冲压产品的制造方法及由其制造的冲压产品的制作方法
【专利说明】冲压产品的制造方法及由其制造的冲压产品
[0001]本申请是申请日为2009年I月12日、申请号为200980102269.8、发明名称为“冲压产品的制造方法及由其制造的冲压产品”(PCT/IB2009/000322，进入国家阶段日期2010年7月15日)之申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及由涂覆钢来制备热冲压产品的制造方法，以及本发明的产品的各种用途，例如在点焊中的用途。
【背景技术】
[0003]近年来，在成型部件的热冲压方法中使用涂覆钢变得重要，特别是汽车工业中。制造这样的部件或产品可包括连续的下列主要步骤:
[0004]-涂覆钢带材或片材
[0005]-修整或切割以得到坯体
[0006]-加热坯体以获得钢基材与预涂层的合金化，及钢的奥氏体化
[0007]-热成形后再将部件快速冷却以获得马氏体为主的组织
[0008]这例如由US6, 296，805所记载，其以引用的方式并入本文中。
[0009]由于预涂层与钢基材的合金化(其具有产生高熔点的金属间化合物合金的效果)，因此可以在金属基材发生奥氏体化的温度范围内加热具有这种涂层的坯体，从而允许通过淬火进一步硬化。
[0010]考虑到涂层的金属间化合物合金化和基材的奥氏体化，最通常在炉子中进行坯体的热处理。坯体经历的热循环包括第一加热阶段，其速率为参数例如为设定的炉子温度、传输速度、坯体厚度、加热过程和涂层反射率的函数。在该加热阶段后，热循环通常包括保持阶段，其温度为炉子的调节温度。
[0011]在加热、热冲压和快速冷却后得到的部件或产品显示出非常高的机械强度，其可以用于结构化应用中，例如用于汽车工业应用。通常，必须将这些部件与其它部件焊接，且要求高的可焊性。这意味着:
[0012]-焊接操作应该可以在足够宽的操作范围内实施，以确保标称焊接参数的最终变化对焊接品质没有任何影响。对于在汽车工业中非常普遍的电阻焊，通过下面参数组合来限定操作焊接的范围:在焊接期间施加于部件的力F和焊接电流强度I是最重要的。这些参数的适当组合有助于保证不会获得不足的熔核直径(其由过低的强度或过低的力导致)和不发生焊接喷溅。
[0013]-还应进行焊接操作使得在焊缝中得到高的机械强度。该机械强度可以通过测试例如通过剪切-拉伸测试或横向-拉伸测试来进行评价。
[0014]EP1380666也公开了一种包括热冲压Al涂覆的钢片材以制备可焊接的结构零件的方法。但是可焊性需要进一步提高。
[0015]仍然需要一种方法，其使得能够制备非常适于点焊的冲压部件或产品，其易于镀覆并且显示良好的抗腐蚀性能。
【发明内容】
[0016]发明人已经发现特定的涂覆钢，在特定条件下在加热后便于形成成型部件，并且因而特别显示出改善的可焊接性，在该特定涂覆钢中，基体钢带材或片材在至少一侧上至少部分涂覆(有时称为“预涂覆”，这种前缀表明在热冲压或成形之前的热处理期间会发生预涂层性质的转变)有铝或铝合金的涂层，其中涂层具有限定厚度。
[0017]发明人还发现，渗铝和热冲压的部件的特别好的可焊性与部件上从钢基材向外的特定涂覆层顺序以及这些层中的可控的孔隙部分有关。
[0018]本发明人还发现，该特定的层布置与特定的加热条件有关。
[0019]本发明的一个目的是提供由预涂覆的钢制备的新型热冲压部件。
[0020]本发明的另一个目的是提供含有这样的冲压部件的新制品，例如机动车。
[0021]本发明的另一个目的是提供制造显示出高可焊接性的冲压部件的新方法。
[0022]通过下面的详细描述，将清楚这些以及其它目的。
【附图说明】
[0023]图1显示了对于总厚度为0.7-1.5mm和1.5_3mm的片材，提供对焊接特别有利的涂层的炉温条件与其在炉中总停留时间的函数关系。
【具体实施方式】
[0024]采用特定的预涂覆钢带材实施本发明，其包含基体钢带材和位于基体钢带材的一侧的至少一部分上的铝或铝合金的预涂层。对于许多应用，基体钢的带材或片材可包含任何类型的可以涂覆有铝或铝合金的钢。但是，对于特定应用，例如机动车的结构部件，优选基体钢的带材包含为部件提供超尚强度的钢，即尚于lOOOMPa。在这样的情形中，基体钢带材特别优选地包含硼钢。
[0025]该带材因其工艺原因可从热轧机处理得到，且根据所需的最终厚度其可进行再次冷轧。优选厚度为0.7到3_。典型地，在涂层形成之前和之后，基体钢带材将以卷材的形式贮存和运输。
[0026]用于基底钢带材的优选钢的例子是具有以下组成的钢(以重量计):
[0027]0.10%<碳<0.5%
[0028]0.5%<锰<3%
[0029]0.1%<硅<1%
[0030]0.01%<铬<1%
[0031]镍<0.1%
[0032]铜<0.1%
[0033]钛<0.2%
[0034]铝<0.1%
[0035]磷<0.1%
[0036]硫<0.05%
[0037]0.0005% <硼< 0.010%，
[0038]余量包含铁和在处理中固有的杂质，其基本上由铁和在处理中固有的杂质构成，或由铁和在处理中固有的杂质构成。使用这样的钢材在热处理后提供非常高的机械强度，且铝基涂层提供非常高的抗腐蚀性。
[0039]特别优选地，基体钢带材中的钢以重量计的组成为如下:
[0040]0.15%<碳< 0.25%
[0041]0.8%<锰<1.8%
[0042]0.1%<硅<0.35%
[0043]0.01%<铬<0.5%
[0044]镍<0.1%
[0045]铜<0.1%
[0046]钛<0.1%
[0047]铝<0.1%
[0048]磷<0.1%
[0049]硫<0.05%
[0050]0.002%<硼< 0.005%
[0051]余量包含铁和在处理中固有的杂质，其基本上由铁和在处理中固有的杂质构成，或由铁和在处理中固有的杂质构成。
[0052]用于基体钢带材的优选的市购钢的例子是22MnB5。
[0053]可以在根据本发明的钢组合物中添加铬、锰、硼和碳以影响淬硬性。此外，由于碳影响马氏体的硬度，因此碳使得能够获得高的机械性能。
[0054]将铝引入组成中，以在液态下进行脱氧并保护硼的有效性。
[0055]为了例如抑制硼与氮的结合而引入钛，其含量相对于氮含量的比例应超过3.42，而氮与钛结合。
[0056]合金化元素Mn、Cr、B使得具有淬硬性，从而允许在冲压工具中硬化或者在热处理时使用温和的硬化流体来限制部件的变形。另外，从可焊性的观点对本发明的组合物进行优化。可以进行Ni和Cu的添加，以至多0.1%计。
[0057]钢可经历用钙进行的硫化物的球化处理，这具有改善板材的抗疲劳性的作用。
[0058]优选通过热浸法使基体钢带材涂覆(或预涂覆，该前缀表明在冲压前的热处理期间会发生预涂层性质的转变)有铝或铝合金涂层。用于Al-Si涂层的典型金属浴液以重量计通常在其基本组成中包含:8% -11%硅、2% -4%铁、余量为铝或铝合金，和在处理中固有的杂质。硅的存在是为了抑制厚的铁-金属的金属间化合物层的形成，该层降低附着性和可成形性。在本文中，与铝一起使用的其它合金化元素包括铁和钙，以重量计15-30ppm，包括其两种或更多种与铝的组合。Al-Si涂层的典型组合物是:Al-9.3% S1-2.8% Fe。然而，本发明涂层不局限于这些组合物。
[0059]不受特定操作理论约束，发明人认为本发明的几个优点首先与在20-33微米特定范围的预涂层厚度tp相关:
[0060]-对于小于20微米的预涂层厚度，在坯体加热期间形成的合金化层具有不足的粗糙度。从而，随后涂料在该表面上的附着性低，且抗腐蚀性降低。
[0061]-如果在片材给定位置处的预涂层厚度大于33微米，则风险在于，在该位置和预涂层较薄的一些其它位置之间的厚度差变得过大，且在加热坯体期间合金化不均匀。发明人还表明，控制预涂层的厚度在上述的狭窄范围内，有助于在合金化(alliat1n)后形成其厚度仍然可以控制在精确范围内的涂层。这同样是保证在合金化后施加于部件上电阻焊的参数不发生改变的一个因素。
[0062]接着将预涂覆的钢片材或带材切割成为坯体，然后在为获得产品或部件的热冲压之前对其在炉子中进行热处理。发明人已发现，如果在由经历了金属间化合物合金化、奥氏体化和热冲压的坯体制得的部件上获得的涂层显示出独特的性能，那么会获得非常好的焊接性能。必须指出的是，该涂层不同于起始预涂层，因为热处理引起了与钢基材的合金化反应，这改变了预涂层的物理化学性质和几何形状:在这方面，发明人已发现，渗铝且热冲压的部件的特好可焊性与从钢基材向外的部件上涂层的以下顺序有关:
[0063]-(a)相互扩散层
[0064]-(b)中间层
[0065]-(c)金属间化合物层
[0066]-(d)表面层
[006