[發(fā)明專利]用于加壓硬化鋼的快速感應(yīng)加熱的預(yù)擴(kuò)散Al-Si涂層

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210585561.3
• 申請(qǐng)日: 2012-08-13
• 公開（公告）號(hào): CN103088194A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·J·科里爾;P·J·貝朗格
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): C21D1/68
• 分類號(hào): C21D1/68;C21D1/70
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 韋欣華;萬(wàn)雪松

本申請(qǐng)要求2011年8月12日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)61/522887的優(yōu)先權(quán)。

背景技術(shù)

本發(fā)明涉及制備預(yù)涂覆的加壓硬化鋼(press-hardened?steel)的方法，并更具體地涉及，具有鐵基基材的涂層的預(yù)擴(kuò)散(pre-diffusing)或與預(yù)合金化(pre-alloying)，以使緊接在熱壓成型之前能快速加熱坯體(blank)。

用于汽車制造的鋼及相關(guān)結(jié)構(gòu)材料越來(lái)越需要同時(shí)具有降低的重量和改善的抗撞性(crash-worthiness)性能。一種生產(chǎn)能夠最大化這些迄今是相互沖突的目標(biāo)的鋼材的方法是，使用高強(qiáng)度的加壓硬化鋼，其中構(gòu)件的成型和硬化操作在同一步驟中進(jìn)行。該方法可得到所需的性能，例如提供具有顯著增加的強(qiáng)度重量比的結(jié)構(gòu)鋼部件。在加壓硬化時(shí)，鋼帶、卷(roll)、剪切件(cut?pieces)、坯料或相關(guān)的工件被加熱至奧氏體化溫度，然后成型為最終(或近最終)形狀，同時(shí)被冷卻成最終馬氏體顯微組織。用于加壓硬化鋼的電流加熱方法包括使用隧道式(輻射管)爐或立式箱型(電或輻射管)爐。

在一種形式中，鋼材工件可預(yù)涂覆，其中涂層例如鋁基的涂層可用于為下面的鋼材工件提供保護(hù)層。這種涂層的使用使得更簡(jiǎn)化的生產(chǎn)工藝成為可能，這是因?yàn)橛捎谙搜趸?scale)形成，從而不再需要惰性爐氣氛和成型后的清理作業(yè)。此外，這種涂層改善了下面鐵基工件的腐蝕抑制(barrier?corrosion)性能。這種涂層的一種具體形式為鋁硅合金(Al-Si)，當(dāng)置于鐵基基材上并施加高溫時(shí)，其允許鐵從基材擴(kuò)散到涂層中。

不幸的是，在傳統(tǒng)的加壓硬化中的奧氏體化步驟中采用的緩慢加熱速度，需要很大的爐容量和巨大的生產(chǎn)車間面積。此外，快速將鋼坯加熱至用于加壓硬化的相對(duì)高溫(通常超過(guò)880℃)的能力，被認(rèn)為與低熔點(diǎn)涂層(其中，例如對(duì)于純鋁為大約660℃，或?qū)τ贏l-Si共晶為大約577℃)優(yōu)選的緩慢加熱速度是不相容的，后者用于促進(jìn)鐵擴(kuò)散進(jìn)入涂層中作為避免有害的涂層局部融化的方式。同樣，大體積汽車生產(chǎn)和相關(guān)的高強(qiáng)度重量比構(gòu)件所需要的加壓硬化中的坯體奧氏體化步驟期間的高加熱速度將破壞用于提供對(duì)鐵基基材的保護(hù)的涂層。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，公開了制備可加壓硬化鋼構(gòu)件的方法。該方法包括：通過(guò)將保護(hù)涂層結(jié)合至鋼基材來(lái)形成涂覆的鋼坯；在第一條件下加熱所述涂覆鋼坯以使至少一部分基材中存在的鐵擴(kuò)散進(jìn)入所述涂層中，此后在第二條件下加熱所述涂覆鋼坯，所述第二條件經(jīng)設(shè)計(jì)以使所述涂覆鋼坯升溫至奧氏體化溫度，以及將所述涂覆鋼坯成型為構(gòu)件，同時(shí)在該過(guò)程中將其冷卻或淬火，形成為硬化構(gòu)件。在本發(fā)明中，第一和第二條件總體上對(duì)應(yīng)于特定的加熱參數(shù)，和尤其加熱速度和溫度。這樣，有效的加熱速度可由加熱設(shè)備的性質(zhì)(例如，感應(yīng)，爐，激光或相關(guān)配置)以及控制溫度來(lái)確定，從而建立適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合以避免涂層的熔化和破壞。例如，相應(yīng)于第二條件的典型較慢加熱速度的爐加熱方法，可使工件經(jīng)歷至少2-3分鐘達(dá)到大約900℃的溫度，其平均加熱速度為大約5℃/s至大約8℃/s(其中從約室溫開始的初始加熱速度趨于更快，例如為大約20℃/s，這是由于熱量所帶來(lái)的滯后作用)。在本發(fā)明中，平均加熱速度考慮了可在過(guò)渡期期間發(fā)生的加熱速度的變化；由此，它代表了與特定加熱方法相關(guān)的標(biāo)稱值，例如基于爐，基于感應(yīng)等的加熱方法。相對(duì)而言，本發(fā)明相應(yīng)于第二條件的加熱方法包括更高得多的加熱速度(例如，在大約50℃/s和優(yōu)選更高，例如高達(dá)大約500℃/s(或更高)之間)，同時(shí)輸入功率設(shè)定將決定奧氏體化的最高溫度。優(yōu)選地，該第二條件的加熱方法通過(guò)使用基于感應(yīng)的方法實(shí)現(xiàn)。因此在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施形式中，第一條件(其優(yōu)選對(duì)應(yīng)于涂覆鋼坯的預(yù)擴(kuò)散)的爐加熱方法可使用不同溫度和時(shí)間，以使涂層充分的預(yù)擴(kuò)散。在另一優(yōu)選的實(shí)施形式中，與第一條件相關(guān)的感應(yīng)加熱方法可在一個(gè)或多個(gè)步驟中使用不同的輸入功率設(shè)定，以在給定的高加熱速度下控制溫度來(lái)充分預(yù)擴(kuò)散涂層。其他方法例如激光或電阻加熱也可使用類似方法來(lái)提供充分的涂層預(yù)擴(kuò)散。