用于从轧制带材生产产品的方法
【专利摘要】用于从轧制带材生产产品的方法，该方法具有以下步骤：从板材钢提供带材形式的基材；对带材形式的基材进行轧制，用第一金属涂覆材料对基材进行电解涂覆，其中，在轧制之后进行电解涂覆；施涂第二涂覆材料，作为涂覆有第一涂覆材料的基材上的生锈保护涂层；对基材进行热成形，其中，在施加了第二涂覆材料之后进行热成形。
【专利说明】
用于从轧制带材生产产品的方法
技术领域
[0001]本发明涉及用于从乳制带材生产产品的方法，该方法具有以下步骤:从板材钢提供带材形式的基材;对带材形式的基材进行乳制，用第一金属涂覆材料对基材进行电解涂覆，其中，在乳制之后进行电解涂覆;施涂第二涂覆材料，作为涂覆有第一涂覆材料的基材上的生锈保护(scaling protect1n)涂层;对基材进行热成形，其中，在施加了第二涂覆材料之后进行热成形。本发明还涉及根据该方法生产且由乳制带材制造的产品。
【背景技术】
[0002]用于对由钢制造的组件涂覆锌层或者锌合金层的不同方法是已知的，如热电镀锌(热浸电镀锌)或者电镀(电解)锌镀覆。热电镀锌是通过将经过预加工的钢组件浸入到液态锌熔体中的方式，对钢组件涂覆大块金属锌涂层。在电解电镀锌过程中，将组件(工件)浸入锌电解质中。相比于工件，锌电极由于它们是更为廉价的金属，从而作为“牺牲阳极”。待电镀锌的工件作为阴极，因此，涂层也被称为阴极性防腐蚀保护。
[0003]文献AT412 403 B涉及用于生产耐腐蚀保护的片材钢的方法以及片材钢物体，其受到涂层保护免受腐蚀，其中，根据其提供的工艺，在第一步骤，在片材表面上施涂至少一层电解产生的锌层和至少一层由铝构成的层，之后，在第二步骤中，以目标方式加热片材钢并冷却。耐腐蚀保护的片材钢或由其形成的物体具有表面层，其具有超过0.1质量％且小于5.0质量％的铝，其中，层是由两种金属间化合铁-锌-铝相形式的。
[0004]文献DE 10 2012 110 972 B3中，已知一种用于从挠性乳制带材生产产品的方法，该方法具有以下步骤:从片材钢提供带材;对带材进行挠性乳制，其中沿着带材的长度产生可变厚度；电解涂覆金属涂覆材料，其含有至少93质量％的锌，其中，在挠性乳制之后进行电解涂覆;在大于350°C且低于涂覆材料的固相线的温度进行热处理，其中，在电解涂覆之后进行热处理;从挠性乳制的带材加工得到坯材；以及对坯材进行冷成形或者热成形。
[0005]在例如退火炉中进行热扩散处理，以实现直接热成形。否则的话，过低的铁含量会导致直接热成形过程中的焊料开裂效应。此外，铁富集的金属间相是易碎的，并且倾向于在机械负荷(例如，通过弯曲的方式)下发生开裂，这会继续进入硬化材料，从而根据材料的测试规格VDA 238-100导致不利的大弯曲角。另一个缺点在于，锌具有较低蒸汽压，因而在热扩散处理或之后的加热过程中，在热成形过程中导致锌损失。特别是靠近表面且铁富集的电镀锌退火涂覆区域，倾向于蒸发增加，这导致在热成形之后层厚度仅少量增加并且导致层中高含量的铁。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提出一种用于从挠性乳制带材生产产品的方法，以及提出一种从挠性乳制带材制造的产品，其中，可以省略热成形之前的热处理来形成合金。
[0007]可以通过根据权利要求1的方法或者通过根据权利要求10的产品实现该目的。在从属权利要求中，指定了方法的优选实施方式和有利改进。
[0008]根据本发明，用于从乳制带材生产产品的方法包括以下步骤:
[0009]-从板材钢提供带材形式的基材；
[0010]-对带材形式的基材进行乳制；
[0011]-用第一金属涂覆材料对基材进行电解涂覆，其中，在乳制之后进行电解涂覆；
[0012]-施涂第二涂覆材料，作为涂覆有第一涂覆材料的基材上的生锈保护涂层；
[0013]-对基材进行热成形，其中，在施加了第二涂覆材料之后进行热成形。
[0014]根据本发明，提供了配混了金属组分的第二涂覆材料。在本说明书中，金属组分指的是由属于金属(和/或可以是半金属)的元素制得的组分。金属组分可以作为纯物质或者作为合金存在。对第二涂覆材料的组成进行选择，使得金属组分主要由比片材钢的基材更为廉价的元素组成，从而提供阴极耐腐蚀保护。在本说明书中，“主要”应该理解为具体是使得总金属组分超过50质量％的部分由比片材钢的基材更为廉价的元素组成。所述质量百分比可以指的是施涂到基材之前的第二涂覆材料中的质量和/或指的是施涂到基材之后的第二涂覆材料的质量。至少一种元素(铝或锰)属于比片材钢的基材更为廉价的元素，并且优选使用它们。
[0015]根据本发明的方法，可以以特别有利地方式实现阴极耐腐蚀保护，因为，在防止在第一涂覆材料中添加比片材钢的基材更为廉价的元素，此外，在涂覆步骤和热成形步骤之间不需要用于加热的分开的方法步骤。
[0016]通过根据本发明的方法产生涂层的另一个优点在于，在最终热成形期间，实现了涂层和基材之间的边界区域中的强度下降，从而使得边界区域相比于硬化基材具有增加的延展性。有利地，通过以合适的方式对涂层的合金组成进行选择，可以省略脱碳步骤。总的来说，缩短了用于生产产品的加工持续时间，这对于制造成本具有有利的影响。在根据本发明的方法中，优选不提供涂覆和热成形之间的分开的产品加热方法步骤。
[0017]本说明书中，术语“基材”应该具体指的是钢带、矩形坯材和/或成形切割件中的至少一种，其通过切割(例如机械切割或者激光切割)的方式从乳制钢带加工得到。优选在第二涂覆步骤之后以及热成形步骤之前，进行从钢带加工得到坯材的步骤。或者，产生坯材(即切割)步骤也可在乳制之后以及第一涂覆步骤之前进行，从而已经通过坯材的成批处理的方式进行了涂覆步骤。作为用于乳制的带材，可使用热带或冷带，其中这些术语应理解为常用技术术语。热带指的是乳制钢成品(钢带)，其是在先前加热后通过乳制方式产生的。冷带指的是冷乳制钢带(平带)，其中，通过乳制(而没有进行先前加热)来进行最后的厚度降低。
[0018]优选地，以挠性乳制的方式进行基材的乳制，其中，沿着带材的长度产生可变厚度。所揭示的方法特别适用于挠性乳制带材，其中，在带材的薄部分也实现了涂层和带材之间的边界区域中的高延展性，从而降低了微裂纹风险。
[0019]可以在单个方法步骤之间进行其他步骤。例如，在乳制后，可以提供带材的矫直。可以在涂覆之前或之后进行从带材加工得到坯材。与本发明相关的术语“从带材加工得到坯材”应该覆盖从带材生产坯材的所有技术类型。具体来说，术语“加工得到”应该包括从带材切割或冲压片坯材，即，使得边缘留在带材上，其没有经过进一步加工，以及进行将带材的长度简单切割成局部片，特别是通过切割工艺的方式。
[0020]在根据本发明所提出的方法中，有利的是，在钢基材和涂层之间形成合金，涂层包括第一电解沉积涂覆材料和作为生锈保护层的第二涂覆材料。在加热至高于Acl的温度(SP开始形成奥氏体的温度)期间，开始所述合金的形成。在压制硬化过程期间，形成的合金的硬度可以比硬化钢基材的芯部硬度低至少50HV。因此，涂层具有增加的延展性。此外，通过更为易延展的涂层以及相邻合金层中的塑料变形(这实现了应变的局部形成)，防止了可能在热成形过程中在表面上形成的微裂纹。
[0021]此外，有利的是，在第一电解沉积涂覆材料和施涂于其上作为生锈保护层的第二涂覆材料的双层结构中，可以将金属颗粒引入到生锈保护漆层中，其不能电解沉积，类似于例如元素铝和/或锰的颗粒。由于扩散阻隔，例如通过向涂层添加铝的方式，实现了不同于纯锌-铁合金的情况，即防止奥氏体化过程中铁的进一步富集，从而防止了在热成形之后相对于纯锌涂层的耐腐蚀保护潜力的下降。
[0022]此外，优选提供对第二涂覆材料的组成进行选择，使得金属组分具有一定比例的金属颗粒，其中，相对于第二涂覆材料的总金属组分，金属颗粒的比例特别地是至少5质量％且至多是95质量％。相比于钢基材，第二涂覆材料(生锈保护漆)中所含的金属颗粒具有阴极腐蚀保护。此外，在奥氏体化期间加热至约900°C的过程中，涂层倾向于仅发生小程度的氧化或蒸发。优选地，金属颗粒的比例具有特别地一种或多种形成碳化物的元素，钛、铌和钒。此外，作为补充或替代，金属颗粒的比例可以特别地包括一种或多种形成铁氧体的元素的颗粒，铬、铝、钛、钽、钼、钒和硅。金属颗粒还可含有来自半金属的颗粒，在该情况下，娃，只要存在半金属的对应特性即可。金属颗粒优选粒度至少为100纳米，至多为10微米。
[0023]根据一个实施方式，锌可以用作第一涂覆材料，其中，锌的量优选至少为第一涂层的50质量％，其包括具体可以使用纯锌的可能性。
[0024]此外，根据一个实施方式，可以作为间接过程来进行热成形，其具有如下分步骤:对基材进行冷预成形;将冷状态下基材预成形的组件的至少一个分区域加热至奥氏体化温度;对组件进行热成形，以产生最终轮廓。
[0025]或者，可以作为直接过程来进行热成形，其具有如下分步骤:将基材的至少一个分区域加热至奥氏体化温度;对基材进行热成形，以产生最终轮廓。
[0026]在加工的合适阶段，从优选的挠性乳制带材生产坯材或成形切割件，其可以通过例如机械切割或通过激光切割的方式进行。坯材应特别地理解为从带材分离的矩形片板。成形切割件应理解为从带材加工得到的板材元件，其外部轮廓已适用于最终产品的形状。此处，术语坯材统一地用于矩形坯材和成形切割件。
[0027]根据方法的第一变化形式热成形片坯材。热成形指的是如下成形工艺，其中，将工件在热成形的区域中加热至一定温度，之后进行热成形。在合适的加热装置例如炉子中进行加热。根据第一可能性以间接过程进行热成形，其包括如下分步骤:将坯材冷预形成为预形成的组件，随后将冷预形成的组件的至少部分区域加热至奥氏体化温度，以及随后进行热成形以产生产品的最终轮廓。奥氏体化温度应该指的是如下温度范围，在该温度范围中，发生至少部分奥氏体化，即，存在两相区域铁氧体中的微结构和奥氏体。此外，还可仅使得坯材的部分区域发生奥氏体化，以实现例如部分硬化。也可根据第二种可能性以直接过程进行热成形，其特征在于，在一个步骤中，坯材的至少部分区域被直接加热至奥氏体化温度，以及随后热成形为所需的最终轮廓。在该情况下，没有进行在先的(冷)预成形。同样，在直接过程中，可通过部分区域的奥氏体化实现部分硬化。组件的部分区域的硬化还可通过不同回火工具的方式或者通过使用能够实现不同冷却速度的多种工具材料而实现，这对于两种过程都有效。在后一种情况下，整个坯材或整个组件可以在热成形过程之前被完全被奥氏体化。
[0028]根据另一个优选的实施方式，提供了如下情况:在热成形期间，在基材的边界区域中产生了易延展合金层，所述易延展合金层由基材、第一涂覆材料和第二涂覆材料的元素产生，其中，易延展合金层相比于基材具有增加的延展性。此外，在热成形期间，可以在第一涂覆材料和第二涂覆材料之间的边界区域中产生外合金层，所述外合金层由第一涂覆材料和第二涂覆材料的元素产生。优选地，易延展合金层由基材和外合金层的元素产生。
[0029]上文所指定目的的一个解决方案还是一种特别是由挠性乳制带材制造的产品，所述挠性乳制带材是由片材钢制造的，其具有第一涂覆材料和第二材料的涂层，该产品是根据本文所述的本发明的方法生产的。因此，对于产品，通过强度的降低实现了上文所指定的优点，这是通过在最终热成形过程中涂覆的方式实现的，在涂层和基材之间的边界区域中，通过这种方式，相比于硬化基材，使得边界条件具有增加的延展性。上文所述与优选方法步骤相关，特别是与涂层相关的特征可转用至产品，从而涉及产品特征及其相关优点，参见上文描述。
【附图说明】
[0030]下文中，参考附图，采用优选实施方式更详细地描述本发明。根据本发明，涉及方法的解释与产品类似。在该情况下，解释仅仅是示例性的，而不限制本发明通用发明点。
[0031]此处
[0032]图1是根据本发明的方法，作为用于根据实施方式生产产品的示意性流程图；
[0033]图2示意性显示根据本发明，在图1的方法过程中，在热成形之前的产品的层结构；
[0034]图3是图2的层结构，但是其是热成形之后的。
【具体实施方式】
[0035]图1显示根据本发明，用于从优选的挠性乳制带材2生产产品的方法。在方法步骤Vl中，带材2(其通常也被指定为基材2且初始状态绕在线圈3上)，以乳制方式进行加工，SP优选通过挠性乳制的方式。为此，通过辊4、5对带材2 (其在挠性乳制之前沿着长度具有基本恒定的板厚度)进行乳制，使其沿着乳制方向具有变化的板厚度。在乳制过程中，对工艺进行监测和控制，其中，将通过板厚度测量6确定的数据用作用于控制辊4、5的输入信号。在挠性乳制之后，带材2在乳制方向上具有可变的厚度。在挠性乳制之后，再次将带材2卷绕成线圈3，从而可将它传输至下一方法步骤。
[0036]在挠性乳制之后，带材2在方法步骤V2中变平整，其是通过带材矫直装置7实施的。平整方法步骤是任选的，并且也可以省略掉。
[0037]分别在挠性乳制(Vl)或平整(V2)之后，在方法步骤V3中，为带材2提供第一涂覆材料I。为此，带材2经过电解带材涂覆装置8。可以看出，带材涂覆是以连续过程进行的，S卩，带材2从线圈3解绕，通过涂覆装置8，并在涂覆之后再次卷绕至线圈3 ο该过程管理是特别有利的，因为将第一涂覆材料施涂到带材2上的操作工作强度是低的，并且加工速度高。目前，可行的是带材涂覆装置8的浸罐9，其填充有电解液体10，带材2传输通过其。通过辊组11、12的方式对带材2进行导向。
[0038]在本实施方式中，用优选含有至少50质量％的锌的金属第一涂覆材料来进行电解涂覆。通过高含量锌的方式，实现了特别好的耐腐蚀性。优选地，可以提供100%的锌含量(纯锌)。例如，对于涂覆而言，可以使用由锌制造的阳极(未示出)，其在施加电流过程中将锌离子释放至电解质10。锌离子以锌原子的形式沉积在带材2上并形成锌层，其连在一起作为阴极。或者，还可使用惰性阳极和锌电解质。
[0039]在电解涂覆(V3)之后，在方法步骤V4中，为绕成线圈3的带材2提供第二涂覆材料15，其中，第二涂覆材料15具有金属组分的组成。提供的第二涂覆材料15是具有金属组分的配混物，从而提供阴极耐腐蚀保护。第二涂覆材料的组成配置成使得金属组分主要由比带材2的片材钢的材料更廉价的元素构成。更具体地，第二涂覆材料15可以是具有高含量金属组分的生锈保护漆15。可以以漆的基础材料中的颗粒形式提供金属组分，其中，金属颗粒可以包括钛颗粒、铌颗粒和钒颗粒中的至少一种。第二涂覆材料15中所含的金属颗粒可以与基材2的基底钢材在例如高至100微米的深度内发生反应。从而，在电解涂层(即第一涂覆材料)和钢基材之间形成延展中间层。
[0040]可以通过例如卷材涂覆、喷漆、刷涂等方式，在第一涂覆材料的电解沉积层上施涂生锈保护漆15。在本实施方式中，从施加辊16的储器供给生锈保护漆15，并由此进行施涂。如果需要的话，对漆15进行烘烤。除了保护免受氧化之外，生锈保护层的另一益处在于表面具有高质量。此外，生锈保护对热成形过程中的摩擦值以及热吸附性能造成正面影响。生锈保护层的另一个优点在于，改善了布置在下面的阴极防腐蚀保护层的粘附性。
[0041]在施涂了第二涂覆材料(V4)之后，在下一方法步骤V5中，从带材2加工得到单个的板坯材20。优选通过冲压或切割的方式，从带材2加工得到(即生产)板坯材20。取决于待生产的板坯材20的形状，可以从带材冲压出如下这些作为成形切割件，其中，边缘保留在带材上(不再使用)，或者可以简单地将带材2切割成一定长度得到部分片。示意性显示了从带材2加工得到的板坯材20，其还可被指定作为三维板坯材(3D-TRB)。术语基材用于带材2以及还材20。
[0042]在从带材2产生了坯材20之后，可以在方法步骤V5中，进行将坯材20成形为所需的最终产品。根据第一种可能性，坯材20可以是直接热成形的，或者根据第二种可能性，坯材20可以是间接热成形的。
[0043]换言之，可以直接或间接工艺来进行热成形。在直接工艺过程中，在热成形之前，将坯材20加热至奥氏体化温度，其可以通过例如感应加热或者炉中的方式进行。在这种情况下，奥氏体化温度指的是这样的温度范围，在该温度范围中，存在至少部分的奥氏体化(铁素体和奥氏体二相区域中的微结构)。但是，坯材也可以仅有部分区域被奥氏体化，从而实现例如部分硬化。在加热至奥氏体化温度后，经加热的坯材在赋形工具14中成形，与此同时，以高冷却速度冷却，其中组件20获得其最终形状并同时硬化。
[0044]在间接热成形过程中，坯材20在奥氏体化之前预成形。在坯材的冷状态下进行预成形，这表示没有预先加热。在预成形过程中，组件获得轮廓，该轮廓虽然仍不对应于最终形状，但是已接近了。在预成形之后，进行奥氏体化和热成形，如同直接过程中那样，从而组件获得其最终形状且被硬化。
[0045]只要提供了(直接或间接)热成形，钢材应该具有至少为0.1质量％至高至0.35质量％的碳比例。
[0046]应理解的是，根据本发明的方法也可发生变化。例如，可在上述的步骤之间提供中间步骤(这里没有单独显示)。例如，在电解涂覆步骤之前，可以为带材提供中间层，特别是镍层，铝层或锰层。该中间层形成对表面的额外保护，并且改善了后续施图的含锌涂层的粘附能力。
[0047]此外，应理解的是，根据本发明的工艺管理可以对步骤的顺序进行改变。例如，也可以在不同位置对坯材进行切割，例如，在电解涂覆之前。如果需要的话，在最后，可以提供对生产的组件进行吹风。
[0048]图2和3示意性显示产品的层结构，其包括基材2、20(S卩，带材2或坯材20的形式)、第一电解涂覆材料I和生锈保护漆的形式的第二涂覆材料15。在图2中，显示热成形(V6)之前的层结构，之后将其与图3中所示的热成形(V6)之后的层结构进行对比。在热成形(V6)之前，存在分开的三层相，钢基材2、20，第一电解涂覆材料和第二涂覆材料15 (生锈保护漆的形式)。图不是按比例的。为了区分在热成形之前和之后的层的材料，在图2和3中绘制标记，其中，叉示意性代表第二涂层材料15，圆圈示意性代表电解涂覆材料I，以及空白(即没有标记)示意性代表带材2、20。通过奥氏体化的方式，在方法步骤V6中，在层的各边界面上实现了合金的形成。生锈保护漆15的金属组分(例如铝)与电解涂层1(例如锌)汇合成合金18。该合金18与钢基材2、20—起形成另一合金17。在硬化之后，所述另一合金17的硬度低于硬化的钢基材2、20。这有利地导致改善的弯曲角。在步骤V6之前，对于生锈保护漆15的典型层厚度为2-20微米，对于电解锌涂层I为2-10微米。在步骤V6的硬化之后，对于包括电解锌涂层I和生锈保护漆15的合金层18，层厚度可以总计达4-30微米。对于由生锈保护漆15、电解锌涂层I和钢基材2、20制得的延展合金层17，层厚度可以总计达2-50微米。
[0049]附图标记列表
[0050]I电解锌涂层
[0051]2基材、带材
[0052]3 线圈
[0053]4 辊
[0054]5 辊
[0055]6厚度控制
[0056]7平整装置
[0057]8涂覆装置
[0058]9 浸罐
[0059]10第一涂覆材料、电解质
[0060]11 辊组[0061 ] 12 辊组
[0062]14成形工具
[0063]15第二涂覆材料、生锈保护漆
[0064]16施加辊
[0065]17外合金层[ΟΟ??] 18延展合金层
[0067]20基材、坯材
[0068]V1-V6方法步骤
【主权项】
1.从乳制的带材生产产品的方法，所述方法具有如下步骤: 从板材钢提供带材形式的基材(2); 对基材(2)进行乳制(Vl)以产生乳制的带材； 用第一金属涂覆材料(I)对所述基材(2、20)进行电解涂覆(V3)，其中，在乳制(Vl)之后进行电解涂覆； 施涂(V4)第二涂覆材料(15)，作为涂覆有所述第一涂覆材料(I)的基材(2、20)上的生锈保护涂层； 对所述基材(2、20)进行热成形(V6)，其中，在施加(V4) 了第二涂覆材料(15)之后进行热成形； 其特征在于， 提供的所述第二涂覆材料(15)是具有金属组分的配混物，其中，对所述第二涂覆材料的组成进行选择，使得所述金属组分主要由比片材钢的基材(2、20)更为廉价的元素组成，从而提供阴极耐腐蚀保护。2.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 对所述第二涂覆材料(15)的组成进行选择，使得所述金属组分具有一定比例的金属颗粒。3.如权利要求2所述的方法， 其特征在于， 相对于所述第二涂覆材料的总金属组分，所述金属颗粒的比例至少为5质量％且不超过95质量％。4.如权利要求3所述的方法， 其特征在于， 对所述第二涂覆材料的组成进行选择，使得所述金属颗粒的比例具有一种或多种形成碳化物的元素，钛、铌和钒。5.如权利要求3所述的方法， 其特征在于， 对所述第二涂覆材料的组成进行选择，使得所述金属颗粒的比例具有一种或多种形成铁氧体的元素，铬、铝、钛、钽、钼、钒和硅。6.如权利要求3所述的方法， 其特征在于， 对所述第二涂覆材料的组成进行选择，使得所述金属颗粒的比例具有粒度至少为100纳米且不超过10微米的颗粒。7.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 将锌用作所述第一涂覆材料(I)。8.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在热成形(V6)期间，在基材(2、20)的边界部分中产生了易延展合金层(17)，所述易延展合金层(17)由所述基材(2、20)、第一涂覆材料(I)和第二涂覆材料(15)的元素产生，其中，所述易延展合金层(17)相比于所述基材(2、20)具有改善的延展性。9.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 在热成形(V6)期间，在所述第一涂覆材料(I)和第二涂覆材料(15)之间的边界部分中产生了外合金层(18)，所述外合金层(18)由所述第一涂覆材料(I)和第二涂覆材料(15)的元素产生。10.如权利要求8或9所述的方法， 其特征在于， 所述易延展合金层(17)由所述基材和所述外合金层(18)的元素产生。11.如权利要求1所述的方法， 其特征在于， 以挠性乳制的方式进行所述基材(2)的乳制(VI)，其中，沿着所述带材的长度产生可变厚度。12.来自片材钢制造的乳制带材的产品，其具有来自第一涂覆材料(I)和第二涂覆材料(15)的涂层，该产品是根据权利要求1的方法生产的。
【文档编号】C25D7/06GK105880283SQ201610084474
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年2月14日
【发明人】W·爱博莱恩
【申请人】穆尔和本德公司