用于热冲压的硼钢的预处理的AlSiFe涂层的制作方法

本公开涉及用于热冲压过程中的高强度钢的涂层。

背景技术：

本部分中的说明仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

在满足各种强度和安全要求的同时，减少车辆结构重量的需求日益增加，从而导致车辆团队研究高强度钢。一类高强度钢是硼基钢，22mnb5级钢具有al-si涂层(1500商品名来自arcelormittal)，是行业领先的硼基钢。使用陶瓷辊将al-si涂覆的硼基钢输送到炉内。

辊底炉热冲压过程被认为是一种昂贵的过程，其中一个原因是由于计划外维护(诸如破碎的辊子或“炉堵塞”)造成的停机时间。在辊底炉热冲压过程期间，镀铝硼钢坯料(坯料)被加热，并且部分alsife涂层被熔化。熔化的alsife涂层可以被转移到陶瓷辊上，其被称为陶瓷辊的或陶瓷辊上的“铝拾取”。转移的alsife涂层扩散到陶瓷辊中，由于残余应力和陶瓷辊的脆性增加而导致陶瓷辊破损。铝拾取也会引起炉堵塞，因为当陶瓷辊的表面变得不均匀时，辊子上的坯料或零件被非均匀地装载并且在辊子的表面上“漂移”。当坯料横穿辊底炉时，漂移可以是从一侧到另一侧、旋转或组合。当坯料在辊底炉内漂移时，它们更有可能堵塞辊底炉或生产出不符合规格的产品，这两者都增加了浪费和成本。

在热冲压过程中使用的当前alsife涂层的另一个问题是alsife涂覆的硼钢坯料的加热速率达到其奥氏体化温度。当alsife涂覆的硼钢坯料以12℃/s以上的速率加热时，alsife涂层的蒸发速率增加。alsife涂层的蒸发对于炉和由于各种原因而在炉中加工的零件是不期望的。由于alsife涂层可能蒸发，因此在加热硼钢坯料时不能应用诸如高压接触加热、感应加热和激光加热等加热技术。因此，alsife涂覆的硼钢的钢铁生产商建议将加热速率限制在12℃/s以下。

解决alsife涂层从硼钢坯料转移到陶瓷辊的当前方法包括使用具有缓慢加热速率(小于12℃/s)的长达数小时的两级热处理来抑制alsife涂层的熔化。

本公开解决了辊底炉热冲压过程中的陶瓷辊上的“铝拾取”问题，以及与在热冲压过程中涂覆高强度钢并且更具体地硼钢相关的其他问题。

技术实现要素：

在本公开的一种形式中，提供了一种用于对热冲压零件进行预处理的过程。所述过程包括：在预定的温度下对具有铝涂层的硼钢材料连续退火预定的时间，使得所述铝涂层中的fe少于10％，并且在随后的热冲压过程之前，在所述铝涂层中形成alsi区域，其中所述预定的时间和温度是所述硼钢材料厚度的函数。

在本公开的各种过程中，所述铝涂层中的所述fe在7％至10％之间，所述硼钢零件呈卷材或坯料的形式，并且所述连续退火包括连续炉作业线。

在本公开的其他变型中，所述预定的时间小于10分钟，所述预定的温度在炉的入口区域处至少为930℃并且在所述炉的出口区域处低于750℃，并且所述预定的时间和温度使得所述铝涂层在加热期间不会转移到所述热冲压过程的设备部件。

作为本文公开的所述过程的结果，所述硼钢零件的耐腐蚀性大于或等于具有相同成分的未预处理的镀铝硼钢。

在本公开的另一种形式中，提供了一种生产具有铝涂层的硼钢零件的过程。所述过程包括通过在预定的温度下连续退火预定的时间来对硼钢材料进行预处理，使得所述铝涂层中的fe少于10％并且在所述铝涂层中形成alsi区域。所述过程还包括随后将所述硼钢材料热冲压成零件的所述步骤，并且当在已经预处理的坯料的加热期间，不发生所述alsi区域的熔化。

在该过程的变型中，所述硼钢材料通过高压接触加热、感应加热和激光加热中的至少一种被加热。此外，所述硼钢材料可以在预处理之前呈卷材的形式，并且随后可以在热冲压之前重新成卷。

在其他变型中，所述硼钢材料在所述预处理步骤之前经过定制的轧制卷材过程，所述硼钢在所述预处理步骤之前经过焊接卷材过程，并且所述热冲压的加热速率大于12℃/秒。

在又一个变型中，所述预定的时间和温度使得所述铝涂层不会转移到所述热冲压的设备部件。所述设备部件可以是底炉的辊子。

本公开还包括由本文公开的各种过程形成的零件。

在本公开的又一种形式中，提供了一种用于生产零件的过程。所述过程包括：形成具有铝涂层的硼钢材料；通过在预定的温度下连续退火预定的时间来对具有所述铝涂层的所述硼钢材料进行预处理，使得所述铝涂层中的fe少于10％并且在所述铝涂层中形成alsi区域；以及随后将所述硼钢材料热冲压成零件。

另外的应用领域根据本文提供的说明书将变得显而易见。应当理解，说明书和特定示例旨在仅出于说明的目的，而不旨在限制本公开的范围。

附图说明

为了可以很好地理解本公开，现在将参考附图通过示例的方式描述其各种形式，在附图中：

图1示出了根据现有技术和本公开的教导的alsife涂覆的硼钢的差示扫描量热法(dsc)分析；

图2是根据本公开的教导的用于对热冲压零件进行预处理的过程的流程图；

图3是根据本公开的教导的用于生产具有铝涂层的硼钢零件的另一个过程的流程图；以及

图4是根据本公开的教导的用于生产零件并且还具有铝涂层的又一种过程的流程图。

本文所描述的附图仅出于说明的目的，而不旨在以任何方式限制本公开的范围。

具体实施方式

以下说明书本质上仅仅是示例性的，而不旨在对本公开、应用或用途进行限制。应当理解，贯穿附图，相应的附图标记指示相似或相应的零件和特征。

本公开通过使用具有“预处理的alsife涂层”的硼钢坯料解决了在热冲压过程中加工涂层的问题。有利地，根据本公开的教导的预处理的alsife涂层在辊底炉的加热过程或其他加热技术期间不会熔化。通常，预处理的alsife涂层通过所生产的镀铝硼钢的短连续退火循环来实现。本公开的短连续退火循环的加热时间在数分钟的范围内，而不是现有技术的数小时(和半小时)的范围内。

参考图1，示出了商业alsife涂覆的硼钢10(商业alsife10)和本公开的预处理的alsife涂覆的硼钢(预处理的alsife20)的差示扫描量热法(dsc)分析。

为进行dsc分析，将商业alsife样品10加热至930℃。如图所示，商业alsife样品10上的镀铝涂层在区域12中、约580-620℃时熔化。然后，镀铝涂层在区域14中、约640℃时再凝固。这是当前的行业过程/标准。

在研究商业alsife产品的热处理时，有一个令人惊讶的发现。当商业alsife材料被冷却并且再加热至约930℃时，镀铝涂层没有再熔化并且是稳定的，如图1预处理的alsife所示。因此，本公开的预处理的alsife20减少或消除了高达约930℃的镀铝涂层的熔化。如图1中记录和绘制的那样，通过第一加热循环使预处理的alsife为至少约640-800℃并且不依赖于辊底炉。

然而，当应用于alsife涂覆的硼钢的辊底炉热冲压过程时，本公开的预处理的alsife涂覆的硼钢减少或消除了预处理的alsife涂覆的硼钢遇到的辊子和其他设备上的铝拾取。铝拾取的减少或消除同样减少了辊子破损、漂移、堵塞、维护及其关联的成本和浪费。

参考图2，提供了用于对热冲压零件40进行预处理的过程。过程40包括在步骤42中对具有铝涂层的硼钢材料进行连续退火。预处理是持续预定的时间并且在预定的温度下，使得铝涂层中的fe少于10％，并且在随后的热冲压过程50之前，在铝涂层44中形成alsi区域，其中预定的时间和温度是硼钢材料厚度的函数。例如，在一种形式中，对于厚度高达2.5mm的硼钢材料，预定的温度在700℃至750℃之间并且预定的时间小于10分钟。

在本公开的变型中，铝涂层中的fe在7％至10％之间，硼钢零件呈卷材或坯料的形式，并且连续退火包括连续炉作业线。

在过程的其他变型中，预定的时间小于10分钟，预定的温度在炉的入口区域处至少为930℃并且在炉的出口区域处低于750℃，并且预定的时间和温度使得铝涂层不会转移到热冲压过程的设备部件。当硼钢材料在冲压过程期间被加热时，铝涂层不会转移到热冲压过程的设备部件。

在本公开的另一个过程中，硼钢零件的耐腐蚀性大于或等于具有相同成分的未预处理的镀铝硼钢。

现在参考图3，提供了生产具有铝涂层60的硼钢零件的另一个过程。过程60包括通过在预定的温度下连续退火预定的时间来对硼钢材料进行预处理，使得铝涂层中的fe少于10％并且在铝涂层62中形成alsi区域。随后，过程60将硼钢材料(其一种形式是坯料)热冲压成零件64。

在该过程的变型中，所述硼钢材料通过高压接触加热、感应加热和激光加热中的至少一种被加热。

在本公开的过程的变型中，硼钢材料在预处理之前呈卷材的形式，并且随后可以在热冲压之前重新成卷。在另一种形式中，硼钢材料在预处理步骤之前经过定制的轧制卷材过程。在另一种形式中，硼钢材料在预处理步骤之前经过焊接卷材过程。

在一种形式中，热冲压的加热速率大于12℃/秒。

在本公开的又一个过程中，预定的时间和温度使得铝涂层不会转移到热冲压的设备部件。在这种形式中，设备部件是底炉的辊子。

现在参考图4，示出了根据本公开的教导的用于生产零件的又一个过程。该过程包括：形成具有铝涂层的硼钢材料；通过在预定的温度下连续退火预定的时间来对具有铝涂层的硼钢材料进行预处理，使得铝涂层中的fe少于10％并且在铝涂层中形成alsi区域；以及随后将硼钢材料热冲压成零件。

本公开的预处理的alsife涂层减少并减轻了由于更换损坏的陶瓷辊而导致的炉停机时间。本公开还减少并减轻了由于坯料堵塞而导致的坯料漂移和相关联的炉停机时间。此外，本公开减少或消除了在炉加热-冷却期间的氢脆，减少了钢坯料和辊底炉热冲压设备部件的延迟开裂。

根据本文的教导，可以基于各种连续退火作业线的能力来开发时间-温度-转变方面的不同加热方案。

水蒸气是许多炉气氛(包括热冲压过程的气氛)的组成部分。所需的水蒸气水平(露点温度、或简称露点)根据过程、使用的金属和其他炉气以及其他过程变量而变化。露点在不同的炉区之间变化，-70至10℃(-94至50℉)的露点温度在热处理中是常见的。通常通过添加干燥空气、气体生成或气体混合来主动改变或定制露点，但露点也受炉设计和天气的影响。有利地，本公开通过减少炉气氛中挥发物的数量和类型来实现更高的炉露点。更高的露点减少炉控制(例如，干燥空气、气体生成或气体混合)，并且与传统方法相比，降低了操作成本。

相对于传统方法，本公开还使得对于给定厚度的材料在温度(均热时间)方面的时间更短。更短的均热时间可降低运营成本以及实现更快的处理速度。

由于本发明减少或消除了蒸发，因此其他加热技术(诸如激光加热、感应加热和高压接触加热)能够对镀铝硼钢进行热冲压而不损坏镀铝涂层。

此外，本公开降低了用于各种涂层和坯料材料的热冲压研究、开发和生产使用的/所需的设备的资本投资成本。

本公开的描述本质上仅仅是示例性的，因此不脱离本公开的实质的变型旨在落入本公开的范围内。不应将此类变型视为脱离本公开的精神和范围。

根据本发明，用于对热冲压零件进行预处理的过程包括：在预定的温度下对具有铝涂层的硼钢材料连续退火预定的时间，使得所述铝涂层中的fe少于10％，并且在随后的热冲压过程之前，在所述铝涂层中形成alsi区域，其中所述预定的时间和温度是所述硼钢材料厚度的函数。

根据一个实施例，所述铝涂层中的所述fe在7％至10％之间。

根据一个实施例，所述硼钢零件呈卷材或坯料的形式。

根据一个实施例，所述连续退火包括连续炉作业线。

根据一个实施例，所述预定的时间小于10分钟。

根据一个实施例，所述预定的温度在炉的入口区域处至少为930℃并且在所述炉的出口区域处低于750℃。

根据一个实施例，所述预定的时间和温度使得所述铝涂层在加热期间不会转移到所述热冲压过程的设备部件。

根据一个实施例，所述硼钢零件的耐腐蚀性大于或等于具有所述相同成分的未预处理的镀铝硼钢。

根据本发明，用于生产具有铝涂层的硼钢零件的过程包括：通过在预定的温度下连续退火预定的时间来对硼钢材料进行预处理，使得所述铝涂层中的fe少于10％并且在所述铝涂层中形成alsi区域；以及随后将所述硼钢材料热冲压成零件。

根据一个实施例，通过高压接触加热、感应加热和激光加热中的至少一种来加热所述硼钢材料。

根据一个实施例，所述硼钢材料在预处理之前呈卷材的形式，并且随后在热冲压之前重新成卷。

根据一个实施例，所述硼钢材料在所述预处理步骤之前经过定制的轧制卷材过程。

根据一个实施例，所述硼钢材料在所述预处理步骤之前经过焊接卷材过程。

根据一个实施例，所述热冲压的加热速率大于12℃/秒。

根据一个实施例，所述预定的时间和温度使得所述铝涂层不会转移到所述热冲压的设备部件。

根据一个实施例，所述设备部件是底炉的辊子。

根据一个实施例，所述铝涂层中的所述fe在7％至10％之间。

根据一个实施例，本发明的特征还在于通过上面描述的过程形成的零件。

根据一个实施例，所述零件的耐腐蚀性大于或等于具有相同成分的未预处理的镀铝硼钢。

根据本发明，用于生产零件的过程包括：形成具有铝涂层的硼钢材料；通过在预定的温度下连续退火预定的时间来对具有所述铝涂层的所述硼钢材料进行预处理，使得所述铝涂层中的fe少于10％并且在所述铝涂层中形成alsi区域；以及随后将所述硼钢材料热冲压成零件。