板由于腐蝕時(shí)ai被氧化時(shí)形成的密堆積的ai保護(hù)層的作用而顯示出耐腐蝕性，而非由于對(duì)腐蝕的犧牲性保護(hù)作用。然而，在等于或高于Ac3點(diǎn)的溫度下熱加工的鍍鋅鋼板未顯示出耐腐蝕性，即使熱加工的鍍鋅鋼板在鋼表面具有比常規(guī)鍍鋅鋼板顯著更大量的1 - 合金相作為ai含量也是如此。本發(fā)明人已經(jīng)考慮到，由于通過淬火產(chǎn)生的Fe-ai合金相通常主要由！^構(gòu)成，所以在腐蝕時(shí)由于狗的氧化引起的!^e的體積膨脹不允許形成氧化鋅的密堆積膜。因此，本發(fā)明人基于為實(shí)現(xiàn)耐腐蝕性重要的是主要由Si構(gòu)成的良好品質(zhì)的Si-Fe合金相以足夠的量存在的原理，發(fā)明了“耐腐蝕性優(yōu)異的高強(qiáng)度淬火成形制品，其特征在于在淬火后的成形鋼板表面中包含30g/m2或更多的包含Si作為主要組分并且包含30質(zhì)量％或更少的！^的相”。此外，本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，為實(shí)現(xiàn)良好的淬火強(qiáng)度和良好的耐腐蝕性，與加熱溫度、急速冷卻速率等相關(guān)的條件是重要的，而且為了抑制淬火成形(熱沖壓)期間基材中的晶粒間斷裂，必須在熱沖壓之前即刻在預(yù)定條件下快速進(jìn)行淬火。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的成形制品雖然強(qiáng)度和耐腐蝕性優(yōu)異但是具有例如適合點(diǎn)焊范圍不足的問題。因此，除了良好的強(qiáng)度和良好的耐腐蝕性之外，通過改善可操作性例如可點(diǎn)焊性等的研究和試驗(yàn)，本發(fā)明入發(fā)現(xiàn)通過減小點(diǎn)焊部分的板的強(qiáng)度至SOOMPa或更低以改善板和點(diǎn)焊電極尖端之間的相容性，以及通過形成包含5質(zhì)量％或更多！^的Si合金的鍍層使得鍍層具有升高的熔點(diǎn)，可使得可操作性更好，于是在如上所述單個(gè)成形制品中同時(shí)實(shí)現(xiàn)良好的強(qiáng)度和良好的耐腐蝕性。本發(fā)明的第一方面涉及一種高強(qiáng)度淬火成形制品。該高強(qiáng)度淬火成形制品在淬火后的成形鋼板表面具有鋅鍍層，所述鋅鍍層包含30g/m2或更多的含5質(zhì)量％或更多但是30 質(zhì)量％或更少的狗的相，其還包含0. 15質(zhì)量％或更多但是小于2質(zhì)量％的單獨(dú)形式或者復(fù)合形式的Al和Si中的至少一種，并且包含基本上構(gòu)成鋅鍍層的其余部分的Si，以及不可避免的雜質(zhì)，所述高強(qiáng)度淬火成形制品具有淬火后成形(熱沖壓后)抗拉強(qiáng)度為IOOOMPa 或更高的高強(qiáng)度部分、以及淬火成形后抗拉強(qiáng)度為SOOMPa以下的低強(qiáng)度部分。鋼板可包含0. 1質(zhì)量％或更多的C，0.5質(zhì)量％或更多的Mn，0. 1質(zhì)量％或更多的 Cr,以及0. 0005質(zhì)量％或更多的B。鋼板可包含各自的范圍為1質(zhì)量％或更少的Ti、Nb、Mo、V、&、W、Co、Cu和Ni。本發(fā)明的第二方面是制造高強(qiáng)度淬火成形制品的方法。該高強(qiáng)度淬火成形制品在淬火后的成形鋼板表面具有鋅鍍層，所述鋅鍍層包含30g/m2或更多的含5質(zhì)量％或更多但是30質(zhì)量％或更少的狗的相，其還以單獨(dú)形式或者復(fù)合形式包含0. 15質(zhì)量％或更多但是小于2質(zhì)量％的Al和Si中的至少一種，并且包含基本上構(gòu)成鋅鍍層的其余部分的Zn，以及不可避免的雜質(zhì)，所述高強(qiáng)度淬火成形制品具有淬火后成形(熱沖壓后)抗拉強(qiáng)度為 IOOOMPa或更高的高強(qiáng)度部分、以及淬火成形后抗拉強(qiáng)度為SOOMPa或更低的低強(qiáng)度部分。 本發(fā)明該方面的制造方法包括以如下方式制造鋅鍍層的鍍鋅鋼板，所述鋅鍍層包括具有 0. 15質(zhì)量％或更多但是小于2質(zhì)量％的單獨(dú)形式或者復(fù)合形式的Al和Si中的至少一種 同時(shí)制造鍍鋅鋼板的在包含0. 1體積％或更多氧的氧化性氣氛中在高于或等于Ac3點(diǎn)但是低于或等于950°C的溫度下加熱的部分、以及鍍鋅鋼板的在高于或等于500°C但是低于Ac3 點(diǎn)的溫度下加熱的部分；然后開始冷卻鍍鋅鋼板，在60秒內(nèi)，冷卻鍍鋅鋼板至等于或低于 730°C并且高于或等于500°C的溫度范圍；然后在所述溫度范圍內(nèi)壓制鍍鋅鋼板，然后急速冷卻該鍍鋅鋼板。所述Ac3點(diǎn)可以高于或等于700°C并且低于或等于880°C?？蛇M(jìn)行急速冷卻使得溫度以30°C /秒或更快的速率達(dá)到200°C或更低。依據(jù)根據(jù)本發(fā)明上述方面的高強(qiáng)度淬火成形制品和制造高強(qiáng)度淬火成形制品的方法，能夠獲得耐腐蝕性和可加工性優(yōu)異的高強(qiáng)度淬火成形制品，其實(shí)現(xiàn)了耐腐蝕性和可加工性等于或高于通過冷工藝形成的對(duì)應(yīng)物的耐腐蝕性和可加工性的淬火后成形物品。 即，為了使淬火后成形部件成為在耐腐蝕性和可用性方面至少等于冷成形的鍍鋅或鍍鋅合金的鋼材料的高強(qiáng)度部件，根據(jù)本發(fā)明的高強(qiáng)度淬火成形制品及其制造方法在淬火鋼材料的鋅鍍層的性能和淬火方法二者上作出開創(chuàng)性設(shè)計(jì)，這與現(xiàn)有淬火方法不同。因此，高強(qiáng)度部件的尺寸精度可大幅改善，并且能夠以有利的成本改善在工業(yè)機(jī)器中的可操作性、改善抗銹性、改善安全性、和促進(jìn)輕量化。


通過參考附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施方案的以下描述，本發(fā)明的上述和進(jìn)一步的特征和優(yōu)勢(shì)將更明顯，附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的要素/元件，其中圖1為顯示S1-Fe合金相的量和作為耐腐蝕性評(píng)價(jià)的膨脹寬度之間關(guān)系的圖；圖2A 2C為顯示制造具有高強(qiáng)度部分和低強(qiáng)度部分的高強(qiáng)度淬火成形制品的一個(gè)實(shí)例的圖；圖3為顯示實(shí)施例1中電解剝離曲線的說明圖；圖4為顯示加工試驗(yàn)件的截面形狀圖；圖5為顯示熱軋鋼板和冷軋鋼板的鋼組分的表；和圖6A 6C以及圖7A和7B為顯示鋅或鋅合金鍍覆結(jié)構(gòu)及其性能的表。
具體實(shí)施例方式以下，將詳述本發(fā)明的實(shí)施方案。首先，將描述一個(gè)實(shí)施方案的成形制品。該實(shí)施方案的成形制品需要在淬火后成形鋼板表面具有鋅鍍層，所述鋅鍍層包含30g/m2或更多的含5質(zhì)量％或更多但是30質(zhì)量％或更少的狗的Si-Fe合金相，其以單獨(dú)形式或復(fù)合形式包含0. 15質(zhì)量％或更多但是2質(zhì)量％或更少的Al和Si中的至少一種，并且其還包含基本上構(gòu)成鋅鍍層的其余部分的Zn，以及不可避免的雜質(zhì)。圖1顯示Si-Fe合金相的量和作為耐腐蝕性評(píng)價(jià)的膨脹寬度之間關(guān)系的圖。耐腐蝕性的評(píng)價(jià)如下進(jìn)行。即，在進(jìn)行脫脂和通過嚴(yán)格按照制造商說明書使用PALBOND LA35 (Nihon Parkerizing Co.，Ltd.)進(jìn)行化學(xué)轉(zhuǎn)化處理之后，進(jìn)行陽離子電沉積涂覆(NIPPON PAINT Co.，Ltd.的POWERNICS 110) M 15ym, 然后進(jìn)行橫切。然后，根據(jù)機(jī)動(dòng)車工程學(xué)會(huì)(Society of Automotive Engineers)的標(biāo)準(zhǔn)， 關(guān)于在SAE-J2334腐蝕試驗(yàn)條件下試驗(yàn)300次循環(huán)后測(cè)定的膨脹寬度進(jìn)行耐腐蝕性評(píng)價(jià)。由圖1可理解，如果包含5質(zhì)量％或更多但是30質(zhì)量％或更少!^e的^i-Fe合金相的存在量大于或等于30g/m2，則膨脹寬度變得小于或等于1mm，耐腐蝕性變得良好。另一方面，如果鍍層由包含30質(zhì)量％或更少！^的ai-Fe合金相構(gòu)成，但是Si-Fe合金相的量小于30g/m2，則合金相的量小并且耐腐蝕性不足，使得膨脹寬度變大，即耐腐蝕性劣化。此外， 如果合金相中狗的量小于5質(zhì)量％，或大于30質(zhì)量％，則膨脹寬度不希望地增加并且耐腐蝕性劣化。認(rèn)為這是因?yàn)槿绻返牧看笥?0質(zhì)量％，則在淬火時(shí)通過加熱產(chǎn)生的鍍層獲得主要由狗構(gòu)成的合金層，使得在腐蝕時(shí)，形成狗銹，導(dǎo)致體積膨脹，因此不能獲得足夠的耐腐蝕性。如果狗的量小于5質(zhì)量％，則膨脹寬度良好，但鍍層的熔點(diǎn)低，使得點(diǎn)焊時(shí)，板之間發(fā)生熔化，導(dǎo)致通電或?qū)щ姷拿娣e增加，這使得電流密度降低，因此使得可點(diǎn)焊性能降低。順便提及，包含30質(zhì)量％或更少狗的ai-狗合金相的量的上限沒有特定限制。然而，考慮到鋅鍍覆體自身的量、熱沖壓中高溫持續(xù)時(shí)間、壓制加工時(shí)的粉末化等，可行的上限為150g/m2。此外，通過加熱產(chǎn)生的包含大于30質(zhì)量％的狗作為主要組分的1 - 合金相沒有特定限制。此外，為了使包含30質(zhì)量％或更少！^的Si-Fe合金相的量大于或等于30g/m2，以實(shí)現(xiàn)至少等于常規(guī)鍍覆物的耐腐蝕性，有效的是包含其量為0. 15質(zhì)量％或更多的選自Al 和Si的一種或兩種金屬作為具有合金化延遲功能和易于氧化功能的合金化延遲元素。如果加熱前，在鋅鍍覆物中的這些元素中的一種或兩種的存在總量為0. 15質(zhì)量％或更多，那么即使在高于或等于Ac3點(diǎn)的800°C或更高加熱，也會(huì)急劇限制Si擴(kuò)散入基體鐵中，使得包含30質(zhì)量％或更少！^的Si-Fe合金相的量可以大于或等于30g/m2。反之，如果上述元素中的一種或兩種的總量小于0. 15質(zhì)量％，則Si擴(kuò)散入基質(zhì)鐵中非?？?，使得包含Si作為主要組分和30質(zhì)量％或更少的!^e的Si-Fe合金在鋼板溫度達(dá)到Ac3點(diǎn)(800°C )之前幾乎完全消失，因此無法實(shí)現(xiàn)耐腐蝕性。順便提及，如果其總量大于2質(zhì)量％，則擴(kuò)散的限制變得過度，使得在不被淬火的部分中，即在500°C或更高并且低于Ac3點(diǎn)加熱并因此具有 800MPa或更低的強(qiáng)度的部分中，Zn-Fe合金相中!^e的量變得小于5%，因此變得難以確?？珊感?。從結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、碰撞時(shí)的安全性等的觀點(diǎn)來看，淬火部分的強(qiáng)度為至少需要例如IOOOMI^或更高的強(qiáng)度是足夠的，盡管其具體值隨目的而改變。至于不需要具有高強(qiáng)度以及進(jìn)行點(diǎn)焊或沖壓工藝的部分，其強(qiáng)度等于或小于SOOMI^會(huì)顯著改善可操作性。順便提及， 使用該方法，例如對(duì)于機(jī)動(dòng)車部件等，能夠通過在單個(gè)部件中提供高強(qiáng)度部分和低強(qiáng)度部分來提供意圖大幅擠壓的部分。順便提及，在淬火工藝之后，可以通過使用堿性溶液或酸性溶液移除鍍層表面上的氧化物涂覆膜，以改善油漆附著特性和化學(xué)轉(zhuǎn)化處理特性，只要包含5質(zhì)量％或更多但是30質(zhì)量％或更少！^的Si-Fe合金相的存在量為30g/m2或更多即可。此外，只要Si-Fe 合金相主要由Si構(gòu)成并且包含5質(zhì)量％或更多但是30質(zhì)量％或更少的狗，那么在鋅鍍層中可還包含一種或更多種元素例如Ni、Co、Mn、P、B等，以進(jìn)一步改善耐腐蝕性和改善化學(xué)轉(zhuǎn)化處理特性。此外，用于所述實(shí)施方案的成形制品的鍍鋅鋼板為切割為板狀的鍍鋅鋼板， 并且可還為通過利用焊接將多個(gè)鍍鋅鋼板連接為一個(gè)板而獲得的所謂的定制毛坯鋼板。這改善了成形制品的自由度，因此是優(yōu)選的。然后，將描述根據(jù)實(shí)施方案的成形制品的制造方法。在該實(shí)施方案的制造方法中，使用包括鋅鍍層的鍍鋅鋼板作為基材，所述鋅鍍層在具有淬火特性的鋼板表面中具有 0. 15質(zhì)量％或更多但是小于2質(zhì)量％的單獨(dú)形式或復(fù)合形式的具有合金化延遲功能和易于氧化的功能的Al和Si中的至少一種，同時(shí)提供鍍鋅鋼板的在包含0. 1體積％或更多氧的氧化性氣氛中在高于或等于Ac3點(diǎn)但是低于或等于950°C的溫度下加熱的部分、和鍍鋅鋼板的在500°C或更高但是低于Ac3點(diǎn)的溫度下加熱的部分，并且各自加熱適當(dāng)調(diào)整的加熱時(shí)間；然后開始冷卻鍍鋅鋼板，在冷卻開始之后的60秒內(nèi)，鍍鋅鋼板冷卻至等于或小于 730°C并且高于或等于500°C的溫度范圍；然后在上述溫度范圍內(nèi)(等于小于730°C并且高于或等于500°C )對(duì)所述鍍鋅鋼板壓制加工、急速冷卻。順便提及，在實(shí)施方案中可使用任何鋼板，只要其為常規(guī)淬火鋼板即可。然而，優(yōu)選鋼板包含0. 10%或更多的C、0. 5%或更多的Μη、0. 或更多的Cr、和0. 0005%或更多的B，其以質(zhì)量百分比表示，并且還包含基本上構(gòu)成鋼板的其余部分的狗、以及作為不可避免雜質(zhì)的Al和N。順便提及，也允許鋼板可包含1質(zhì)量％或更少的Ti、Nb、Mo、V、Zr、W、Co、 Cu或Ni，以選擇性地改善強(qiáng)度和控制晶粒、防止破裂和增加耐腐蝕性。至于鋼材料的Ac3點(diǎn)，在加熱和冷卻進(jìn)行得經(jīng)過Ac3點(diǎn)溫度的同時(shí)進(jìn)行加熱是足夠的，只要鋼材料的Ac3點(diǎn)高于500°C (這高于鋅鍍覆物的合金化所需的溫度)并且低于 9000C (這低于鋅的沸點(diǎn))即可。順便提及，作為可行的工業(yè)水平，期望做出設(shè)計(jì)使得Ac3 點(diǎn)高于或等于700°C并且低于或等于880°C?？紤]到在淬火加熱工藝期間整個(gè)鋼板的溫度變化，如果Ac3點(diǎn)高于880°C，則難以控制所述溫度在高于880°C并且低于900°C的范圍內(nèi)， 這低于或等于鋅的沸點(diǎn)。如果Ac3點(diǎn)低于700°C，則變得必須使用大量淬火元件，導(dǎo)致成本增加。順便提及，至于如何找到Ac3點(diǎn)，通過在加熱鋼板的同時(shí)測(cè)量熱膨脹量的變化可找到Ac3點(diǎn)。特別地，隨著溫度升高，鋼板膨脹。當(dāng)溫度超過Acl點(diǎn)時(shí)，發(fā)生至奧氏體的轉(zhuǎn)化， 隨溫度升高至Ac3點(diǎn)鋼板收縮。熱膨脹曲線的拐點(diǎn)為Ac3點(diǎn)。至于測(cè)量設(shè)備，可使用例如 ZAMEC MASTER (Fuji Electronic Industrial Co. , Ltd.)用于測(cè)定。通常，在Ac3點(diǎn)(在前述鋼板組分體系中，為約800°C或更高的溫度)或更高的熱處理期間，ai由于足夠的蒸氣壓而蒸發(fā)進(jìn)入加熱爐中。由于在ai鍍層中包含以單獨(dú)或復(fù)合的形式的0. 15質(zhì)量％或更多的作為易氧化元素的Al和Si，并且由于在爐中形成其中存在至少ο. 1體積％的氧的氧化性氣氛，所以涂層表面中易氧化的元素限制鋅鍍覆物中的ai擴(kuò)散入基礎(chǔ)鐵中，并且還連續(xù)氧化以隨著因熱導(dǎo)致的膨脹而形成密堆積的氧化物涂覆膜。因此，變得即使在等于或高于Ac3點(diǎn)(800°C)并且低于或等于950°C的加熱溫度范圍中，也能夠限制Si蒸發(fā)。反之，如果前述易氧化元素的存在量小于0.15質(zhì)量％或爐內(nèi)的氣氛為氧的存在量小于0. 1體積％的中性至還原性的氣氛，則不能在鋅表面上充分形成易氧化元素的密堆積的涂覆膜，ai蒸發(fā)并且用于防銹的ai的量減少。此外，對(duì)于鋼板的需要獲得高強(qiáng)度的部分，加熱溫度設(shè)定為Ac3點(diǎn)(800°C)或更高，以允許淬火用于獲得高強(qiáng)度鋼板。然而，如果加熱溫度高于950°C，則由易氧化元素形成的氧化膜無法限制因沸騰而導(dǎo)致的Si 蒸發(fā)。因此，最高的加熱溫度設(shè)定為950°c。使用前述方法，即使在最高溫度加熱的部分中， 也可有效限制Si的蒸發(fā)。加熱時(shí)間設(shè)定為直至全部鋼板達(dá)到淬火需要的溫度所要求的時(shí)間是足夠的。此外，在其中加熱時(shí)間由于鋼板厚度、加熱裝置和操作裝置的能力而變長(zhǎng)的情況下，可增加鍍覆物中每單位面積的合金化延遲元素的量(增加鍍覆物中這些元素的濃度或增加鍍覆物的量)，以減少加熱時(shí)間。然而，由于如上所述低強(qiáng)度部分也需要合金化，所以必須在考慮其量需要小于或等于2質(zhì)量％的同時(shí)調(diào)節(jié)上述元素的量，使得合金化可在高于或等于500°C 并且低于Ac3點(diǎn)的溫度下完成。至于需要具有良好的可焊接性和可加工性的鋼板部分，硬度或強(qiáng)度必須小于或等于SOOMI^并且不發(fā)生淬火，以保持柔軟性。為此，用于所涉及部分的加熱溫度低于Ac3點(diǎn)是足夠的。此外，通過加熱該部分到500°C或更高，鋅鍍覆物可被合金化以實(shí)現(xiàn)5質(zhì)量％或更多的狗含量，使得鍍層的熔點(diǎn)升高。因此，在點(diǎn)焊時(shí)鋼板和焊接電極之間的相容性更好的同時(shí)，板之間鍍覆物的熔體的擴(kuò)展可受到限制，因此導(dǎo)電面積可減小以保持高的電流密度。 因此，可點(diǎn)焊性可得到顯著改善。加熱鋼板的方法可為內(nèi)部加熱，例如導(dǎo)電加熱或感應(yīng)加熱，或也可為外部加熱，例如燈加熱、氣體加熱或電爐加熱，或也可為前述加熱方法中的兩種或更多種的組合，以減少加熱時(shí)間。然而，由于在500°C或更高并且低于Ac3點(diǎn)加熱的部分被部分冷卻或遮蔽以免加熱，所以就熱效率、可操作性和可控性而言，優(yōu)選使用通過導(dǎo)電加熱或感應(yīng)加熱的內(nèi)部加熱方法，或通過燈加熱的輻射加熱方法。對(duì)于其中不進(jìn)行淬火的部分，即其溫度限制在高于或等于500°C并且低于Ac3點(diǎn)的范圍內(nèi)的部分，能夠使用強(qiáng)制噴霧冷卻介質(zhì)例如空氣或霧到需要冷卻的部分的方法，或經(jīng)由與其中設(shè)置有水冷冷卻管的冷卻板接觸而實(shí)現(xiàn)的熱引出等來冷卻鋼板的部分的方法。 此外，在通過燈加熱的輻射加熱的情況下，通過絕熱材料等的遮蔽可阻擋或避免加熱。順便提及，絕熱材料優(yōu)選為不與鍍覆金屬反應(yīng)的陶瓷材料等。例如，如圖2A到2C所示，在其中鋼板1通過使用電極2進(jìn)行導(dǎo)電加熱的情況下，通過在待熱沖壓的鋼板1上預(yù)定位置處例如在熱沖壓之后進(jìn)行鉆孔工藝的位置處設(shè)置噴霧冷卻流體(例如空氣)的冷卻箱3，并然后通過使用冷卻箱3冷卻鋼板1的鄰近部分，來實(shí)現(xiàn)冷卻。此外，考慮到機(jī)動(dòng)車部件加工之后的焊接，也優(yōu)選冷卻箱4靠近或沿著電極2設(shè)置，如圖2B所示，或如圖2C所示，冷卻箱5設(shè)置在電極2之間延伸的鋼板1的兩個(gè)相反端部，并進(jìn)行冷卻。此外，圖2A到C所示的冷卻方式可進(jìn)行任意組合。順便提及，提供許多噴嘴孔(例如具有約Im的直徑和約5mm的噴嘴節(jié)距)作為各冷卻箱3到5的底表面的結(jié)構(gòu)的實(shí)例，并且從噴嘴噴出冷卻介質(zhì)以冷卻鄰近的部分。取決于目標(biāo)耐腐蝕性，原鋼板上Si鍍覆量大于或等于30g/m2是足夠的。優(yōu)選地， 考慮到處理加熱爐的時(shí)間、溫度的波動(dòng)，Si鍍覆量大于或等于40g/m2是足夠的。另一方面， 考慮到在加熱到500°C或更高并且低于Ac3點(diǎn)的部分中，促進(jìn)合金化以實(shí)現(xiàn)5質(zhì)量％或更多的狗，優(yōu)選Si鍍覆量小于或等于180g/m2。由前述原理顯見，鍍鋅鋼板優(yōu)選為通過熔化鋅鍍方法制成的鋼板。因?yàn)楹辖鸹刍冧\鋼板導(dǎo)致不期望的合金化延遲元素的耗盡并因此降低合金延遲作用，所以其中預(yù)先進(jìn)行合金化的合金化熔化鍍鋅鋼板是不優(yōu)選的。此外，因?yàn)樗龇椒ㄐ枰A(yù)處理以加入合金化延遲元素并因此需要高成本，所以電鍍鋅方法是不優(yōu)選的。然后，為了通過充分固化鋅鍍層來限制在熱沖壓加工時(shí)基材的晶粒間斷裂，在鍍鋅鋼板從爐即加熱裝置中取出之后進(jìn)行冷卻。在冷卻開始后60秒內(nèi)，冷卻鋼板至低于或等于730°C并且高于或等于500°C的溫度。進(jìn)行加工之前的預(yù)冷卻以實(shí)現(xiàn)淬火并且防止由于熔化的鋅的侵入而導(dǎo)致基材晶粒間斷裂。因此，未淬火的部分的溫度可為允許壓制工藝并且低于或等于熔點(diǎn)的溫度，即可低于500°C。在730°C以上加工中發(fā)生的裂縫出現(xiàn)在基材的拉伸側(cè)面上。根據(jù)本發(fā)明人的研究，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)裂縫的原因?yàn)槿刍匿\侵入基材的原奧氏體晶界中。因此，冷卻至730°C或更少足以固化鍍覆的鋅合金，因此消除熔化鋅的侵入，由此防止熱沖壓加工時(shí)基材表面的破裂。順便提及，這種操作的合適手段為氣體冷卻或蒸汽水冷。 此外，在加熱裝置和熱沖壓裝置之間提供冷卻裝置是足夠的。作為一種模式，在冷卻區(qū)中可提供冷卻裝置。也可允許采用如下方法其中對(duì)用于從加熱裝置到熱沖壓裝置傳輸?shù)难b置添加冷卻裝置，并隨著傳輸進(jìn)行冷卻。因此，對(duì)淬火部分進(jìn)行冷卻以在開始加工之前使鋅固化。為了淬火工藝，優(yōu)選當(dāng)進(jìn)行冷卻時(shí)，淬火部分處于奧氏體狀態(tài)。因此，加工淬火部分之前，基材的溫度優(yōu)選高于或等于500°C。如果基材溫度低于500°C，則產(chǎn)生馬氏體并且成形性劣化。此外，冷卻時(shí)間優(yōu)選在60秒內(nèi)。如果冷卻進(jìn)行得比這慢，則產(chǎn)生鐵素體并且淬火部分變軟，無法獲得期望的高強(qiáng)度。然后，在進(jìn)行加工的熱沖壓裝置中進(jìn)行熱沖壓加工和急速冷卻，由此將鋼板加工為期望形狀。為了確保形狀和良好的淬火，優(yōu)選加工基材并以30°C /秒或更高的速率急速冷卻至200°C或更低。這使得能夠制造可加工性良好的高強(qiáng)度和高耐腐蝕性的成形制品，其具有30g/m2或更多的包含70質(zhì)量％或更多Si的鍍層。以實(shí)現(xiàn)淬火的冷卻速率進(jìn)行冷卻是足夠的，并且可允許使用任何冷卻方法，例如水冷、氣體冷卻、使用金屬件等的接觸冷卻等。接下來，將與對(duì)比例一起顯示本發(fā)明的實(shí)施例。圖5顯示通過常規(guī)制造方法制造的熱軋鋼板和冷軋鋼板的鋼組分。圖6和圖7顯示關(guān)于它們的鋅或鋅合金鍍覆結(jié)構(gòu)和性能的實(shí)施例和對(duì)比例。由于通過電鍍方法難以向鍍層中加入易氧化元素，所以將易氧化元素單獨(dú)地加入熔化的鋅的浴中，使用常規(guī)的熔化Si鍍覆方法用于所述制造。至于加熱過程， 通過使用導(dǎo)電加熱、高頻感應(yīng)加熱或燈加熱，在大氣氣氛下，將鋼板加熱至高于或等于Ac3 點(diǎn)但是低于或等于950°C的溫度，并且通過經(jīng)由鼓氣或遮光進(jìn)行部分冷卻來完成至高于或等于500°C但是低于Ac3點(diǎn)的溫度的加熱。從加熱爐取出后，鋼板在空氣中適當(dāng)?shù)乩鋮s，然后進(jìn)行模具冷卻。加熱和冷卻條件示于圖6中。如下制造包含Si作為主要組分以及5質(zhì)量％或更多但是30質(zhì)量％或更少！^的相。在150g/l NH4Cl水溶液中，通過使用飽和甘汞電極作為參比電極，通過4mA/cm2的恒電流電解方法，將通過利用不同的加熱溫度和不同的加熱時(shí)間進(jìn)行上述方法而由圖5所示材料制成的材料電解至電勢(shì)大幅降低至相對(duì)于SCE為-SOmV或更低的點(diǎn)的Γ相(至圖3所示實(shí)施方案的恒電流電解的實(shí)例圖中的區(qū)域Α)。然后，通過ICP測(cè)定電解溶液以得到狗以及Si的量和比例作為實(shí)現(xiàn)抗銹作用的鍍覆量。即，本發(fā)明如圖6所示進(jìn)行。順便提及，圖 7顯示通過加熱至高于或等于Ac3點(diǎn)但是低于或等于950°C的溫度進(jìn)行淬火的高強(qiáng)度鋼板部分(淬火部分)、以及通過加熱至500°C或更高但是低于Ac3點(diǎn)的溫度而獲得的非淬火部分的鍍覆組成。如下通過拉伸試驗(yàn)評(píng)價(jià)鋼板強(qiáng)度。即，制造通過加熱至高于或等于Ac3點(diǎn)但是低于或等于950°C的溫度進(jìn)行淬火的高強(qiáng)度部分(淬火部分)、以及加熱至高于或等于500°C 但是低于Ac3點(diǎn)的溫度的非淬火部分的JIS第5號(hào)拉伸測(cè)試件，并進(jìn)行測(cè)試用于評(píng)價(jià)。強(qiáng)度為IOOOMI^或更高的高強(qiáng)度部分和強(qiáng)度為SOOMI^或更低的低強(qiáng)度部分評(píng)價(jià)為良好。評(píng)價(jià)結(jié)果示于圖7中。如下研究破裂的存在/不存在(基材的破裂)。即，通過熱沖壓即熱加工和冷卻， 制造具有如圖4所示截面形狀的測(cè)試件，然后觀察測(cè)試件彎曲部分截面存在/不存在破裂。 研究結(jié)果示于圖7中。通過測(cè)量前述膨脹寬度研究耐腐蝕性。測(cè)量結(jié)果示于圖7中。通過評(píng)價(jià)經(jīng)由連續(xù)點(diǎn)焊非淬火部分形成的熔核的直徑變化，評(píng)價(jià)可點(diǎn)焊性。評(píng)價(jià)結(jié)果示于圖7中。對(duì)于焊接，使用靜態(tài)點(diǎn)焊機(jī)，并且進(jìn)行如下設(shè)定壓力3. 4kN ；通電時(shí)間 0. 3秒；和保持時(shí)間0. 08秒。對(duì)于各個(gè)鋼件，設(shè)定電流值，使得在各鋼件上的熔核直徑變?yōu)?.5X4 A (t為板厚度(mm))。每點(diǎn)的焊接之后，通過剝離試驗(yàn)測(cè)量熔核直徑來確定熔核直徑的變化。作為三輪試驗(yàn)中獲得直徑的平均值來獲得熔核直徑。熔核直徑變得小于 4VT的焊接的次數(shù)被認(rèn)為是電極使用壽命，進(jìn)行評(píng)價(jià)直至最多6000焊接點(diǎn)。如下評(píng)價(jià)沖壓特性。即，通過使用沖壓直徑為20mm(具有15%的間隙)的沖壓模具，沖壓非淬火部分，并測(cè)定沖壓負(fù)荷。當(dāng)沖壓負(fù)荷小于或等于板厚度(mm)X40kN時(shí)，沖壓特性評(píng)價(jià)為良好(OK)，當(dāng)板厚度大于該值時(shí)，評(píng)價(jià)為不良(NG)。評(píng)價(jià)結(jié)果示于圖7中。對(duì)比例1為其中未充分進(jìn)行加工前冷卻的實(shí)例。在該對(duì)比例中，在加工時(shí)發(fā)生基材的晶粒間破裂。在對(duì)比例2中，在加工之前的冷卻耗費(fèi)過量時(shí)間，使得沒有實(shí)現(xiàn)淬火和強(qiáng)度劣化。在對(duì)比例3中，在加工之前的冷卻達(dá)到500°C或更低，使得在加工時(shí)發(fā)生破裂。在對(duì)比例4中，加熱溫度低，使得未實(shí)現(xiàn)必須的強(qiáng)度。在對(duì)比例5中，沒有進(jìn)行部分冷卻，使得加工或焊接部分也被淬火并因此硬化，導(dǎo)致可焊性和可加工性劣化。在對(duì)比例6中，部分冷卻部分的加熱溫度低至小于500°C，使得未充分發(fā)生鍍覆物的合金化，并因此使得可焊性未改善，而是與對(duì)比例15中的未加熱材料的可焊性一樣差。順便提及，超過部分冷卻部分的上限溫度與淬火部分處于基本相同條件，因此省略其測(cè)試。在對(duì)比例7中，加熱溫度過高，超過鋅的沸點(diǎn)，鋅蒸發(fā)并過度合金化，使得包含小于30質(zhì)量％的!^e的合金相的量變小，因此耐腐蝕性劣化。在對(duì)比例8中，鍍覆的初始量小， 使得包含小于30質(zhì)量％的狗的合金相的量變得小于30g/m2，因此耐腐蝕性不足。在對(duì)比例9中，鍍覆的初始量過大，使得未淬火部分的鍍覆組合物具有5質(zhì)量％的狗，因此可焊性改善效果不足。
在對(duì)比例10中，鍍覆合金化限制元素的量大，因此部分冷卻的部分的合金化緩慢，使得未淬火部分的鍍覆組合物具有5質(zhì)量％的狗，因此可焊性改善效果不足。在對(duì)比例 11和12中，鍍覆合金化限制元素的量為零或很小，使得鋅揮發(fā)，合金化過快。在對(duì)比例16 中，進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間加熱，使得得到過度合金化。因此，在對(duì)比例11、12和16中，包含小于30質(zhì)量％的狗的合金相的量小于30g/m2，因此耐腐蝕性不足。在對(duì)比例13中，加熱氣氛的氧化性能不足，因此鋅揮發(fā)，使得包含小于30質(zhì)量％的狗的合金相的量小于30g/m2，因此耐腐蝕性不足。在對(duì)比例14中，在加工期間的冷卻速率緩慢，使得強(qiáng)度劣化。如上所述，在本發(fā)明范圍之外的前述對(duì)比例的強(qiáng)度、耐腐蝕性、耐疲勞性、可焊性和可加工性較差。另一方面，在本發(fā)明范圍內(nèi)的實(shí)施例1 20中，包含Si作為主要組分和5質(zhì)量％或更多但是30質(zhì)量％以下的！^的相的存在的量為30g/m2或更多，提供強(qiáng)度為 IOOOMPa或更高的高強(qiáng)度部分作為主要部分，其余由強(qiáng)度為SOOMPa或更低的低強(qiáng)度部分構(gòu)成。因此，使用成本優(yōu)異的鍍鋅或鍍鋅合金的鋼板，能夠提供耐腐蝕性、耐疲勞性、可焊性和可加工性優(yōu)異的高強(qiáng)度淬火成形制品，使得淬火后成形物品的耐腐蝕性等于或高于通過冷工藝形成的對(duì)應(yīng)物的耐腐蝕性。雖然已經(jīng)參考本發(fā)明的示例性實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但是應(yīng)理解本發(fā)明不限于所述實(shí)施方案或結(jié)構(gòu)。相反，本發(fā)明意圖覆蓋各種修改和等同結(jié)構(gòu)。此外，雖然所公開的發(fā)明的各種要素以各種示例的組合和結(jié)構(gòu)顯示，但是包括更多、更少或僅單個(gè)要素的其它組合和結(jié)構(gòu)也在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度淬火成形制品，包括在淬火后的成形鋼板表面形成的鋅鍍層，所述鋅鍍層包含30g/m2或更多的包含5質(zhì)量％或更多但是30質(zhì)量％或更少的！^的相，所述鋅鍍層還包含0. 15質(zhì)量％或更多但是小于2質(zhì)量％的單獨(dú)形式或復(fù)合形式的Al和Si中的至少一種，并且包含基本上構(gòu)成所述鋅鍍層的其余部分的Zn，以及不可避免的雜質(zhì)，其中所述高強(qiáng)度淬火成形制品具有淬火成形后抗拉強(qiáng)度為IOOOMI^或更高的高強(qiáng)度部分、和淬火成形后抗拉強(qiáng)度為SOOMI^或更低的低強(qiáng)度部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度淬火成形制品，其中所述鋼板包含0.1質(zhì)量％或更多的C、0. 5質(zhì)量％或更多的Mn、0. 1質(zhì)量％或更多的Cr、和0. 0005質(zhì)量％或更多的B。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高強(qiáng)度淬火成形制品，其中所述鋼板包含各自在1質(zhì)量％或更少的范圍內(nèi)的Ti、Nb、Mo、V、Zr、W、Co、Cu和Ni。
4.一種用于制造高強(qiáng)度淬火成形制品的方法，所述高強(qiáng)度淬火成形制品在淬火后的成形鋼板表面具有鋅鍍層，所述鋅鍍層包含30g/m2或更多的包含5質(zhì)量％或更多但是30質(zhì)量％或更少的狗的相，所述鋅鍍層還包含0. 15質(zhì)量％或更多但是小于2質(zhì)量％的單獨(dú)形式或復(fù)合形式的Al和Si中的至少一種，并包含基本上構(gòu)成所述鋅鍍層的其余部分的Zn， 以及不可避免的雜質(zhì)，其中所述高強(qiáng)度淬火成形制品具有淬火成形后抗拉強(qiáng)度為IOOOMPa 或更高的高強(qiáng)度部分、和淬火成形后抗拉強(qiáng)度為SOOMPa或更低的低強(qiáng)度部分，所述方法包括以如下方式制造包括鋅鍍層的鍍鋅鋼板，所述鋅鍍層具有0. 15質(zhì)量％或更多但是小于2質(zhì)量％的單獨(dú)形式或復(fù)合形式的Al和Si中的至少一種同時(shí)制造所述鍍鋅鋼板的在包含0. 1體積％或更多的氧的氧化性氣氛中在高于或等于Ac3點(diǎn)但是低于或等于950°C 的溫度下加熱的部分、和所述鍍鋅鋼板的在高于或等于500°C但是低于所述Ac3點(diǎn)的溫度下加熱的部分；然后開始冷卻所述鍍鋅鋼板，在60秒內(nèi)，冷卻所述鍍鋅鋼板至等于或小于 730°C并且高于或等于500°C的溫度范圍；然后在所述溫度范圍內(nèi)壓制所述鍍鋅鋼板，然后急速冷卻所述鍍鋅鋼板。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其中所述Ac3點(diǎn)高于或等于700°C并且低于或等于 880 0C ο
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的制造方法，其中進(jìn)行所述急速冷卻使得溫度以30°C/秒或更快的速率達(dá)到200°C或更低。
全文摘要
一種高強(qiáng)度淬火成形制品，其具有在淬火后的成形鋼板表面處形成的鋅鍍層，該鋅鍍層包含30g/m2或更多的包含5質(zhì)量％或更多但是30質(zhì)量％或更少的Fe的相，其還包含0.15質(zhì)量％或更多但是小于2質(zhì)量％的單獨(dú)形式或復(fù)合形式的Al和Si中的至少一種，并包含基本上構(gòu)成所述鋅鍍層的其余部分的Zn，以及不可避免的雜質(zhì)，其中所述高強(qiáng)度淬火成形制品具有淬火成形后抗拉強(qiáng)度為1000MPa或更高的高強(qiáng)度部分和淬火成形后抗拉強(qiáng)度為800MPa或更低的低強(qiáng)度部分。
文檔編號(hào)C21D1/673GK102301014SQ201080006338
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2010年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月3日
發(fā)明者友清壽雄, 甲斐秀幸, 石畝祐樹, 西沢晃一, 近藤正顯, 鈴木真一, 鈴木貴之 申請(qǐng)人:豐田自動(dòng)車株式會(huì)社, 新日本制鐵株式會(huì)社, 愛信高丘株式會(huì)社