用于制造经压制硬化的涂覆钢部件的方法和能够用于制造所述部件的预涂覆钢板的制作方法
【专利说明】用于制造经压制硬化的涂覆钢部件的方法和能够用于制造 所述部件的预涂覆钢板
[0001] 本发明涉及用于由钢板制造部件的方法，所述钢板经冷轧和退火、预涂覆、加热、 冲压并随后通过将其保持在模压工具内冷却而硬化；这些部件特别意在用作机动车中的结 构元件以发挥防入侵和能量吸收功能。此类部件还可用于例如制造农业机械的工具或部 件。
[0002] 在这类应用中，目标是制造组合了高机械强度、高冲击强度、优良抗腐蚀性和优良 尺寸精度的钢部件。这种组合在正尝试显著减轻车辆重量的机动车行业中是特别期望的。 例如，防入侵的结构部件以及有助于机动车安全的其他部件（例如保险杆、门或中柱加强 件）均需要例如上述特性。特别由于使用了具有马氏体或贝氏体-马氏体显微组织的钢部 件，这种重量减轻得以实现。
[0003] 现有技术出版物FR2780984和FR2807447中对此类部件的制造进行了描述，根据 所述出版物，将由钢板切割而成用于热处理并预涂覆有金属或金属合金的板坯在炉中加 热，随后使其热成形。预涂层可以是铝或铝基合金、锌或锌合金。在于炉中加热期间，该预 涂层为钢表面提供保护使其免于脱碳和形成异极矿（calamine)。在于炉中加热期间，该预 涂层与钢基材合金化并形成适用于热成形且不引起模具发生任何劣化的化合物。在完成成 形后，将该部件保持在模具中使得能够快速冷却，导致形成具有非常高机械性能的硬化显 微组织。该类方法被称作压制硬化（presshardening)。
[0004] 一般地，通过抗拉强度和硬度测试来评价以这种方式获得的部件的机械性能。上 述参考文献还描述了能够由在加热和快速冷却前具有500MPa初始强度Rm的钢板坯获得 1500MPa机械强度（或最大抗拉强度）Rm的制造方法。
[0005] 然而，某些硬化涂覆部件的使用条件不仅需要高水平的强度Rm，而且还需要优良 的可弯曲性。实际上，该参数似乎确实比在牵引下测量的破坏伸长率更适合保证部件具有 充足的延展性以吸收变形或冲击而无断裂的风险，特别是在对应于因部件的几何形状或部 件表面上潜在存在的微小缺陷而导致局部应力集中的区域中。
[0006] 文献W02009080292公开了能够增大硬化部件的弯曲角的方法。根据该方法，将钢 板在退火炉中加热至650°C至800°C的温度以获得显著厚于0. 3微米的氧化物层。在该氧 化物层下，钢的某些合金元素被氧化。然后，部分还原该氧化物层，使得其具有大于0. 3微 米的厚度。经还原的氧化物层的外表面（extremesurface)由纯铁组成。然后，用热浸镀 法对板进行涂覆。在此步骤之后，板具有以下连续的不同层：在表面附近包含被氧化的元 素（内部氧化）的钢基材，该基材顶部是部分还原的氧化物层，而该部分还原的氧化物层本 身顶部是用热浸镀法施加的涂层。在使板坯奥氏体化的后续步骤中和/或在成形或冷却期 间，在涂层下面形成薄的延展层，使得在涂覆期间形成的裂缝在成形过程中不那么容易扩 展到该底层中。
[0007] 然而，在板浸没到金属涂覆浴槽中时，存在的氧化物层针对热浸涂层粘附至该层 可具有不期望的影响。
[0008] 因此，期望获得不具有这种缺点并且能够在压制硬化后同时获得高水平抗拉强度 和可弯曲性的制造方法。
[0009] 还已知的是，工业制造条件不可避免地包括一定的变化性，例如在对板进行涂覆 前退火期间的温度循环以及连续退火炉中气氛的组成和/或露点，其可在给定的制造顺序 中略有不同，或者可因制造批次不同而有所不同。虽然采取了最多的预防措施来最小化这 些变化，但仍期望获得一种使得在压制硬化后获得的机械性能（特别是可弯曲性）对制造 条件的这种潜在变化尽可能不敏感的制造方法。另一目的是使得部件在热冲压后具有优良 各向同性的制造方法，即，其中可弯曲性不高度依赖于与板轧制方向相关的应力方向。
[0010] 还已知的是，在热冲压期间的奥氏体化步骤中，板坯在炉中的保持时间可影响部 件的机械性能。因此，期望获得对在炉中的保持时间较不敏感的制造方法，以使部件的机械 性能具有高水平的再现性。
[0011] 在由预涂覆有锌或锌合金的板制造的部件的情况下，目的是获得能够焊接这些部 件而无由液态锌渗透而导致晶界变脆的风险的方法。
[0012] 本发明的目的是通过经济的制造方法来解决上述问题。
[0013] 出乎意料的是，本发明人已发现，在对部件进行压制硬化之前，当金属预涂层下存 在特定厚度的脱碳区时，该部件获得高可弯曲性。
[0014] 意外的是，硬化前的这种特定脱碳产生很大程度上不依赖于涂覆前的连续退火条 件并显示出与轧制方向相关的优良各向同性的弯曲结果；尽管该脱碳区中存在氧化物（其 对应于该区域中的氧富集），但仍获得高弯曲值。
[0015] 出于此目的，本发明的目的是一种用于制造压制硬化部件的经退火和预涂覆的冷 轧板，该冷轧板由用于热处理的碳含量Q为0. 07%至0. 5%的钢基材（其中该含量以重量 表示）和在该钢基材的两个主要面的至少一个上的金属预涂层构成，其特征在于该基材在 两个主要面的每一个的表面上包括脱碳区，其中脱碳区的深度P5(I%S6微米至30微米，其 中P5(l%为碳含量等于含量Q的50%处的深度，并且特征在于该板在基材与金属预涂层之间 不包含铁氧化物层。脱碳区的深度P5(l%有利地为9微米至30微米，非常有利地12微米至 30微米。
[0016] 在一个优选实施方案中，板的金属预涂层为铝或铝合金。
[0017] 在另一优选实施方案中，金属预涂层为锌或锌合金。
[0018] 优选地，金属预涂层可由顶部为锌层或锌合金层的铝层或铝基合金层构成。
[0019] 钢基材的组成有利地包括其中含量以重量表示的：0. 0. 5%、0. 5% ^Mn^ 3 %,0. 02 % ^Si^ 0. 5 %,0. 01 % ^Cr^ 1 %,Ti^ 0. 2 %,A1 ^ 0. 25 %,S彡 0? 05%、P彡 0? 1%、0. 0005%彡B彡 0? 010%、任选的 0? 0005%彡Ca彡 0? 005%，其中 该组成的余量由铁和加工过程中产生的不可避免的杂质组成。
[0020] 非常有利地，钢基材的组成包括其中含量以重量表示的：0.09%< 0.38%、 0. 8%^Mn^ 1. 5%,0. 1%^Si^ 0. 35%,0. 01%^Cr^ 0. 3%,0. 02%^Ti^ 0. 1%, 0.001%彡六1彡0.25%、5彡0.05%、卩彡0.1%、0.002%彡8彡 0.005%、任选的0.0005% <Ca< 0. 005%，其中该组成的余量由铁和加工过程中产生的不可避免的杂质组成。
[0021] 在一个优选实施方案中，钢基材的组成包括其中含量以重量表不的：0. 15% 彡C彡 0? 25%〇
[0022] 钢基材有利地具有氧含量h和在预涂层与基材之间的界面下方从该界面算起0 至5微米深度处的平均氧含量Om，其中大于15。
[0023] 有利地，预涂覆钢的基材在位于预涂层与基材之间的界面下方0至5微米的区域 中包含氧化物，所述氧化物包括选自钛、硅、锰、铝和铬中的至少一种元素，其中该区域中直 径大于1微米的氧化物的密度大于50/mm2。
[0024] 本发明的另一目的是用于制造涂覆硬化钢部件的方法，其包括连续的步骤，根据 该方法，获得用于热处理的碳含量Q为0. 07%至0. 5%的冷轧钢板。使经轧制的钢退火， 以在退火结束时在直到6微米至30微米的深度p5(l%获得板的表面脱碳，其中p5(l%S碳含量 等于所述含量Q的50%处的深度，并且获得表面上不具有铁氧化物层的板，随后在用作基 材的退火钢上用金属或金属合金预涂覆。然后，切割预涂覆钢以获得板坯，接着任选地对 板坯进行冷冲压，并随后在炉中将板坯加热至温度TK以给予钢至少部分奥氏体的组织。从 炉中取出经加热的板坯并转移到压机或成形装置中，然后使板坯热成形或者热校形（hot sized)以获得部件，接着在压机或成形装置中冷却部件以通过硬化来给予其马氏体或贝氏 体-马氏体显微组织。
[0025] 本发明的另一目的是一种制造方法，其特征在于借助于通过浴液来用热浸镀法连 续进行预涂覆。
[0026] 在一个优选实施方案中，金属预涂层是铝或铝合金。
[0027] 优选地，预涂层为锌或锌合金。
[0028] 在一个具体实施方案中，金属预涂层由顶部为锌或锌合金层的铝或铝基合金层构 成。深度P5(l%有利地为9微米至30微米，非常有利地12微米至30微米。
[0029] 本发明的另一目的是一种方法，其特征在于：钢基材的组成包括其中含量以重量 表示的 〇? 07%彡C彡 0? 5%、0. 5%彡Mn彡 3%、0. 02%彡Si彡 0? 5%、0. 01%彡Cr彡 1%、 Ti彡 0? 2 %、A1 彡 0? 25%、S彡 0? 05%、P彡 0? 1 %、0? 0005 % 彡B彡 0? 010 %、任选的 0. 0005%<Ca< 0. 005%，其中该组成的余量由铁和加工过程中产生的不可避免的杂质组 成。
[0030] 在一个具体实施方案中，钢基材的组成包括其中含量以重量表示的：0. 09% ^ C ^ 0. 38%,0. 8%^ Mn ^ 1. 5%,0. 1%^ Si ^ 0. 35%,0. 01%^ Cr ^ 0. 3%,0. 02% ^ Ti ^ 0. 1%,0. 001%^ A1 ^ 0. 25%,S ^ 0. 05%,P ^ 0. 1%,0. 002%^ B ^ 0. 005%, 任选的〇.〇〇〇5%<Ca<0.005%，其中该组成的余量由铁和加工过程中产生的不可避免的 杂质组成。
[0031] 在所述方法的一个具体实施方案中，钢基材的组成包括：0. C< 0. 25%。
[0032] 优选地，温