由薄鋼板制造硬化零件的方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及由薄鋼板制造硬化零件的方法，包括將具有陰極防腐的薄鋼板制成的成形零件冷成形，隨后為奧氏體化進(jìn)行熱處理，其特征在于，a）在成形元件冷成形之前、之中或之后對(duì)其進(jìn)行最終修整和穿孔或制造穿孔圖案，b）冷成形和修整以及穿孔和穿孔圖案在結(jié)構(gòu)零件上的排布使成形零件比最終硬化結(jié)構(gòu)零件小0.5-2%，c）為進(jìn)行熱處理而冷成形的成形零件至少在部分區(qū)域在環(huán)境氧的加入下被加熱到鋼材奧氏體化溫度，d）將經(jīng)加熱的結(jié)構(gòu)零件轉(zhuǎn)移到模硬化工具中并在其中進(jìn)行模硬化，和e）陰極防腐涂層由主要由鋅構(gòu)成的混合物構(gòu)成，該混合物還包含一或多種總量占總混合物0.1-15重量%的對(duì)氧具有親和力的元素。
【專(zhuān)利說(shuō)明】由薄鋼板制造硬化零件的方法
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)?zhí)枮?00480022172.3(PCT/EP2004/006252)、申請(qǐng)日為 2004 年 6 月
9日的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種用于由薄鋼板制造硬化結(jié)構(gòu)零件的方法，以及通過(guò)此方法制造的由薄鋼板構(gòu)成的硬化結(jié)構(gòu)零件。

【背景技術(shù)】
[0003]在汽車(chē)制造領(lǐng)域，人們希望降低車(chē)輛的總重或，在改進(jìn)的輔助設(shè)備的情況下，不讓車(chē)輛的總重提高。這只有當(dāng)具體的車(chē)輛零件的重量降低了時(shí)才能實(shí)現(xiàn)。在這一點(diǎn)上人們特別是努力將車(chē)身的重量與以前的時(shí)代相比降低。但是，與此同時(shí)，對(duì)于安全性特別是汽車(chē)內(nèi)的人的安全性，和對(duì)發(fā)生意外的情況下的狀況的要求提高了。在為了降低車(chē)身總重而減少零件數(shù)量，特別降低它們的厚度的同時(shí)，人們期望重量減輕了的車(chē)身外殼在發(fā)生意外的情況下能表現(xiàn)提高的強(qiáng)度和硬度以及確定的變形特性。
[0004]在制造汽車(chē)車(chē)身時(shí)鋼是用得最多的原材料。用任何其它材料都不能在這么大的范圍內(nèi)成本有效地制造具有極其多變的材料性能的結(jié)構(gòu)零件。
[0005]這些改變了的要求的結(jié)果是,連同極大的堅(jiān)固性,大延伸率值和從而改善的冷成形能力都得到了保證。而且，鋼可以表現(xiàn)的堅(jiān)固性范圍也提高了。
[0006]一種觀點(diǎn)(特別是對(duì)于與汽車(chē)制造有關(guān)的車(chē)身)涉及由強(qiáng)度(隨合金組成而變)在1000-2000 MPa范圍內(nèi)的薄鋼板制造的結(jié)構(gòu)零件。要在結(jié)構(gòu)零件內(nèi)實(shí)現(xiàn)這類(lèi)強(qiáng)度，已知可以從板上切出適當(dāng)?shù)膲K，將塊加熱到奧氏體化溫度以上的溫度，然后在壓鍛機(jī)中將結(jié)構(gòu)零件成形，其中在成形過(guò)程中同時(shí)提供材料的快速冷卻。
[0007]在退火處理使板塊奧氏體化的過(guò)程中在表面上形成了一個(gè)氧化皮層。它在成形和冷卻之后被清除。此清除通常是通過(guò)噴砂的方法進(jìn)行的。在清除氧化皮之前或之后，進(jìn)行最終的修整和穿孔。在噴砂之前進(jìn)行最終修整和穿孔是不利的，因?yàn)榍羞吅涂椎倪吘墪?huì)受到不利影響。不管硬化之后的處理步驟的順序如何，借助于噴砂清除氧化皮是不利的，此處理常常會(huì)使結(jié)構(gòu)零件翹曲。在所述的處理步驟之后，進(jìn)行所謂的用腐蝕層涂覆零件。例如，施加一個(gè)陰極有效防腐層。
[0008]在這一點(diǎn)上缺點(diǎn)在于，硬化結(jié)構(gòu)零件的修整十分費(fèi)事，且由于結(jié)構(gòu)零件的硬化所以會(huì)經(jīng)受巨大的磨損。此外，其缺點(diǎn)在于所述零件涂層通常只提供沒(méi)有特別強(qiáng)地產(chǎn)生的腐蝕保護(hù)。而且層的厚度不均勻，而是在結(jié)構(gòu)零件表面上變化。
[0009]在此方法的一個(gè)改進(jìn)中，同樣已知可以由薄金屬板冷成形一個(gè)結(jié)構(gòu)零件，接著將其加熱到奧氏體化溫度然后在校準(zhǔn)工具內(nèi)將它快速冷卻，其中所述校準(zhǔn)工具負(fù)責(zé)校準(zhǔn)已經(jīng)由于加熱而變翹曲的成形區(qū)域。隨后進(jìn)行前面所述的修整。與前面所述的方法相比，此方法使得可以獲得更復(fù)雜的幾何形狀，因?yàn)樵谕瑫r(shí)成形和硬化的過(guò)程中只可能產(chǎn)生基本呈直線型的形狀，而復(fù)雜的形狀在所述成形方法的過(guò)程中不能實(shí)現(xiàn)。
[0010]從GB 1490535已知一種硬化結(jié)構(gòu)鋼零件的制造方法，其中一張可硬化的鋼板被加熱到硬化溫度并隨后被裝入成形設(shè)備中，板在其中被制成期望的最終形狀，其中在成形過(guò)程中同時(shí)進(jìn)行快速冷卻，從而在板仍處于成形設(shè)備之內(nèi)時(shí)獲得馬氏體或貝氏體結(jié)構(gòu)。例如硼合金碳鋼或碳錳鋼被用作起始材料。根據(jù)此公開(kāi)，成形優(yōu)選地通過(guò)加壓進(jìn)行，但也可采用其它方法。成形和冷卻應(yīng)當(dāng)優(yōu)選地以這樣一種方式進(jìn)行并且非常快以至于可以獲得微粒的馬氏體或貝氏體結(jié)構(gòu)。
[0011]從EP 1253208 Al已知一種由金屬板制造硬化異型金屬板材零件的方法,其中板被熱成形和在加壓工具內(nèi)硬化成異型金屬板材零件。在此過(guò)程中，在異型金屬板材零件上制造了從板平面突出來(lái)的參考點(diǎn)或環(huán)，它們被用于在后續(xù)處理操作中確定異型金屬板材零件的位置。應(yīng)當(dāng)在成形過(guò)程中從板的非穿孔區(qū)形成所述環(huán)，其中參考點(diǎn)是以模沖的形式在異型金屬板材零件的邊緣、通道或環(huán)處形成的。在壓制工具中熱成形和硬化據(jù)說(shuō)通常有好處，因?yàn)橥ㄟ^(guò)將成形、硬化和回火過(guò)程結(jié)合在一個(gè)工具中可以提高加工效率。不過(guò)，通過(guò)將異形金屬板材零件夾緊在工具中以及由于熱應(yīng)力，可以肯定零件將會(huì)發(fā)生翹曲。這可能對(duì)后續(xù)處理操作具有不利影響，因此在異型金屬板材零件上制造了參考點(diǎn)。
[0012]從DE 19723655 Al已知一種制造薄鋼板產(chǎn)品的方法，其中薄鋼板產(chǎn)品在還熱時(shí)在一對(duì)冷卻的工具內(nèi)成形，并且在仍位于工具內(nèi)時(shí)硬化成馬氏體結(jié)構(gòu)，所以在硬化過(guò)程中所述工具被用于固定。在硬化之后將進(jìn)行處理的區(qū)域中，鋼應(yīng)當(dāng)被保持在軟鋼范圍內(nèi)，其中工具中的插入件是用來(lái)在這些區(qū)域防止快速冷卻從而防止馬氏體結(jié)構(gòu)的。據(jù)說(shuō)借助于工具內(nèi)的切斷可以獲得同樣的效果，因此在薄鋼板和工具之間出現(xiàn)縫隙。此方法的缺陷為由于在此過(guò)程中會(huì)發(fā)生相當(dāng)大的翹曲，所以此方法不適合于更復(fù)雜結(jié)構(gòu)的加壓硬化結(jié)構(gòu)零件。
[0013]從DE 10049660 Al已知一種制造局部增強(qiáng)的成形金屬板材零件的方法，其中結(jié)構(gòu)零件的基體金屬板在規(guī)定位置以平面狀態(tài)與加強(qiáng)金屬板連接，且此所謂的補(bǔ)丁金屬板復(fù)合件隨后被一起成形。為在該方法的產(chǎn)品和結(jié)果方面改進(jìn)此制造方法，以及卸下在用于執(zhí)行此方法的工具方面的負(fù)擔(dān)，補(bǔ)丁復(fù)合金屬板在成形之前被加熱到至少800-850°C，被迅速插入，在加熱的狀態(tài)下被迅速成形，并且在成形的狀態(tài)被機(jī)械地保持著時(shí)，隨后通過(guò)與成形工具接觸而被明確地冷卻，其中成形工具是強(qiáng)制從內(nèi)部冷卻的。在800-500°C之間的非常重要的溫度特別應(yīng)當(dāng)是在規(guī)定的冷卻速率下穿過(guò)的。一般認(rèn)為結(jié)合加強(qiáng)金屬板和基板金屬板的步驟是可以很容易整合的，其中零件是彼此硬釬焊在一起的，由此可以同時(shí)在接觸區(qū)獲得有效的腐蝕保護(hù)。此方法的缺點(diǎn)是所述工具特別是由于固定的內(nèi)部冷卻所以非常復(fù)雜。
[0014]從DE 2003306已知一種擠壓和硬化鋼零件的方法和設(shè)備。目的在于將薄鋼板零件擠壓成形和將它們硬化，其中它意在消除已知方法的缺陷，特別是由薄鋼板制成的零件是以順序的分離步驟通過(guò)模壓和硬化制造的。特別地，它意在消除硬化或淬火產(chǎn)品會(huì)呈現(xiàn)的希望形狀的翹曲的問(wèn)題，所以需要額外的工作步驟。為此，一張鋼板在被加熱到導(dǎo)致其奧氏體狀態(tài)的溫度后，被放置在一對(duì)一起工作的成形元件之間，之后擠壓鋼板同時(shí)熱量被迅速?gòu)匿摪遛D(zhuǎn)移到成形元件中。在整個(gè)過(guò)程中，零件都保持在冷卻溫度，因此在成形壓力下向零件上施加了淬火作用。
[0015]從DE 10120063 C2已知，將一種由以帶狀形式提供的原料制備的汽車(chē)用異型金屬結(jié)構(gòu)單元送入軋輥輥型裝置中并將它們成形為軋輥輥型的零件，其中，在從軋輥輥型裝置出來(lái)之后，軋輥輥型的零件上部分區(qū)域被感應(yīng)加熱到硬化所需的溫度并隨后在冷卻裝置內(nèi)淬火。在此之后，將軋輥輥型的零件切削到應(yīng)有的尺寸成為異型結(jié)構(gòu)零件。
[0016]從USP 6，564，504 B2已知一種具有非常高的機(jī)械性能的零件的制造方法，其中零件是通過(guò)沖壓由軋制鋼板構(gòu)成的條來(lái)制造的，且其中一種熱軋和特別是涂布材料被使用金屬或金屬合金涂覆，用于保護(hù)鋼表面，其中切割薄鋼板并獲得了薄鋼板預(yù)成形品，薄鋼板預(yù)成形品冷成形或熱成形并被在熱成形之后冷卻和硬化或者在冷成形之后被加熱爾后冷卻。在成形之前或跟隨在成形之后一種金屬間合金被施加到表面上，提供腐蝕防護(hù)和鋼脫碳，其中此金屬間化合物據(jù)說(shuō)還具有潤(rùn)滑功能。隨后，多余的材料被從成形的零件上除去。此涂層據(jù)說(shuō)主要是基于鋅或鋅和鋁的。這里可以使用雙面都電解涂鋅的鋼，其中奧氏體化應(yīng)該發(fā)生在950°C。此電解鋅涂層在奧氏體化過(guò)程中被完全轉(zhuǎn)化成鐵-鋅合金。還指出在成形和在被保持以冷卻的過(guò)程中，涂層不會(huì)妨礙熱量通過(guò)工具流出，甚至?xí)纳茻崃康牧鞒?。此外，此公開(kāi)還提出了可以使用含45%-50%鋅和余量的鋁的涂層替代電解鋅涂層帶。所述方法在它的兩個(gè)實(shí)施方案中都存在的缺點(diǎn)為實(shí)際上不再存在陰極腐蝕。而且，這種層非常脆以至于在成形的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生裂紋。具有45-50%鋅和55-45%鋁的混合物的涂層也沒(méi)有提供值得一提的腐蝕保護(hù)。盡管此公開(kāi)中聲稱(chēng)使用鋅或鋅合金作涂層將能甚至對(duì)邊緣都提供電化腐蝕防護(hù)，但實(shí)際上根本不能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。實(shí)際上通過(guò)所述涂層甚至都不能向表面充分的電化腐蝕防護(hù)。
[0017]從EP 1013785 Al已知一種由軋制鋼帶特別是熱軋鋼帶制造結(jié)構(gòu)零件的方法。其目的在于提供0.2-2.0 mm厚的軋制鋼板，其中它在熱軋之后被涂覆，并經(jīng)受冷或熱成形，接著進(jìn)行熱處理，其中在熱成形或熱處理之前、之中或之后的溫度增長(zhǎng)應(yīng)當(dāng)保證鋼不會(huì)脫碳或上述板的表面不會(huì)氧化。為此目的，將向板提供一種金屬或金屬合金，它能保證保護(hù)板的表面，之后板經(jīng)受成形所需的溫度升高，隨后將板成形，最后將零件冷卻。特別地，板是在熱的狀態(tài)下被擠壓的，且通過(guò)深拉制造的零件將被冷卻以硬化，此冷卻的速度大于臨界淬火速度。還公開(kāi)了一種適合的合金鋼，其中此薄鋼板在工具中成形和硬化之前要在950°C奧氏體化。所施加的涂層特別地由鋁或鋁合金構(gòu)成，其中由此不僅能產(chǎn)生氧化和脫碳保護(hù)，還能產(chǎn)生潤(rùn)滑效果。盡管與其它已知方法相比，可以用此方法避免在隨后的加熱過(guò)程中金屬板材零件在被加熱到奧氏體化溫度后的氧化，基本上此公開(kāi)中所說(shuō)的冷成形對(duì)于熱浸鍍鋅板來(lái)說(shuō)不可能，因?yàn)闊峤B鋁層的延展性太低不能承受較大的變形。對(duì)于所述薄金屬板在冷卻狀態(tài)下也不可能通過(guò)深拉法制造更復(fù)雜的形狀。用所述涂層可以進(jìn)行熱成形，即在同一工具內(nèi)成形和硬化，但后來(lái)結(jié)構(gòu)零件不具有任何陰極保護(hù)。而且，這種結(jié)構(gòu)零件在硬化之后必須通過(guò)機(jī)械或借助于激光加工，因此就會(huì)產(chǎn)生上面已經(jīng)提到的缺陷即由于材料非常堅(jiān)硬后續(xù)加工步驟將非常昂貴。此外還有一個(gè)缺點(diǎn)，通過(guò)激光或機(jī)械地切割的成形零件的所有區(qū)域都不再具有任何腐蝕保護(hù)。
[0018]為了由未硬化的可熱成形薄鋼板制造成形金屬結(jié)構(gòu)元件，特別是制成半成品形式的結(jié)構(gòu)體元件，從DE 10254695 B3已知，可以開(kāi)始先將所述半成品通過(guò)冷成形方法特別是深拉成形成結(jié)構(gòu)元件毛坯。其后，修整結(jié)構(gòu)元件毛坯的邊緣使其與要制造的結(jié)構(gòu)元件的邊緣輪廓大致一致。最后，將修整過(guò)的結(jié)構(gòu)元件毛坯在熱成形工具中加熱和加壓硬化。在此過(guò)程中制造的結(jié)構(gòu)元件在熱成形已經(jīng)具有期望的邊緣輪廓，因此可以省去對(duì)結(jié)構(gòu)零件邊緣的最后修整。該專(zhuān)利打算用這種方法來(lái)顯著縮短用薄鋼板制造硬化結(jié)構(gòu)零件的周期。所用鋼應(yīng)當(dāng)是空氣硬化鋼，如果需要，加熱時(shí)將它在一種保護(hù)氣體氣氛下加熱以防起氧化皮。否貝U，在結(jié)構(gòu)零件熱成形之后要從成形的結(jié)構(gòu)零件上除去氧化皮層。此公開(kāi)中提到，在冷成形過(guò)程中，結(jié)構(gòu)元件毛坯成形為接近其最終輪廓，其中"接近其最終輪廓"應(yīng)當(dāng)理解為最終結(jié)構(gòu)零件的幾何形狀上那些伴隨了材料的宏觀流動(dòng)的部分在冷成形過(guò)程的最后已經(jīng)完全成形在結(jié)構(gòu)元件毛坯中。由此，在冷成形過(guò)程的最后只需對(duì)外形進(jìn)行輕微修整，需要物質(zhì)進(jìn)行極小的局部流動(dòng)，就能產(chǎn)生結(jié)構(gòu)零件的三維外形。此方法的缺陷在于仍需要在熱狀態(tài)下對(duì)整個(gè)輪廓進(jìn)行最后整型的步驟，其中為防起氧化皮，或者必須執(zhí)行已經(jīng)的步驟即在保護(hù)氣體氣氛下進(jìn)行退火，或者必須對(duì)零件進(jìn)行去氧化皮。兩種過(guò)程之后都必須跟一個(gè)涂覆零件以使其抗蝕的步驟。
[0019]總之，不利的是，對(duì)于所有上述方法來(lái)說(shuō)在成形和硬化之后都必須進(jìn)一步處理制造的零件，昂貴且費(fèi)事。而且，結(jié)構(gòu)零件沒(méi)有或者只有不充分的腐蝕防護(hù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0020]本發(fā)明的目的在于創(chuàng)造一種制造由薄鋼板構(gòu)成的硬化結(jié)構(gòu)零件的方法，它簡(jiǎn)單并可以快速執(zhí)行且使得制造由薄鋼板特別是薄鋼片構(gòu)成的硬化結(jié)構(gòu)零件成為可能，所制造的硬化結(jié)構(gòu)零件具有陰極防腐和正好被制成所需的尺寸而且不需要進(jìn)行修整如去氧化皮和噴砂。
[0021]此目的是通過(guò)具有權(quán)利要求1的特征的方法實(shí)現(xiàn)的，在其從屬權(quán)利要求中給出了有利的進(jìn)一步改進(jìn)。
[0022]另一個(gè)目的在于制造一種由薄鋼板制成的硬化結(jié)構(gòu)零件，它具有腐蝕保護(hù)，尺寸穩(wěn)定并精確，而且還具有降低的生產(chǎn)成本。
[0023]此目的是通過(guò)具有權(quán)利要求21的特征的硬化薄鋼板實(shí)現(xiàn)的。在其從屬權(quán)利要求中給出了有利的進(jìn)一步改進(jìn)。
[0024]根據(jù)本發(fā)明，結(jié)構(gòu)零件的成形，以及結(jié)構(gòu)零件的修整和穿孔實(shí)質(zhì)上都在未硬化狀態(tài)下進(jìn)行。用在未硬化狀態(tài)下的具體材料的相對(duì)較好的成形能力使得可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)零件幾何形狀，和用成本更為顯著經(jīng)濟(jì)的硬化處理前的機(jī)械切削操作來(lái)代替昂貴的后面在硬化狀態(tài)的修整。
[0025]由于加熱結(jié)構(gòu)零件而導(dǎo)致的不可避免的尺寸變化已經(jīng)在冷薄金屬板的成形中被考慮到，因此制造的結(jié)構(gòu)零件比其最終尺寸約小0.5-2%。至少在成形過(guò)程中預(yù)計(jì)的熱膨脹被考慮在內(nèi)。
[0026]對(duì)于結(jié)構(gòu)零件的冷加工即成形、修整和穿孔，它足以使最終的硬化結(jié)構(gòu)零件的區(qū)域具有高復(fù)雜度和成形深度，并且如果需要所述區(qū)域還可具有結(jié)構(gòu)零件的緊公差，如特別是切邊、成形邊、成形表面和可能地穿孔圖案如特別是穿孔具有要求的最終公差，和特別是修整和位置公差，其中由于加熱導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)零件的熱膨脹被考慮在內(nèi)或被補(bǔ)償。
[0027]這意味著在冷成形之后結(jié)構(gòu)零件比最終硬化結(jié)構(gòu)零件的目標(biāo)最終尺寸約小0.5_2%。小在這里是指，冷成形之后，結(jié)構(gòu)零件被在所有三個(gè)空間軸即三維方向上都被最終成形。這樣熱膨脹在所有三個(gè)空間軸上都被等同考慮到?，F(xiàn)有技術(shù)不可能在所有空間軸上都考慮到熱膨脹，例如由于模的不完全封閉所以只能考慮到Z方向上的膨脹，從而在此導(dǎo)致不完全的成形。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地工具的三維幾何形狀或外形在所有三個(gè)維度上都做得小一些。
[0028]此外，根據(jù)本發(fā)明，使用了熱浸鍍鋅鋼板，和特別是帶有由特定組成構(gòu)成的防腐涂層的熱浸鍍鋅鋼板。
[0029]到目前為止，在本【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)都認(rèn)為鍍鋅薄鋼板以適用于其中加熱步驟在成形之前或跟隨在成形之后進(jìn)行的那些方法而著名。一方面，這是由鋅層在通常采用的大約900-950°C的爐溫之上被強(qiáng)烈氧化或在保護(hù)氣體(無(wú)氧氣氛)下?lián)]發(fā)所引起的。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的對(duì)薄鋼板的防腐是一種主要基于鋅的陰極防腐，其中所述薄鋼板在此方法中開(kāi)始先經(jīng)受熱處理爾后成形和硬化。根據(jù)本發(fā)明，在構(gòu)成涂層的鋅中添加了0.1%-15%的一種或幾種對(duì)氧具有親合力的元素如鎂、硅、鈦、鈣和鋁?？梢詼y(cè)定，所述那么少量的對(duì)氧具有親合力的元素，如鎂、硅、鈦、鈣和招，在此特定應(yīng)用中產(chǎn)生了驚人的效果。
[0031]根據(jù)本發(fā)明，至少M(fèi)n、Al、T1、S1、Ca是可能的對(duì)氧具有親合力的元素。如果在下文中提到鋁，則它同時(shí)代表其它提及的元素。
[0032]已經(jīng)驚人地表明，盡管對(duì)氧有親合力的元素如特別是鋁的量非常少，但在加熱過(guò)程中在表面上明顯形成了保護(hù)層，它主要由Al2O3或?qū)ρ跤杏H合力的元素的氧化物(MgO、CaO, T1, S12)構(gòu)成，此保護(hù)層非常有效并且是自修復(fù)的。此非常薄的氧化層能防止下面的含鋅防腐層氧化，甚至是在非常高的溫度下。這意味著當(dāng)鍍鋅薄鋼板在擠壓硬化法中經(jīng)受特定的連續(xù)處理的過(guò)程中，形成一個(gè)差不多兩層的防腐層，它由高鋅含量的陰極高效層構(gòu)成并且此陰極層由一個(gè)由氧化物(A1203、MgO、Ca0、Ti0、S12)構(gòu)成的防氧化層保護(hù)而不被氧化和蒸發(fā)。由此，產(chǎn)生一種具有突出化學(xué)穩(wěn)定性的陰極防腐層。這意味著熱處理必須在氧化性氣氛內(nèi)進(jìn)行。盡管可以借助于保護(hù)氣體(無(wú)氧氣氛)來(lái)防止氧化，但鋅會(huì)由于高蒸氣壓而汽化。
[0033]此外還表明，根據(jù)本發(fā)明的防腐層還對(duì)擠壓硬化處理具有非常大的機(jī)械穩(wěn)定性，以至于緊跟在板的奧氏體化之后的成形步驟不會(huì)破壞此層。即使有微觀裂紋發(fā)生，陰極保護(hù)效果也至少明顯大于已知的針對(duì)擠壓硬化法的防腐層的保護(hù)效果。
[0034]為向板提供根據(jù)本發(fā)明的腐蝕保護(hù)，第一步，可以將鋁的重量百分比含量大于0.1%但小于15%，特別是小于10%，進(jìn)一步優(yōu)選地小于5%的鋅合金施加在薄鋼板特別是合金薄鋼板上，然后在第二步驟中，涂層薄板的某些部分被加工除下特別是被切下或沖壓下來(lái)，并在空氣氧的加入下被加熱到合金板的奧氏體化溫度之上的溫度以及隨后高速冷卻。所述從薄板上切下的部分(板塊)的成形可以在所述加熱板到奧氏體化溫度之前或跟隨在其之后進(jìn)行。
[0035]假定在該方法的第一個(gè)步驟中，即涂覆板的過(guò)程中，在板表面或在層的近側(cè)區(qū)域形成由特別是Fe2Al5IZnj^g成的薄抑制相，它能抑制液體金屬涂覆過(guò)程中在特別是高達(dá)690°C的溫度下發(fā)生的Fe-Zn擴(kuò)散。由此在第一個(gè)方法步驟中，制成了帶加有鋁的鋅金屬涂層的板，它只在接近板表面即涂層的近側(cè)區(qū)域具有極薄的抑制相，此抑制相能有效地防止鐵-鋅連接相的迅速生長(zhǎng)。此外可以理解，鋁的單獨(dú)存在降低了在界面層區(qū)域鐵-鋅擴(kuò)散的趨勢(shì)。
[0036]如果現(xiàn)在第二個(gè)步驟中，將具有金屬鋅-鋁層的板在空氣氧的加入下加熱到板材的奧氏體化溫度，則最初板上的金屬層會(huì)液化。在遠(yuǎn)側(cè)表面上鋅中的對(duì)氧具有親合力的鋁與空氣氧反應(yīng)，同時(shí)形成一種固體氧化物或鋁的氧化物，由此在此方向中產(chǎn)生了鋁金屬濃度的降低，這導(dǎo)致了鋁向消耗即向遠(yuǎn)側(cè)區(qū)方向連續(xù)擴(kuò)散。鋁的氧化物在層上曝露于空氣的區(qū)域中的這種富集現(xiàn)在充當(dāng)對(duì)層金屬的氧化保護(hù)或?qū)︿\的汽化屏蔽。
[0037]此外，在加熱過(guò)程中，鋁被向遠(yuǎn)側(cè)區(qū)方向的連續(xù)擴(kuò)散抽離近側(cè)屏蔽相，并在遠(yuǎn)側(cè)區(qū)可供用于形成表面Al2O3層。這樣就實(shí)現(xiàn)了板涂層的形成，留下一個(gè)具有大比例的鋅的陰極聞效層。
[0038]例如，非常適合的是鋁的比例以重量百分比計(jì)大于0.2但小于4，優(yōu)選地大于0.26
但小于2.5重量％的鋅合金。
[0039]如果適合地鋅合金涂層向板表面的施加發(fā)生在第一步驟內(nèi)穿過(guò)溫度大于425°C但小于690°C特別是在440°C_495°C的液態(tài)金屬浴的過(guò)程中，并隨后冷卻涂覆的板，則可能不僅有效地形成近側(cè)抑制相，或在抑制層區(qū)域內(nèi)觀察到非常好的防擴(kuò)散，而且可能與此同時(shí)提聞板材的熱變形性能。
[0040]通過(guò)一種其中使用例如厚度大于0.15 mm和具有一定濃度范圍的下列重量百分比限制之內(nèi)的至少一種合金元素的熱軋或冷軋鋼帶的方法，提供了本發(fā)明的一個(gè)有利實(shí)施方案，其中:
碳直到0.4，優(yōu)選地0.15-0.3 硅直到1.9，優(yōu)選地0.11-1.5 錳直到3.0，優(yōu)選地0.8-2.5 鉻直到1.5，優(yōu)選地0.1-0.9 鑰直到0.9，優(yōu)選地0.1-0.5 鎳直到0.9，
鈦直到0.2，優(yōu)選地0.02-0.1 釩直到0.2，
鎢直到0.2，
鋁直到0.2，優(yōu)選地0.02-0.07 硼直到0.01，優(yōu)選地0.0005-0.005 硫最多0.01，優(yōu)選地最多0.008 磷最多0.025，優(yōu)選地最多0.01
余量的鐵和雜質(zhì)。
[0041]可以確定，根據(jù)本發(fā)明的陰極防腐的表面結(jié)構(gòu)在涂料和油漆的粘合力方面特別有利。
[0042]如果表面層具有富鋅的金屬間鐵-鋅-鋁相和富鐵的鐵-鋅-鋁相，則涂層在薄鋼板制品上的粘合力可以得到進(jìn)一步提高，其中所述富鐵相中鋅對(duì)鐵的比不超過(guò)0.95(鋅/鐵彡0.95)，優(yōu)選地為0.20-0.80 (Zn/Fe = 0.20-0.80)，所述富鋅相中鋅對(duì)鐵的比至少為2.0 (Zn/Fe 彡 2.0)，優(yōu)選地 2.3-19.0 (Zn/Fe = 2.3-19.0)。
[0043]在根據(jù)本發(fā)明的方法中，這樣一種鋅層在冷成形過(guò)程中明顯基本上不會(huì)受影響。相反，根據(jù)本發(fā)明，在冷板的修整和穿孔的過(guò)程中，鋅物質(zhì)被工具以一種有利的方式從鋅層遷移到了割邊上，并被沿著割邊涂敷。
[0044]此外，用鋅涂覆的好處在于結(jié)構(gòu)零件在加熱并被傳遞給模硬化工具之后失熱較少，因此結(jié)構(gòu)零件不必被加熱得過(guò)高。由此可以產(chǎn)生更小的熱膨脹，所以與公差有關(guān)的制造精確性被簡(jiǎn)化了，因?yàn)榕蛎浀目偭繙p少了。
[0045]此外，在較低的溫度下結(jié)構(gòu)零件具有提高的穩(wěn)定性，這使得改進(jìn)的操作性和更快地插入模中成為可能。
[0046]下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行舉例說(shuō)明。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0047]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的方法的過(guò)程。
[0048]

【具體實(shí)施方式】
為實(shí)施本方法，未硬化的鍍鋅特殊薄板首先被切成塊。
[0049]所切成的塊可以是長(zhǎng)方形、斜方形或加工成形的塊。任何已知的切削方法都可以用來(lái)切削所述塊。優(yōu)選地所采用的那些切削方法在切的過(guò)程中沒(méi)有向金屬板內(nèi)引入熱量。
[0050]隨后，借助于冷成形工具由修整的塊制造成形零件。成形零件的制造包括所有能夠制造這些成形零件的方法和/或工藝。例如，以下方法和/或工藝是適合的:
順序復(fù)合工具，
連接的單個(gè)工具，
分步的順序工具，
液壓機(jī)系統(tǒng)，
機(jī)械壓機(jī)系統(tǒng)，
爆炸成形，電磁成形，管液壓成形，塊液壓成形，
以及所有冷成形工藝。
[0051 ] 在成形特別是深拉之后，在所提到的常規(guī)工具中進(jìn)行最終修整。
[0052]根據(jù)本發(fā)明，成形的零件(已經(jīng)在其冷態(tài)成形)做得比最終結(jié)構(gòu)零件的標(biāo)稱(chēng)幾何形狀小0.5-2%,從而補(bǔ)償加熱過(guò)程中的熱膨脹。
[0053]通過(guò)所述工藝制造的成形零件應(yīng)當(dāng)是冷成形的，其中它們的尺寸在顧客所要求的最終零件的公差范圍之內(nèi)。如果在前述冷成形工藝的過(guò)程中產(chǎn)生了大的公差，它們可以之后在模硬化處理過(guò)程中部分地稍微被修正，這在后面會(huì)被提到。但是，在模硬化處理中的公差修正優(yōu)選地只用來(lái)修正外形偏差。因此這種外形偏差可以以熱校準(zhǔn)的方式進(jìn)行修正。但是如有可能，修正方法應(yīng)當(dāng)僅限于彎曲方法，因?yàn)榍羞吺遣牧系牧?與切邊相關(guān)的)的函數(shù)，它不應(yīng)也不能在后來(lái)改變，即如果零件中切邊的幾何形狀不正確，則在模硬化工具中不能做任何修正?？傊梢哉f(shuō)切邊的容許范圍與冷成形和模硬化處理過(guò)程中的容許范圍相當(dāng)。
[0054]優(yōu)選地在成形零件內(nèi)不存在明顯的皺褶，因?yàn)槟菢拥脑拤毫δＪ降木鶆蛐院途鶆虻哪Ｓ不幚矶疾荒艿玫奖ＷC。
[0055]在結(jié)構(gòu)零件已經(jīng)完全成形之后，成形和修整過(guò)的零件被加熱到一個(gè)超過(guò)780°C特別是800°C _950°C的退火溫度，并在此溫度維持幾秒及至幾分鐘，但至少足夠久以至于期望的奧氏體化已經(jīng)發(fā)生。
[0056]退火過(guò)程之后，根據(jù)本發(fā)明結(jié)構(gòu)零件經(jīng)受模硬化步驟。在模硬化步驟中，結(jié)構(gòu)零件被插入位于壓力機(jī)之內(nèi)的一個(gè)工具內(nèi)，其中此模硬化工具優(yōu)選地與最終結(jié)構(gòu)零件的最終幾何形狀即包括其熱膨脹在內(nèi)的冷制備的結(jié)構(gòu)零件的尺寸一致。
[0057]為此目的，模硬化工具具有基本上與冷成形工具一致的幾何形狀或輪廓，但要大0.5-2% (在所有三個(gè)空間軸上)。在模硬化中，工具一關(guān)閉在模硬化工具與要被硬化的工件或結(jié)構(gòu)零件之間就產(chǎn)生一種完全的表面積極接觸。
[0058]成形的零件在大約740 V -910 V，優(yōu)選780 V -840 °C的溫度下被插入模硬化工具，其中，如已經(jīng)說(shuō)明的，前面進(jìn)行的冷成形工藝已經(jīng)考慮到了元件在此插入溫度范圍內(nèi)的熱膨脹。
[0059]由于根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)零件的鋅涂層，即使冷成形結(jié)構(gòu)零件的退火溫度在800oC -850°C之間仍可能實(shí)現(xiàn)780°C _840°C的插入溫度，因?yàn)?，與無(wú)涂層的板相反，根據(jù)本發(fā)明的特殊鋅層減少了快速冷卻。它的優(yōu)點(diǎn)在于零件不需要太強(qiáng)烈的加熱且特別是可以避免加熱到900°C以上的溫度。這接著又導(dǎo)致與鋅涂層相互作用，因?yàn)樵谏晕⑤^低的溫度鋅涂層會(huì)較少地受負(fù)面影響。
[0060]下面將通過(guò)舉例來(lái)說(shuō)明加熱和模硬化。
[0061]為進(jìn)行模硬化處理，零件特別是首先被機(jī)器人從傳送帶上取下并插入標(biāo)記位臺(tái)，從而每個(gè)零件在模硬化之前都被以一種可重現(xiàn)的方式標(biāo)記。隨后，機(jī)器人將零件放在中間支承上，其中中間支承在傳送帶上穿過(guò)加熱爐并且零件被加熱。
[0062]例如，使用了帶對(duì)流加熱的連續(xù)式加熱爐來(lái)進(jìn)行加熱。不過(guò)，也可以采用任何其它加熱單元或加熱爐，特別是其中成形零件被電磁地或通過(guò)微波加熱的加熱爐。成形零件在支承上穿過(guò)加熱爐，其中已經(jīng)提供了所述支持從而在加熱過(guò)程中防腐涂層不會(huì)被轉(zhuǎn)移到連續(xù)式加熱爐的滾子上，或被它擦掉。
[0063]零件在加熱爐中被加熱到所用合金的奧氏體化溫度之上的一個(gè)溫度。由于如上面所述鋅涂層不是特別穩(wěn)定，零件的最高溫度應(yīng)保持盡可能低，這也如上面所述可以因?yàn)榱慵院笥捎谒鲣\涂層而冷卻較慢而成為可能。
[0064]在加熱零件到最高溫度之后，為實(shí)現(xiàn)完全硬化和充分的防腐，有必要從規(guī)定的最低溫度(>700°C)開(kāi)始，將零件在>20 K / s的最小冷卻速率下冷卻。此冷卻速率是在隨后的模硬化過(guò)程中達(dá)到的。
[0065]為此，還根據(jù)厚度，機(jī)器人將零件從780°C _950°C特別是在860°C _900°C之間的加熱爐中取出，并將它放入模硬化工具。在操作過(guò)程中，零件損失約10°c -80°c特別是40°C，其中機(jī)器人是為所述插入而特別設(shè)計(jì)的，這樣以來(lái)它可以高速將零件準(zhǔn)確插入模硬化工具。成形零件被機(jī)器人放置在零件升降設(shè)備上，之后壓力被迅速降低，其中所述零件升降設(shè)備被移開(kāi)且零件被固定就位。為此要確保零件被干凈地放置和引導(dǎo)直到工具關(guān)閉。在壓機(jī)和從而模硬化工具被關(guān)閉時(shí)，零件仍然具有至少780°C的溫度。工具表面具有小于50°C的溫度，從而零件被迅速冷卻到80°C _200°C之間。零件在工具內(nèi)保持的時(shí)間越長(zhǎng)，尺寸精確度越大。
[0066]在此過(guò)程中工具被熱沖擊壓迫，其中本發(fā)明的方法使得(特別是如果在模硬化步驟過(guò)程中沒(méi)有進(jìn)行成形步驟時(shí))可以根據(jù)其基體材料將工具設(shè)計(jì)成高抗熱沖擊性。對(duì)于習(xí)用方法，工具還必須具有高抗磨性，而這在目前的情況下并不特別重要，在這點(diǎn)上也使得工具更加便宜。
[0067]在插入成形零件時(shí)，必須小心操作以確保完全修整和穿孔的零件以正確適配的方式插入模硬化工具，其中不應(yīng)當(dāng)有多余的材料和突出的材料。角度可以通過(guò)簡(jiǎn)單彎曲來(lái)修正，但多余的材料不能被清除。為此，必須以對(duì)模邊緣的尺寸精確度切削冷成形零件上的切邊。修整過(guò)的邊在模硬化過(guò)程中應(yīng)當(dāng)被固定就位以免發(fā)生修整過(guò)的邊的移位。
[0068]此后機(jī)器人將零件從壓機(jī)中取出并將它們放置在臺(tái)座上，零件在那里繼續(xù)冷卻。如果需要，可以通過(guò)另外在它們上面吹入空氣來(lái)加速冷卻。
[0069]通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的沒(méi)有明顯的成形步驟的模硬化步驟和通過(guò)工具與工件之間的基本全面的正接連，保證了工件的所有區(qū)域都被限定和被同時(shí)從所有面均勻地冷卻。通過(guò)通常的成形工藝，只有當(dāng)成形過(guò)程已經(jīng)進(jìn)行充分從而材料靠在模的兩個(gè)半部上之后才能發(fā)生可再現(xiàn)的確定冷卻。但是，在目前的情況下，材料優(yōu)選地直接在各個(gè)面上都以正連接的方式緊靠模的兩個(gè)半部。
[0070]優(yōu)點(diǎn)還在于，板表面上的防腐涂層，特別是通過(guò)熱浸鍍鋅施加的層沒(méi)有被破壞。
[0071]優(yōu)點(diǎn)還在于，與通常的處理方法相比，不再需要硬化之后的昂貴最終修整。由此可以獲得很大的成本優(yōu)勢(shì)。由于變形或成形主要在硬化之前以冷態(tài)發(fā)生，結(jié)構(gòu)零件的復(fù)雜度基本上只由冷的未硬化材料的變形性能決定。因此，通過(guò)本發(fā)明的方法使得制造比到目前為止質(zhì)量更高的復(fù)雜得多硬化結(jié)構(gòu)零件成為可能。
[0072]另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，由于在冷態(tài)時(shí)完全已經(jīng)存在的最終幾何形狀，模硬化工具上的應(yīng)力更小。通過(guò)此點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)得多的工具使用壽命，以及尺寸精確度，這反過(guò)來(lái)又意味著成本的降低。
[0073]由于零件不必在那么高的溫度退火，所以還可以節(jié)能。
[0074]根據(jù)工件在它們所有部分上的確定冷卻而沒(méi)有另外的成形過(guò)程(這會(huì)對(duì)冷卻造成負(fù)面影響)，可以明顯減少不在要求之內(nèi)的部件的數(shù)目，從而制造成本可以再次降低。
[0075]在本發(fā)明的另一個(gè)有利實(shí)施方案中，模硬化是以下述方式進(jìn)行的，即工件與模半部之間的接觸或工具與工件之間的正連接只發(fā)生在具有緊公差的區(qū)域，如切邊和成形邊、成形的表面和可能在穿孔圖案區(qū)域內(nèi)。
[0076]在這一點(diǎn)上，在這些區(qū)域中的正連接是由于這些區(qū)域被可靠地容納和夾緊，以至于較小緊公差的區(qū)域可以在工具內(nèi)進(jìn)行熱成形，而那些已經(jīng)具有緊公差的位置和尺寸都準(zhǔn)確的區(qū)域不會(huì)受負(fù)面影響和特別是被翹曲。
[0077]在此有利實(shí)施方案中，結(jié)構(gòu)零件在被放入模工具時(shí)仍具有的熱膨脹當(dāng)然也以已經(jīng)記述的方式被考慮在內(nèi)。
[0078]但是，在此有利實(shí)施方案中，可以進(jìn)一步地更緩慢地冷卻具有較小緊公差的區(qū)域，或者通過(guò)不使它們緊靠一個(gè)或兩個(gè)模工具的半部以通過(guò)更慢的冷卻而獲得不同的硬度，或者在這些區(qū)域獲得期望的熱成形而緊公差的區(qū)域不受影響。例如，這可以通過(guò)模工具半部?jī)?nèi)的額外的模來(lái)進(jìn)行。如已經(jīng)說(shuō)明的，在此優(yōu)選實(shí)施方案中緊公差的區(qū)域仍保持在模硬化過(guò)程中不受成形的影響也很重要。
【權(quán)利要求】
1.由薄鋼板制造硬化結(jié)構(gòu)零件的方法，包括以下方法步驟:將由具有陰極防腐的薄鋼板制成的成形零件冷成形，隨后為奧氏體化而進(jìn)行熱處理，其特征在于， a)在所述成形元件的冷成形之前、之中或之后對(duì)所述成形零件進(jìn)行最終修整和所需的穿孔或制造穿孔圖案，其中 b)所述冷成形和所述修整以及所述穿孔和穿孔圖案在所述結(jié)構(gòu)零件上的排布以使所述成形零件比最終硬化結(jié)構(gòu)零件小0.5-2%的方式進(jìn)行，其中 c)隨后，為進(jìn)行熱處理而冷成形的成形零件至少在部分區(qū)域在環(huán)境氧的加入下被加熱到允許鋼材奧氏體化的溫度，和 d)隨后，經(jīng)加熱的結(jié)構(gòu)零件被轉(zhuǎn)移到模硬化工具中并在該模硬化工具中進(jìn)行模硬化，其中所述結(jié)構(gòu)零件通過(guò)與模硬化工具接觸和被模硬化工具擠壓(保持)而冷卻并從而硬化，和 e)所述陰極防腐涂層由主要由鋅構(gòu)成的混合物構(gòu)成，且該混合物中還包含一種或多種總量占總混合物的0.1-15重量％的對(duì)氧具有親和力的元素，其中鎂和/或硅和/或鈦和/或鈣和/或鋁被用作所述混合物中的對(duì)氧具有親和力的元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，特征在于所述陰極防腐涂層是通過(guò)熱浸鍍法施加的涂層，其中該涂層在將薄鋼板加熱到硬化所需的溫度的過(guò)程中在涂層上形成所述一種或多種對(duì)氧具有親和力的元素的氧化物的表皮。
3.根據(jù)前面權(quán)利要求之一所述的方法，特征在于使用了0.2-5重量％的對(duì)氧具有親和力的元素。
4.根據(jù)前面權(quán)利要求之一所述的方法，特征在于使用了0.26-2.5重量％的對(duì)氧具有親和力的元素。
5.根據(jù)前面權(quán)利要求之一所述的方法，特征在于主要采用鋁作為對(duì)氧具有親和力的元素。
6.根據(jù)前面權(quán)利要求之一所述的方法，特征在于用所述的由鋅和對(duì)氧具有親和力的元素組成的混合物進(jìn)行的涂覆發(fā)生在穿過(guò)溫度為425°C -690°C之間的液態(tài)金屬浴過(guò)程中，并隨后冷卻涂覆的板。
7.根據(jù)前面權(quán)利要求之一所述的方法，特征在于用所述的由鋅和對(duì)氧具有親和力的元素組成的混合物進(jìn)行的涂覆發(fā)生在穿過(guò)溫度為440°C _495°C之間的液態(tài)金屬浴過(guò)程中，并隨后冷卻涂覆的板。
8.根據(jù)前面權(quán)利要求之一所述的方法，特征在于處于奧氏體化溫度之上的保持時(shí)間最高達(dá)10分鐘。
9.根據(jù)前面權(quán)利要求之一所述的方法，特征在于在加熱階段的保持溫度為最大780-950 O。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-10之一所述的方法，特征在于所述成形零件在整個(gè)表面上幾乎同時(shí)和以相同的力被模工具的半部擠壓和硬化。
【文檔編號(hào)】C23C2/26GK104372278SQ201410444698
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2004年6月9日 優(yōu)先權(quán)日:2003年7月29日
【發(fā)明者】M.弗萊尚德, S.科爾恩博格, G.蘭德?tīng)? A.E.拉布, W.博蘭斯泰特, J.法德?tīng)? R.韋霍夫, W.施塔爾 申請(qǐng)人:沃斯特阿爾派因鋼鐵有限責(zé)任公司, 奧鋼聯(lián)金屬成型有限公司