鋼板以及由此製成的模製件的製作方法

2023-12-06 11:52:06 2

鋼板以及由此製成的模製件的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種鋼板，尤其是一種模壓淬火的鋼板，具有由鋼構成的基底層(1)以及通過電鍍的方式被敷鍍到所述基底層(1)上的防腐蝕層(2)，所述防腐蝕層含有鋅以及含量至少為5％重量百分比的錳。
【專利說明】鋼板以及由此製成的模製件
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種鋼板，尤其是一種模壓淬火的鋼板，以及一種由此製造的鋼模製件。
【背景技術】
[0002]模壓淬火的或者PHS(Pre-Heating Steel，超高強度)鋼板是在進入20世紀的近年來所出現的，由此可通過將鋼板加熱到奧氏體化溫度以上並且通過在模壓過程中的冷卻獲得基本為純馬氏體結構的方式，來製造具有極高強度的零件。常見的是，這些鋼板設有鋅鍍層作為防腐蝕層。這種層可通過電鍍的方式或者通過浸潰在鋅熔液中來獲得。純鋅的熔點溫度為420°C，因而溫度足夠低，以便在浸潰入鍍鋅浴槽中時不會腐蝕鋼並且不會改變其晶體結構。因此，可通過浸潰或者火焰鍍鋅在大的表面上快速且經濟地製造防腐蝕層。
[0003]鋅的沸點溫度約為906°C。當鋼板被加熱到奧氏體化溫度、即900°C以上時，因而就存在這種風險，即使得鋅層蒸發。專利文獻DE202004021264U1提出，將鋅層與少量對氧具有高度親和力(sauerstoffaffinen)的元素相混合,所述元素就在鋅層的表面上構成了氧化膜並且由此避免了鋅的蒸發。在為此所建議的元素鎂、矽、鈦、鈣、鋁、硼和錳中已知矽、鋁和鎳是用於在其表面上構成氣密的鈍化層，所述鈍化層防止位於其下面的金屬被氧化。在該專利文獻中所述的實施例僅僅使用了鋁作為對氧具有高度親和力的元素。
·[0004]即便是當通過添加對氧具有高度親和力的元素實際上在鋅層的表面上形成了氣密的氧化膜時，該氧化膜也無法克服在對被鍍鋅且模壓淬火的鋼板進行加工時所要出現的問題，即:所謂的液態金屬腐蝕。這一概念意味著液態的鋅沿著鋼的結晶界限入侵，這種入侵會導致由鋼所製成的模製件變脆。
[0005]專利文獻DE202004021264U1還提到「鍍鋅退火」的技術，其中，經過火焰鍍鋅的金屬板被加熱到鋅的熔化溫度以上，以便通過擴散將鋅層轉變成一種-同樣用起到防腐蝕作用的-鋅-鐵合金層。其中也存在著液態金屬腐蝕的風險。
[0006]為了避免由於液態金屬腐蝕而變脆，目前所必需的是，這樣慢地將鋼板加熱至奧氏體化溫度，使得由鋅構成的表面層可構成鋅-鐵合金層，而不會出現熔體液態的相位。這種要慢慢加熱鋼板的必要性導致工作周期較長，並且極大地影響了由這樣一個鋼板來製造零件的生產能力。

【發明內容】

[0007]本發明所要解決的技術問題在於，提供一種鋼板，所述鋼板適用於在工作周期較短的同時製造出高強度的鋼模製件。
[0008]上述技術問題由此得以實現，即:通過一種鋼板、尤其模壓淬火的鋼板，具有由鋼構成的基底層和含有鋅和錳的防腐層，通過電鍍的方式將所述防腐蝕層敷鍍到所述基底層上，並且該防腐層具有至少為5%重量百分比的錳含量。
[0009]與起到了降低熔點的作用並且防止構成鋅-鐵合金層的鋁添加物相比，向鋅熔液中添加錳則明顯使得熔點升高；在錳含量為5%時，熔點已經明顯超過500°C並且由此達到這樣一個溫度，即:在該溫度條件下，會由於鋅擴散進入鋼或者由鐵擴散進入鋅而在鋼板的表面上構成合金。因此，鋅-鐵合金層的生成可完全在固態的相位下進行，並且規避了液態金屬腐蝕的風險。
[0010]要製造根據本發明的金屬板，不考慮採用火焰鍍鋅，因為為此所使用的鋅-錳鍍浴必須要有著這樣高的溫度，使得早在鍍鋅的過程中就已經開始了鋅-鐵合金層的構成並且可能出現鋼結構的改變。因此，根據本發明設定為，通過電鍍的方式形成由鋅和錳構成的防腐蝕層。
[0011]所述防腐蝕層的由於錳的添加而引起的熔點升高同時也導致這種溫度範圍變小，在該溫度範圍內在加熱到奧氏體化溫度期間防腐蝕層能夠呈現液態，並且由此降低了所不期望的該層熔化的風險。通過這種方式，與傳統的、設有低熔點的鋅層的模製件所需要的加熱時間相比，淬火處理的加熱時間就能夠縮短I至2分鐘。
[0012]原則上，至少為5%重量百分比的錳含量就足以能夠將鋼板加熱到如此高溫度，使得鋅向內擴散並且構成上面所提到的鋅-鐵合金層。然而，更高含量的鎂能夠實現更快的加熱，因為能夠達到更高的溫度，而不會使防腐蝕層熔化，並且在這個更高的溫度條件下，鋅的擴散也進行得更快。
[0013]因此，優選防腐蝕層的鎂含量至少為8%重量百分比，更好的是超過15%重量百分比。
[0014]錳含量優選不應超過25%重量百分比，因為如果在達到熔點溫度之前鋅就已經擴散進入鋼的表面，那麼，通過再升高的鎂含量所能夠實現的熔點升高就不再帶來任何好處。在對由金屬板所製成的模製件進行焊接、粘接或者其他方式的進一步處理之前，更高的鎂含量最多也就會使得在熱處理的過程中在金屬板上所構成的且需要清除的氧化層強化。
[0015]本發明的主題還包括由上述鋼板通過加熱以及在同時冷卻的條件下變型所獲得的豐吳製件。
[0016]這樣一種鋼模製件的防腐蝕層優選包括富含錳的表面覆層和錳含量低的下層。通過清除很大程度上被氧化的表面覆層的方式，可獲得這樣一種鋼模製件，其空出的表面基本還僅由錳含量低的下層構成並且具有了鋅-鐵合金所已知的、良好的防腐蝕效果。
[0017]因此，本發明的說明內容還包括一種用於由上述類型的鋼板形成鋼模製件的方法。包括以下步驟:
[0018]-將鋼板加熱至奧氏體化溫度；
[0019]-鋼板在同時冷卻的條件下變型；以及
[0020]-去除變型的鋼板的富含錳的表面覆層。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]參照附圖，由下面對實施例所進行的說明中得出本發明的其他特點和優點。其中:
[0022]圖1為根據本發明的鋼板的示意性剖面圖；
[0023]圖2為鋅-錳-合金的熔點溫度與錳含量之間的關聯關係的圖示；
[0024]圖3為剖切由圖1的鋼板直接在模壓淬火之後所獲得的模製件的剖面圖；以及[0025]圖4為所述模製件在準備好進行進一步加工的狀態下的剖面圖。
【具體實施方式】
[0026]圖1示出了根據本發明的PHS鋼板的剖面圖。在由鋼構成的基底I上通過電鍍的方式析出一層由鋅和至少為5%、更好的是為8%重量百分比的錳所構成的主防腐蝕層2。所述主防腐蝕層2的厚度通常在10至50 μ m之間。
[0027]圖2的圖表示出鋅-錳合金的錳含量與鋅-錳合金的熔點溫度函數。純鋅的熔點為420°C。(8) (5) %的錳含量已經足以達到超過500°C的熔點溫度，也就是說存在這樣一個溫度範圍，即:在該溫度範圍內，在鐵-鋅邊界層上會發生擴散並且形成鋅-鐵合金。因此，
(8)5%的錳添加量已經足以讓這種合金的構成得以進行，而不會使鋅暫時液化。
[0028]隨著錳含量的增加，熔點進一步升高；在含量為10%重量百分比的條件下，熔點將近超過600°C。因此，，在圖1中所示的鋼板被突然加熱直至該溫度，也不會使所述主防腐蝕層2熔化。在實踐中要加熱至這一溫度所需要的時間足以在鋼基底I與防腐蝕層2之間的界限上(如圖3所示)構成Zn-Fe合金層作為次防腐蝕層3，所述次防腐蝕層會將主防腐蝕層2完全破壞(aufzehren)，或者是，如果所述主防腐蝕層2足夠堅硬或者溫度的升高如此迅速以致仍然會導致所述主防腐蝕層2的液化，那麼，次防腐蝕層就防止鋼基底I直接與主防腐蝕層接觸。
[0029]在錳含量為15%重量百分比的情況下，就達到約為670°C的熔點。在此，在高溫下通過液態的鋅來防止鋼基底I腐蝕的防腐蝕層，或者說擴散(通過這種擴散不經過液化而形成Zn-Fe合金層3)的速度就被進一步提高。
[0030]因為錳的熔點超過了鋼板約為900°C的奧氏體化溫度，通過更高的錳含量，就將能夠完全避免防腐蝕層2在淬火處理的過程中熔化。但是，由於如上所述的那樣構成了鋅-鐵擴散層，這既不是必需的，也不是值得期望的，因為這種擴散不僅導致，主防腐蝕層2中的鋅侵蝕進入鋼基底I並且由鋼基底I中的鐵`侵蝕進入主防腐蝕層2中，而且還導致主防腐蝕層2中的錳轉移到金屬板的表面上，其在該處被空氣中的氧而被氧化並且由此保持結合狀態。因此，所述金屬板的表面就構成了一種凹槽(Senke)，錳儘管向其轉移，但不會返回向主防腐蝕層2發生任何擴散。取而代之地是在金屬板的表面上形成了含有較高錳含量的氧化層4，而次防腐蝕層3 (只要其在構成次防腐蝕層3時沒有被完全破壞)和主防腐蝕層2的錳含量要低於主防腐蝕層2在進行淬火處理之前的錳含量。
[0031]如果由所述金屬板模壓出一個模製件，那麼就仍然保持了由鋼基底1、次防腐蝕層3和/或剩下的、但基本完全不含錳的主防腐蝕層2以及氧化層4構成的層結構。通過在同時冷卻的條件下進行所述金屬板的模壓的方式，所述鋼基底I就獲得了基本為純馬氏體的、具有最聞強度的結構。
[0032]通過噴砂或者另一種適合的表面處理方式在製成的模製件上去除氧化層4，如圖4所示，以便獲得更乾淨的金屬表面，這種表面適用於焊接、粘接、塗漆或者其他加工。這種金屬表面可如圖4的圖示那樣由剩下的主防腐蝕層2和/或由次防腐蝕層3構成。在原本是在通過電鍍的方式被離析到鋼基底I上的主防腐蝕層2內所含的錳實際上通過去除氧化層4而完全被清除，因此，製成的模製件的層2、3的化學成分不會明顯不同於傳統的、具有基本不含錳的火焰鍍鋅層的PHS鋼板的化學成分。但根據本發明的鋼板能夠在淬火處理中快速被加熱的特性就使得製造具有明顯更短的生產周期以及相應更好的經濟效益的模製件成為可能。
[0033]附圖標記
[0034]I 基底
[0035]2主防腐蝕層
[0036]3次防腐蝕層
[0037]4氧 化層
【權利要求】
1.一種鋼板，尤其是模壓淬火的鋼板，具有鋼基底層(I)以及含有鋅和錳的防腐蝕層(2)，其特徵在於，所述防腐蝕層(2)是通過電鍍的方式被敷鍍到所述基底層(I)上並且具有至少為5%重量百分比的錳含量。
2.根據權利要求1所述的鋼板，其特徵在於，所述防腐蝕層(2)的錳含量至少為8%重量百分比，優選大於15%重量百分比。
3.根據權利要求1或2所述的鋼板，其特徵在於，所述防腐蝕層(2)的錳含量最大為25%。
4.一種模壓淬火的鋼模製件，是由根據上述權利要求中任一項所述的鋼板通過加熱以及在同時冷卻的條件下變型所製成。
5.根據權利要求4所述的鋼模製件，其特徵在於，所述鋼模製件具有防腐蝕層(2，3，4)，該防腐蝕層具有富含錳的表面覆層(4)和錳含量低的下層(2，3)。
6.一種用於由根據權利要求1或2所述的鋼板製造鋼模製件的方法，包括以下步驟: -將鋼板加熱至奧氏體化溫度； -鋼板在同時冷卻的條件下變型；以及 -去除所述被 變型的鋼板的富含錳的表面覆層(4)。
【文檔編號】C25D3/22GK103866363SQ201310757437
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月17日 優先權日:2012年12月17日
【發明者】H·鮑姆加特, R·桑德斯 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司