可熱成型的帶材、片材或坯料，其生產(chǎn)方法、熱成型產(chǎn)品的方法和熱成型的產(chǎn)品的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及可熱成型帶材、片材或坯料，其在600℃或高于600℃的溫度下是可成型的，其包含涂覆有腐蝕防護(hù)涂層的可熱成型鋼的基材。根據(jù)本發(fā)明，該經(jīng)涂覆的鋼被硅氧烷層覆蓋。本發(fā)明還涉及用來生產(chǎn)該帶材、片材或坯料的方法，使用該帶材、片材或坯料的用于將產(chǎn)品熱成型的方法和使用該帶材、片材或坯料熱成型的產(chǎn)品。
【專利說明】可熱成型的帶材、片材或坯料，其生產(chǎn)方法、熱成型產(chǎn)品的方法和熱成型的產(chǎn)品
[0001]本發(fā)明涉及在600°C或高于600°C的溫度下可成型的可熱成型的帶材、片材或坯料，其包含涂覆有腐蝕防護(hù)涂層的可熱成型鋼的基材。本發(fā)明還涉及生產(chǎn)該帶材、片材或坯料的方法，熱成型產(chǎn)品的方法和由其制造的熱成型產(chǎn)品。
[0002]該經(jīng)涂覆的帶材、片材或坯料可從EP0971044A1知悉，其涉及涂覆Al-Si的硼鋼；該熱成型涂覆鋅的硼鋼的方法可從例如EP1143029A1知悉。
[0003]已知在模具中熱成型步驟之前的熱處理期間未涂覆的硼鋼將形成Fe氧化物，由此在表面上形成松散和厚的氧化物層，其可污染和損害該模具的表面。而且，該氧化物層在所形成的產(chǎn)品的隨后使用期間干擾焊接過程，且也污染隨后的涂漆過程。因此，在該未涂覆的鋼產(chǎn)品的熱成型過程之后必須去除該氧化物層，這是低效和耗費(fèi)成本的。
[0004]為了克服以上問題且改善該鋼的腐蝕性能，已開發(fā)了涂覆的硼鋼，且該硼鋼已覆蓋有金屬涂層，例如Al-Si涂層或Zn基涂層。但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在熱成型過程期間，由于熱成型過程所需要的高溫，該涂層被氧化物層覆蓋，該氧化物層由涂層材料形成。氧化鋅層使其難以將熱成型的產(chǎn)品點(diǎn)焊。在使用熱成型部件的汽車工業(yè)中需要良好的點(diǎn)焊性能。
[0005]本發(fā)明的目的是提供適用于熱成型的經(jīng)涂覆的帶材、片材或坯料，其在熱成型之后具有良好的點(diǎn)焊性能。
[0006]本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供適用于熱成型的經(jīng)涂覆的帶材、片材或坯料，其對(duì)于生產(chǎn)為經(jīng)濟(jì)的。
[0007]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供滿足上文中的一個(gè)或多個(gè)目的的帶材、片材或坯料的
生產(chǎn)方法。
[0008]本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供用于熱成型產(chǎn)品的方法和具有良好的點(diǎn)焊性能的熱成型產(chǎn)品。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，采用用于在Acl溫度或高于Acl的溫度下熱成型的鋼帶材、片材或坯料滿足了一個(gè)或多個(gè)以上目的，其包含涂覆有腐蝕防護(hù)涂層的可熱成型的鋼的基材，其中該經(jīng)涂覆的鋼基材被硅氧烷層覆蓋。
[0010]本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，該硅氧烷層適于在涂覆有腐蝕防護(hù)涂層的鋼帶材、片材和坯料的熱成型期間降低氧化的程度。由于蒸發(fā)，該硅氧烷層也降低了鋅的損失。當(dāng)熱成型時(shí)，該涂覆硅氧烷的材料將被氧化而留下薄的粘附的氧化硅層，其具有低的接觸電阻和因此良好的焊接性能。因?yàn)樵摳g防護(hù)涂層減少的氧化，所以該硅氧烷層也改善了用于該鋼的腐蝕防護(hù)的涂層的有效性。該鋼基材用于在Acl溫度或高于Acl溫度下的熱成型。可將該鋼基材用于該熱成型的產(chǎn)品的熱成型和淬火，其通常提供了 1500MPa或更高的拉伸強(qiáng)度。
[0011]通常將硅氧烷層用作代替鉻酸鹽的鈍化處理或用作代替磷酸鹽或鉻酸鹽的轉(zhuǎn)變處理以改善與粘結(jié)劑或涂料的粘結(jié)。其在通過輥涂、浸潰/擠壓或噴射/擠壓施加的最終也含有醇的水基硅烷膜的固化之后形成，且其含有與氧原子和/或烴基以及與烴和/或烴基的碳原子結(jié)合的硅原子。烴和/或烴基的碳原子可相互或與中間體胺或羰基和/或硫原子結(jié)合。[0012]根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，該硅氧烷層源自含有使得C/Si ( I的碳的量的二硅烷。由于幾乎沒有二氧化碳的形成，這導(dǎo)致了幾乎無孔隙的、均勻的氧化硅層，因此該硅氧烷層向該鋼的防護(hù)添加了優(yōu)化性，其顯示提供了用于熱成型產(chǎn)品的最好的焊接可能性。
[0013]根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，該硅氧烷層的厚度使得在熱成型之后最多200mg Si/m2，優(yōu)選為20_100mg Si/m2,且優(yōu)選為40_100mg Si/m2保留在氧化娃層中。本發(fā)明人已發(fā)現(xiàn),金屬磷酸鹽層的厚度應(yīng)該為最多200mg Si/m2，因?yàn)楦叩暮穸认拢撗趸鑼幼陨韺⒆璧K經(jīng)點(diǎn)焊的材料的接觸電阻。而且，層的成本也變得過高。因此，優(yōu)選較薄的層。
[0014]根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，該腐蝕防護(hù)層為鋅或鋅合金層。鋅或鋅合金的涂層向該鋼基材提供了良好的、活化的腐蝕防護(hù)。
[0015]根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，該鋅或鋅合金層為含有至多70重量％的Fe，且優(yōu)選含有8-12重量％的Fe的鍍鋅退火層。已發(fā)現(xiàn)在該類涂層上的如上所述的硅氧烷層將提供良好的點(diǎn)焊性能。使用該電鍍的鋅或鋅合金層也使其較易于將該經(jīng)涂覆的鋼熱成型。
[0016]根據(jù)實(shí)施方案，該鋅或鋅合金層為含有至多70重量％的Fe且優(yōu)選含有1_5重量％的Fe的鍍鋅退火層。
[0017]該鋅合金可由0.3-2.3重量％的鎂和0.6-2.3重量％的鋁、任選的小于0.2重量％的一種或多種添加元素，余量為鋅和不可避免的雜質(zhì)組成?？梢陨倭刻砑拥?，小于0.2重量%的任選元素可為Pb或Sb、T1、Ca、Mn、Sn、La、Ce、Cr、N1、Zr或Bi。通常添加Pb、Sn、Bi和Sb以形成鋅花(spangle)。該類涂層具有與通常的鋅層相比改善的抗腐蝕性。
[0018]優(yōu)選該腐蝕防護(hù)涂層具有2-25 μ m的厚度。該厚度適用于生產(chǎn)熱成型部件用于汽車目的。
[0019]根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，該熱成型的鋼基材為具有以下重量％組成的鋼基材:
[0020]0.04-0.5% 的 C
[0021]0.5-3.5% 的 Mn
[0022]小于2.0% 的 Si
[0023]小于1.0% 的 Cr
[0024]小于0.2% 的 Ti
[0025]小于2.0% 的 Al
[0026]小于0.5% 的 Mo
[0027]小于0.1% 的 P
[0028]小于0.015% 的 N
[0029]小于0.05% 的 S
[0030]小于0.015% 的 B
[0031]余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0032]這些鋼類型適用于熱成型，其中還可在極限內(nèi)選擇合金化元素。通常，該硼的量為0.001-0.005 重量 ％。
[0033]優(yōu)選可熱成型的鋼基材為具有以下重量％組成的鋼基材:
[0034]0.04-0.5% 的 C
[0035]0.5-3.5% 的 Mn
[0036]小于2.0% 的 Si[0037]小于1.0% 的 Cr
[0038]小于0.2% 的 Ti
[0039]小于2.0% 的 Al
[0040]小于0.5% 的 Mo
[0041]小于0.1% 的 P
[0042]小于0.1% 的 Nb
[0043]小于0.015% 的 N
[0044]小于0.05% 的 S
[0045]小于0.015% 的 B
[0046]余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0047]當(dāng)添加Nb時(shí)，這些鋼類型具有更好的機(jī)械性能。而且在該實(shí)施方案中，硼的量通常為 0.001-0.005 重量 ％。
[0048]優(yōu)選該可熱成型的鋼基材為具有以下重量％組成的鋼基材:
[0049]0.04-0.5% 的 C
[0050]0.5-3.5% 的 Mn
[0051]小于2.0% 的 Si
[0052]小于1.0% 的 Cr
[0053]小于0.2% 的 Ti
[0054]小于2.0% 的 Al
[0055]小于0.5% 的 Mo
[0056]小于0.1% 的 P
[0057]小于0.015% 的 N
[0058]小于0.05% 的 S
[0059]小于0.015% 的 B
[0060]小于0.3% 的 W
[0061]余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0062]當(dāng)添加W時(shí)這些鋼類型具有更好的機(jī)械性能。而且，在該實(shí)施方案中，硼的量通常為 0.001-0.005 重量 ％。
[0063]優(yōu)選該鋼基材具有0.5-3.0mm的厚度。在汽車工業(yè)中使用該厚度。
[0064]本發(fā)明還涉及生產(chǎn)如上所述的可熱成型的帶材、片材或坯料的方法，其中涂覆有腐蝕防護(hù)涂層的該可熱成型的鋼的基材被硅烷溶液覆蓋，之后將該帶材、片材或坯料加熱以形成硅氧烷層。以此方式，可提供具有如上例示的硅氧烷層的鋼基材。
[0065]根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，通過噴射或浸潰和隨后擠壓或通過輥涂，以具有1-lOml/m2厚度的濕膜將該硅烷溶液施加到經(jīng)涂覆的鋼帶材、片材或坯料上，優(yōu)選在涂覆生產(chǎn)線的最后進(jìn)行，且將該濕膜在70-200°C，優(yōu)選70-100°C的溫度下干燥和固化。易于進(jìn)行施加該濕膜的方法，且其提供了在經(jīng)涂覆的基材上均勻的濕層，將其以通常的方式(例如在爐中)干燥和固化。
[0066]優(yōu)選該經(jīng)覆蓋有硅氧烷的腐蝕防護(hù)涂覆的基材包括以上例示的該帶材、片材或坯料的一個(gè)或多個(gè)特征。[0067]本發(fā)明還涉及使用如上所述的坯料或使用由如上所述的帶材或片材成型的坯料來熱成型產(chǎn)品的方法，其中將坯料或由該坯料成型的預(yù)制件加熱至Acl溫度或高于Acl溫度，在熱成型模具中熱成型該坯料或預(yù)制件，且將該熱成型的產(chǎn)品淬火。這為通常的熱成型方法，其現(xiàn)在使用根據(jù)本發(fā)明的坯料或由根據(jù)本發(fā)明的帶材或片材所生產(chǎn)的坯料來進(jìn)行。使用具有根據(jù)本發(fā)明的硅氧烷層的坯料，所成型的產(chǎn)品具有良好的焊接性能。
[0068]本發(fā)明還涉及使用如上所述的帶材、片材或坯料或根據(jù)上述方法所生產(chǎn)的熱成型產(chǎn)品，其中涂覆的熱成型的基材具有低于I毫歐的接觸電阻。根據(jù)在DVS2929:2007中所述的方法來測(cè)量接觸電阻，但不同的是使用了 7.5kN的力和300_的電極半徑。低于I毫歐的接觸電阻代表良好的焊接性能。
[0069]通過參考一些背景信息和下文中顯示于附圖中的大量實(shí)驗(yàn)可闡明本發(fā)明。
[0070]圖1.顯示了對(duì)于兩種不同的硅氧烷層厚度以及用于獲得良好的焊接性能所需的預(yù)期硅氧烷層厚度，經(jīng)加熱的涂覆鋅的鋼的接觸電阻(〈I毫歐)。
[0071]圖2A顯示了在加熱之后不進(jìn)行后續(xù)處理的涂覆鋅的基材。
[0072]圖2B.顯示了在加熱之后具有硅氧烷層的相同的基材。
[0073]由于在熱成型期間的高溫，因此涂覆鋅的材料迅速氧化。由于所形成的氧化物的性質(zhì)，該材料的接觸電阻將上升。總體上，具有大于I毫歐的接觸電阻的熱成型的材料被視為不可焊接的。在900°C的爐中6分鐘的通常使用的熱處理之后，接觸電阻通常大于5毫歐。通過較低的爐溫和/或在爐中較短的停留時(shí)間可減少氧化物的量，但這會(huì)嚴(yán)重影響熱成型過程的穩(wěn)健性。低的爐溫使該材料易于形成鐵素體，這將降低最終的材料強(qiáng)度。短的停留時(shí)間將該過程的靈活性最小化，因?yàn)橛袝r(shí)由于在爐后的壓制站處的技術(shù)任務(wù)，該樣品不得不在爐中保持較長(zhǎng)的時(shí)間周期。
[0074]發(fā)明人的意見是，應(yīng)該降低氧化物的量(而不降低爐溫或縮短最大的爐停留時(shí)間)，以保持非常穩(wěn)健的熱成型過程。因此，他們研究了在可比較的加熱循環(huán)時(shí)會(huì)將氧化的總量最小化的幾種后處理。
[0075]選擇了一種硅烷，即雙-(三甲氧基甲硅烷基)乙烷(BTSE)(其為可商業(yè)獲得的)用于研究。通過輥涂將該硅烷以兩種不同濃度的水基溶液施加，即0.5重量％和3重量％，導(dǎo)致了約IOmVm2的濕膜厚度，從而在爐中干燥之后分別給出了 2和12mg Si/m2的硅氧烷涂層重量。該基材為涂覆有鋅涂層的22MnB5鋼基材，該鋅涂層具有額外的熱處理以在涂層中具有12%的Fe。
[0076]下表I顯示了在箱式爐中加熱至880°C，6分鐘的熱循環(huán)后對(duì)于不同后處理后發(fā)明人所獲得的結(jié)果。清楚的是，所施加的硅氧烷層提高了保留在片材中的鋅量，對(duì)更好的腐蝕防護(hù)有貢獻(xiàn)，且減少了降低接觸電阻的氧化鋅的量。但是，兩種濃度之間的差異太小以致不能發(fā)現(xiàn)濃度的明顯作用。但是，清楚的是，通過使用較高的硅烷濃度我們將實(shí)現(xiàn)所需要的低于I毫歐的接觸電阻(這在汽車工業(yè)中的的熱成型部件提供良好的焊接是需要的)。
[0077]圖1告訴我們當(dāng)我們推算結(jié)果(點(diǎn)劃線)時(shí)，考慮到偏差，為了實(shí)現(xiàn)低于I毫歐的接觸電阻，我們至少必須施加含有>20mg Si/m2且優(yōu)選>40mg Si/m2的硅氧烷層。
[0078]
【權(quán)利要求】
1.用于在Acl溫度或高于Acl溫度下熱成型的鋼帶材、片材或坯料，其包含涂覆有腐蝕防護(hù)涂層的可熱成型的鋼基材，其特征在于該經(jīng)涂覆的鋼基材被硅氧烷層覆蓋。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的帶材、片材或坯料，其中該硅氧烷層源自含有使得C/Si( I的碳量的二硅烷。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的帶材、片材或坯料，其中在熱成型之后硅氧烷層的厚度使得最多200mg Si/m2，優(yōu)選20-1OOmg Si/m2，且更優(yōu)選40_100mg Si/m2保留在硅層中。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的帶材、片材或坯料，其中該腐蝕防護(hù)層為鋅或鋅合金層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的帶材、片材或坯料，其中該鋅或鋅合金層為鍍鋅退火層，其含有至多70重量％的Fe，且優(yōu)選含有8重量％-12重量％的Fe。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的帶材、片材或坯料，其中所述腐蝕防護(hù)層具有.2-25 μ m的厚度。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的帶材、片材或坯料，其中可熱成型的鋼基材為具有以下重量％組成的鋼基材: . 0.04-0.5% 的 C . 0.5-3.5% 的 Mn 小于2.0%的Si 小于1.0%的Cr 小于0.2%的Ti 小于2.0%的Al 小于0.5%的Mo 小于0.1%的P 小于0.015%的N 小于0.05%的S 小于0.015%的B 余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的帶材、片材或坯料，其中該可熱成型的鋼基材為具有以下重量％組成的鋼基材: . 0.04-0.5% 的 C . 0.5-3.5% 的 Mn
小于2.0%的Si
小于1.0%的Cr
小于0.2%的Ti
小于2.0%的Al
小于0.5%的Mo
小于0.1%的P
小于0.1%的Nb
小于0.015%的N
小于0.05%的S小于0.015%的B 余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的帶材、片材或坯料，其中該可熱成型的鋼基材為具有以下重量％組成的鋼基材:
0.04-0.5% 的 C
0.5-3.5% 的 Mn
小于2.0%的Si
小于1.0%的Cr
小于0.2%的Ti
小于2.0%的Al
小于0.5%的Mo
小于0.1%的P
小于0.015%的N
小于0.05%的S
小于0.015%的B
小于0.3%的W 余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的帶材、片材或坯料，其中該鋼基材具有0.5-3.0mm的厚度。
11.用于生產(chǎn)根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的可熱成型的帶材、片材或坯料的方法，其中涂覆有腐蝕防護(hù)涂層的可熱成型的鋼的基材被硅烷溶液覆蓋，之后將該帶材、片材或坯料加熱以形成硅氧烷層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中通過噴射或浸潰以及隨后擠壓或通過輥涂將硅烷溶液以具有1-lOml/m2厚度的濕膜施加到經(jīng)涂覆的鋼帶材片材或坯料上，優(yōu)選在涂覆生產(chǎn)線的最后進(jìn)行，且將該濕膜在70-200°C，優(yōu)選70-100°C的溫度下干燥和固化。
13.使用根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)的帶材、片材或坯料熱成型產(chǎn)品的方法，其中將該帶材、片材或坯料或由該坯料成型的預(yù)制件加熱至Acl溫度或高于Acl溫度，將該坯料或預(yù)制件在熱成型模中熱成型，且將該熱成型的產(chǎn)品淬火。
14.使用根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)或根據(jù)權(quán)利要求13生產(chǎn)的熱成型產(chǎn)品，其具有低于I毫歐的接觸電阻。
【文檔編號(hào)】C21D9/46GK103582531SQ201280027154
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月7日
【發(fā)明者】R·布里克 申請(qǐng)人:塔塔鋼鐵艾默伊登有限責(zé)任公司