多层钢以及降低液态金属脆化的方法
阅读：805发布：2020-06-02
专利汇可以提供多层钢以及降低液态金属脆化的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且多层 钢 包括由 相变 诱发塑性(TRIP)钢形成的芯。脱 碳 层位于芯外部的至少一侧。 脱碳 层相对于芯具有降低的碳含量。锌 基层 位于脱碳层的外部。脱碳层能够由至少80％ 铁 素体组成，使得LME减少或减轻。在一些配置中，脱碳层的厚度在10-50微米之间。本 发明 还提供了一种制造涂覆的先进高强度钢部件的方法。本发明还提供了一种用于形成涂覆的先进高强度钢的装置。多层钢的芯能够具有小于或等于0.4的碳重量百分比。多层钢的脱碳层的碳重量百分比能够小于或等于芯的碳重量百分比的50％。，下面是多层钢以及降低液态金属脆化的方法专利的具体信息内容。
1.一种多层钢，包括：
由相变诱发塑性(TRIP)钢形成的芯；
在所述芯外部的脱碳层，其中所述脱碳层相对于所述芯具有降低的碳含量；和在所述脱碳层外部的锌基层。
2.根据权利要求1所述的多层钢，其中碳重量百分比小于或等于所述芯的碳重量百分比的50％，并且具有至少80％的铁素体。
3.根据权利要求1所述的多层钢，其中所述脱碳层的厚度在10-50微米之间。
4.根据权利要求1所述的多层钢，其中所述芯包括小于或等于0.4的碳重量百分比。
5.根据权利要求4所述的多层钢，其中所述脱碳层的碳重量百分比小于或等于所述芯的碳重量百分比的20％。
6.根据权利要求4所述的多层钢，其中所述芯具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，并且所述脱碳层是位于所述芯的所述第一侧上的第一脱碳层，并且还包括：
在所述芯外部的第二侧上的第二脱碳层，其中所述第二脱碳层的组成与所述第一脱碳层基本相同。
7.根据权利要求6所述的多层钢，其中所述第一脱碳层和所述第二脱碳层由至少90％铁素体组成。
8.根据权利要求1所述的多层钢，其中所述脱碳层的碳重量百分比小于或等于所述芯的碳重量百分比的50％。
9.根据权利要求8所述的多层钢，其中所述脱碳层的厚度为10-50微米。
10.一种制造涂覆的先进高强度钢部件的方法，该方法包括：
从相变诱发塑性(TRIP)钢冷轧芯；
退火所述相变诱发塑性钢芯；
对所述相变诱发塑性钢芯的暴露面进行脱碳以形成脱碳层，其中所述脱碳层由等于或大于80％的铁素体组成；
将锌基涂层涂覆到所述脱碳层的外表面上以形成涂覆坯料；和
焊接具有所述脱碳层的涂覆坯料。
多层钢以及降低液态金属脆化的方法
技术领域
发明内容
[0002] 本发明提供了一种多层钢。多层钢包括由相变诱发塑性钢形成的芯。脱碳层位于芯外部的至少一侧上。脱碳层相对于芯具有降低的碳含量。锌基层位于脱碳层的外部。脱碳层可以由至少80％的铁素体组成。在一些配置中，脱碳层的厚度在10-50微米之间。
[0003] 多层钢的芯能够具有小于或等于0.4的碳重量百分比。多层钢的脱碳层的碳重量百分比可以小于或等于芯的碳重量百分比的50％。
[0004] 本发明还提供了一种制造涂覆的先进高强度钢部件的方法。该方法包括从相变诱发塑性钢冷轧芯，退火相变诱发塑性钢芯。该方法还包括使相变诱发塑性钢芯的暴露面脱碳以形成脱碳层。脱碳层由等于或大于80％的铁素体组成。该方法还包括将锌基涂层涂覆到脱碳层上以形成涂覆坯料，该涂覆坯料可以是卷材形式或作为与卷材分离的部件，以及焊接在其外表面上具有脱碳层的涂覆坯料。
[0005] 使相变诱发塑性钢芯的暴露面脱碳可以在露点大于-5℃的环境中进行，使得硅和锰的内部氧化发生在脱碳层内。对相变诱发塑性钢芯的暴露面进行脱碳也可以在露点低于-5℃的环境中进行，使得硅和锰的外部氧化基本上仅在脱碳层的暴露面发生。
[0006] 本发明还提供了一种用于形成涂覆的先进高强度钢的装置，其包括退火装置，该退火装置被配置为使由相变诱发塑性钢形成的芯退火。脱碳装置配置成使钢芯的至少一个暴露面脱碳以在其上形成脱碳层，从而脱碳层由等于或大于80％的铁素体构成。
[0007] 镀锌装置配置成将锌基涂层涂覆到脱碳层上形成涂覆坯料，该涂覆坯料可以是卷材形式或与卷材分离的部件。另外，焊接装置被配置为将涂覆坯料焊接到至少一个其他部件上，所述涂覆坯料在其外表面上具有脱碳层。
[0008] 通过以下对用于实施所公开的结构和/或方法的一些最佳模式和其他实施方式的详细描述，本主题的上述特征和优点以及其他特征和优点将是显而易见的。
[0010] 图1是多层钢的示意性横截面图，示出了脱碳层和锌基涂层。
[0012] 图3A是说明用于生产例如图1所示的多层钢或由其制成的部件的分批方法的示意性加工图。
[0013] 图3B是说明用于生产例如图1所示的多层钢或由其制成的部件的连续方法的示意性加工图。
具体实施方式
[0014] 在附图中，相同的附图标记对应于相同或相似的部件，尽管可能是在不同的附图中。图1是多层钢10的示意性示意图。通常，多层钢10可称为先进的高强度钢，或更具体地，称为第三代先进的高强度钢的一部分。
[0015] 虽然可以参照特定应用或行业描述本发明，但是本领域技术人员将认识到本发明的更广泛的适用性。本领域普通技术人员将认识到，诸如“上方”、“下方”、“向上”、“向下”等术语用于描述附图，并不代表对本发明范围的限制，如所附权利要求所定义。数字标记，例如“第一”或“第二”仅是说明性的，并不旨在以任何方式限制本发明的范围。
[0016] 一个图中所示的特征可以与任何附图中所示的特征组合、替换或修改。除非另有说明，否则任何特征、元素或限制均不与任何其他特征、元素或限制互斥。此外，操作不绝对需要任何特征、元素或限制。附图中示出的任何特定配置仅是说明性的，并且所示的具体配置不限制权利要求或说明书。
[0017] 多层钢10至少部分地由几种类型的相变诱发塑性钢中的一种形成。为简洁起见，本发明的公开内容可简单地指代相变诱发塑性钢，但所公开的部件和工艺对所有相关的钢类型和等级具有同等保护。相变诱发塑性钢能够包括任何钢，其中亚稳奥氏体可逆地相变为马氏体(BCT或HCP)，从而导致加工硬化。相变诱发塑性钢的特性导致强度和延展性的有利组合，但没有本发明所述的结构和加工改进，可能经受液态金属脆化。代表性钢包括任何一代相变诱发塑性，包括但不限于：TBF(相变诱发塑性辅助贝氏体铁素体)、Q&P(淬火和分配处理)和无碳化物贝氏体。
[0018] 其他金属，例如孪生诱发塑性钢，也可受益于本发明所述的技术。与相变诱发塑性钢相比，孪生诱发塑性钢包含更高水平的锰(Mn)，超过20重量％(wt％)。另外，本发明所述的结构、方法和装置可适用于相变诱发塑性辅助贝氏体铁素体钢、淬火和分配处理钢和无碳化物的重晶石钢。
[0019] 在所示的多层钢10中，芯12由相变诱发塑性钢形成，相变诱发塑性钢是先进的高强度钢的一种形式。相变诱发塑性钢通常包括至少5％的残余奥氏体，以及可包括但不限于：铁素体、马氏体和贝氏体的材料组成。芯12通常包括小于或等于0.4重量％(wt％)的碳(C)含量，尽管一些配置具有小于或等于0.2重量％；大于或等于0.5重量％的硅(Si)含量，但通常大于0.75重量％的Si；以及例如，2-5重量％之间的锰(Mn)含量，尽管中锰相变诱发塑性钢的Mn含量为5-12重量％Mn。
[0020] 在一些配置中，0.5-2.0重量％之间的铝(Al)也可以包含在形成芯12的相变诱发塑性钢中。铝可以代替一些硅，或者可以与其结合。铝与硅一样，可最大限度地减少碳化物的形成和生长，从而有助于在相变诱发塑性钢基体中保留奥氏体。
[0021] 多层钢10还包括至少一个脱碳层14，其位于芯12的外部。在所示的配置中，多层钢10包括第一和第二脱碳层14。可以将如图所示的上部或下部脱碳层14称为第一个或第二个，并且两者的组成可以基本相同。
[0022] 相对于芯12，脱碳层14具有降低的碳含量。另外，相对于芯12，脱碳层14具有增加的铁素体含量。脱碳层14是与芯12相同的相变诱发塑性钢的部分，但是，如本发明所述，已经过处理从中除去碳。
[0023] 本发明描述了用于制造脱碳层14的一些说明性方法。如本发明所用，芯12的描述也代表脱碳层14的预脱碳状态，脱碳层14是芯12的改性层。
[0024] 脱碳层14的形成涉及从芯12的外表面除去碳，使得脱碳层14具有碳含量梯度-在最外部具有较低含量，在芯12处具有较高含量。脱碳层14从芯12的外表面部分延伸到碳含量达到芯12的碳含量的特定百分比的深度。
[0025] 例如但不限于，脱碳层14可以定义为延伸至碳含量减少至芯12的本体碳含量的20％。因此，在芯12具有碳含量小于或等于0.4重量％的配置中，脱碳层14延伸至碳含量小于或等于0.08重量％；并且在芯12具有小于或等于0.2重量％的碳含量的配置中，脱碳层14延伸直至碳含量小于或等于0.04重量％。
[0026] 在其他配置中，脱碳层14可以定义为延伸到碳含量减少到芯12的本体碳含量的50％的深度。因此，整个脱碳层14中的碳含量是小于或等于芯12的本体碳含量的50％，但在外表面可能低得多。在脱碳层14中降低的碳含量导致在热处理之后的脱碳层14内高水平的铁素体，超过80％。当脱碳层14的碳含量小于0.2重量％时，脱碳层14的晶粒结构变成高铁素体型。
[0027] 多层钢10还包括在每个脱碳层14外部的锌基层或锌涂层16。锌涂层16也可以称为电镀涂层或锌电镀涂层。需要注意的是，脱碳层14是芯12的处理部分，但具有通过脱碳形成的不同结构。然而，锌涂层16是涂覆到芯12和脱碳层14的不同材料。脱碳层14可以被认为是与芯12成一体，而锌涂层16通常被认为不是一体的，其基本上粘附在脱碳层14上。
[0028] 锌涂层16和类似的涂层提供阴极保护，使得涂层用作牺牲层，代替下面的钢部件遭受腐蚀，通常甚至在下面的钢的一部分暴露的情况下。如本发明所用，锌涂层16是指元素锌(Zn)或具有至少50％锌的锌合金涂层。许多合金元素可与锌一起用于镀锌钢部件，包括本发明所述的相变诱发塑性钢。
[0029] 通过在镀锌浴中热浸芯12和脱碳层14，可以使多层钢10镀锌。或者，锌涂层16可以通过电镀锌涂覆。
[0030] 在替代配置中，锌涂层16可以直接涂覆到未处理的非脱碳芯12上，以形成简单的镀锌相变诱发塑性钢坯。然而，在本发明所述的配置中，锌涂层16被涂覆到脱碳层14的外部，使得芯12通过脱碳层14与锌涂层16分离。
[0031] 相变诱发塑性钢，例如多层钢10，可以冷加工成高强度的三维部件。反过来，高强度三维部件可以通过，诸如焊接技术附接到其他部件。然而，许多相变诱发塑性钢在焊接时会受到液态金属脆化的影响。本发明所述的多层钢10及其制造方法提供了优于其他相变诱发塑性钢的可焊性，因为多层钢10的特征使其相对不易受液态金属脆化的影响。
[0032] 图1的结构是基本的图示，并且所示的多层钢10的部分可以是坯料的一部分，该坯料将被或已经被转变成高强度的三维部件。特别地，多层钢10可以焊接到另一个部件上，例如由与多层钢10中使用的相同类型的相变诱发塑性钢形成的部件，或者可以焊接到由不同材料形成的部件上，包括但不限于：其他类型的先进的高强度钢、高强度钢、不同等级或类型的相变诱发塑性钢、缺少脱碳层14的相变诱发塑性钢、双相钢、铝合金或其他合金。需要注意的是图1可能没有按比例显示，使得芯12相对于脱碳层和锌涂层16可能比图1所示的明显更厚。
[0033] 由本发明所述的多层钢10形成的高强度三维部件可以结合到许多装置中，例如车辆。这种高强度结构特别适用于汽车或其他滚动平台的部件，包括但不限于：摩托车、船、拖拉机、公共汽车、移动房屋、露营车和坦克。然而，它们也可以用于各种其他行业和应用，包括但不限于：航空航天部件、消费品、办公装置和家具、工业和建筑装置和机械、农场装置或重型机械。
[0034] 具有可由当前技术制造的框架的其他示例性结构包括建筑和建筑物，例如房屋、办公室、桥梁、棚屋、仓库和装置。本领域技术人员将理解，可以通过本发明的方法制造许多其他部件，并且这些附加部件被认为是在本发明的范围内。
[0035] 能够由镀锌钢合金形成的特定结构部件包括但不限于：用于汽车应用的部件，包括但不限于摇臂导轨、发动机导轨、结构支柱、A支柱、B支柱、C支柱、D支柱、保险杠、铰链支柱、横梁、车身板、结构板、门板和门部件、室内地板、地板、屋顶、引擎盖、外表面、车身底板、车轮、存储区域(包括手套箱、控制台箱、行李箱盖、行李箱、行李箱地板、卡车车厢、灯座和其他部件)、减震塔盖、控制臂和其他悬架、底盘或传动系部件等。虽然在整个说明书中可以示出和描述示例性部件，但是应该理解，本发明中的发明构思也可以应用于能够由镀锌钢合金形成的任何结构部件。具体地，本发明特别适用于承受负载或需要阴极保护的任何部件。
[0036] 不再参考图1，而参考图2，示出了焊接熔核50。所示的焊接熔核50通过电阻点焊技术形成。然而，这里的讨论适用于激光点焊技术。焊接熔核50在图2中以平面切割示出。这种类型的切割可以用于分析焊接技术和材料，通过切割成已经完成的焊缝，以便分析其内部。
[0037] 如图2中所示，多层钢10的一部分焊接到辅助部件52，辅助部件52可以基本上类似于多层钢10，或者可以是不同的金属。示出缩回的一对焊帽54压靠在多层钢10和辅助部件52上，并在它们之间施加电压。在焊帽54之间流动的电流电阻地加热金属，特别是在多层钢
10和辅助部件52之间的接合处，这产生了液体区域。在去除电压之后，液体区域凝固以形成焊接接头56，其将多层钢10和辅助部件52的部分连接在一起。
10和辅助部件52之间的接合处，这产生了液体区域。在去除电压之后，液体区域凝固以形成焊接接头56，其将多层钢10和辅助部件52的部分连接在一起。
[0038] 如图2所示，焊帽54具有帽宽度58。在帽宽度58之外，点焊工艺在多层钢10上形成肩部60。这些区域特别容易受到液态金属脆化和由此产生的裂缝的影响。液态金属脆化裂缝62显示在其中一个肩部60上，仅用于说明目的。如图2所示的液态金属脆化裂缝62仅用于说明由液态金属脆化引起的可能裂缝的位置和相对尺寸。事实上，多层钢10配置成显著降低液态金属脆化裂缝62形成的机会。在对液态金属脆化更敏感的材料中，可能存在各种尺寸和位置的其他液态金属脆化裂缝62。需要注意的是附图不一定按比例绘制，从而液态金属脆化裂缝62可能相对于周围结构更大或更小。
[0040] 液态金属脆化可以通过不同的机制发生，至少部分地由液态锌产生。锌的熔化温度为420℃。在高于420℃(锌存在时)的温度下，锌开始润湿铁晶界，例如相变诱发塑性钢中可能导致沿着锌涂层16熔化的焊缝熔核区域液态金属脆化的铁晶界50。此外，由于拉伸应力引起的小裂缝可能因液态锌的润湿而加剧。
[0041] 在温度有利的情况下-例如，对于一些高强度或先进的高强度钢，高于锌或锌合金的熔点-并且多层钢10暴露于拉伸应力，液态锌可以润湿相变诱发塑性钢的暴露晶界，导致沿晶界的内聚力或分离。因此，锌会侵蚀晶界，从而形成与液态金属脆化相关的裂缝。
[0042] 因此，三种因素通常有助于相变诱发塑性钢中的液态金属脆化：拉伸应力，液态锌和晶界区域。在降低脱碳层14的表面区域中相对高水平的碳时，相变诱发塑性钢的微观结构相变，使得其随后与芯12相比包括相对较低水平的奥氏体和相对较高水平的铁素体。
[0043] 脱碳层14内的相变诱发塑性钢也可以在电阻点焊过程中在较高温度下经历相变，这降低了在焊接熔核50的外部，特别是在肩部60上发生的拉伸应力。另外，脱碳层14内的内部氧化的硅和锰可以增强锌在相变诱发塑性钢中的溶解度，使得随着在协同液态金属脆化机制中裂缝的进程，锌不会在铁晶界上提供有害的润湿。因此，多层钢10可以镀锌，并且随后在相对高(局部)的温度下焊接，同时仍然避免或减轻液态金属脆化，这是由于脱碳层14。去除碳也可以降低脱碳层14的晶界面积和晶界能量。
[0044] 通常，先进的高强度钢，例如相变诱发塑性钢，不进行脱碳处理，以避免在从合金中除去碳时可能发生的任何强度损失，并且还限制不希望的表面氧化或不希望的工艺复杂化。然而，在多层钢10中，脱碳层14相对较薄，并且仅形成在形成芯12的相变诱发塑性钢的暴露面上，使得多层钢10的强度相对较小地降低。通常，脱碳层14的厚度小于或等于约50微米。在一些配置中，脱碳层14的厚度大于或等于约10微米。
[0045] 然而，需要注意的是，根据相变诱发塑性钢的精确等级，相变诱发塑性钢的厚度以及所使用的精确的电阻点焊工艺，可以将更窄或更宽的范围用于脱碳层14的厚度。需要注意的是，脱碳层14和锌涂层16可能在所示的比例上是不可见的，因此在图2中没有编号。例如，在多层钢10相对较厚的应用中，脱碳层14可以更大，高达100微米，因为由脱碳层14引起的总强度的降低相对较小。
[0046] 与冷加工的相变诱发塑性钢的芯12中的本体碳含量相比，受控的脱碳工艺产生具有降低的碳含量的薄的表面脱碳层14。如本发明所讨论的，在涂覆锌涂层16之前，可以在芯12上形成脱碳层14。
[0047] 需要注意的是，由液态金属脆化形成的裂缝通常能够大于50微米，并且能够大于250微米。在多层钢10中，脱碳层14的厚度可以在10-50微米之间，使得液态金属脆化裂缝的整个可能深度不会脱碳。
[0048] 在多层钢10中，脱碳层14具有至少80％铁素体的组成，其中许多配置具有至少90％的铁素体。这大于芯12的铁素体组成。需要注意的是，一些配置可以在脱碳层14中产生和利用甚至更大百分比的铁素体。在多层钢10和辅助部件52之间施加的电阻点焊期间，相对于芯12，脱碳层14的铁素体组成改变转变温度和相变过程。
[0049] 对于本发明所述的示例性多层钢10，脱碳层14的碳重量百分比(wt％)小于或等于芯12的碳重量百分比的50％(一半)。取决于所使用的相变诱发塑性钢的类型，芯12能够具有小于或等于0.4的碳重量百分比，使得脱碳层14具有至多小于或等于0.2的碳重量百分比。
[0051] 在没有锌涂层16的配置中，脱碳层14相对于没有脱碳层14的相变诱发塑性钢仍然显示出提高的可焊性。特别地，相对于仅焊接芯12而没有脱碳层14，所得到的点焊的测量机械能力的一致性得到提高。因此，芯12和脱碳层14可以提高单层相变诱发塑性钢的可焊性。
[0052] 现在参考图3A和3B，并继续参考图1-2，示出了用于生产镀锌的，先进的高强度钢的系统或装置的示意图，其在焊接期间减轻液态金属脆化。多层钢10是一种可以用图3A和3B中所示的系统生产的钢。
[0053] 图3A示出了一种装置，该装置被配置成使用分批方法来生产像多层钢10那样的钢。图3B示出了一种装置，该装置被配置成使用连续方法来生产像多层钢10那样的钢。图3A和3B示出了用于生产涂覆的多层先进的高强度钢的装置和方法。
[0054] 如图3A所示，分批装置105以相变诱发塑性卷材110开始，相变诱发塑性卷材110是相变诱发塑性钢的冷轧卷材，例如构成图1和2中所示的芯12的类型。相变诱发塑性卷材110作为一个单元移动到分批脱碳器112中。
[0055] 在进入分批脱碳器112之前，相变诱发塑性钢可以冷轧或冷加工成其薄的配置用于卷绕。退火过程使得芯12为随后的冷加工成最终的部件形状做好准备，然后可以将其焊接到其他部件上。
[0056] 除了对芯12进行热处理之外，分批脱碳器112配置成从芯12去除碳，使得其形成脱碳层14。需要注意的是，多个间隔物114可以设置在相变诱发塑性卷材110的层间，以促进流过相变诱发塑性卷材110的脱碳气体并在芯12的两侧形成脱碳层14。
[0057] 为了实现脱碳，相变诱发塑性卷材110被加热并置于特定的气体环境中。需要注意的是，在替代配置中，退火和脱碳可以通过单独的过程，在单独的装置或部件中进行。此外，材料的卷绕性质仅用于说明目的，并且本体材料的其他配置或形状可用在分批装置105内。
[0058] 对相变诱发塑性卷材110的暴露面进行脱碳可以包括将坯料设置在分批脱碳器112内对铁不氧化的环境中。例如但不限于，环境可以被称为湿气氛并且包括以下中的一个或多个：氮气(N2)、氢气(H2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)和水(H2O)。湿气氛对铁(Fe)不氧化，但能够将碳氧化成二氧化碳或一氧化碳，并通过析出将其从相变诱发塑性卷材110的外表面除去。
[0059] 在一个示例性配置或变型中，分批脱碳器112内的合适的湿气氛包括氮气和水，并且露点大于约-10℃。在一个示例性配置或变型中，脱碳在包括氮和水的环境中在大于或等于约500℃的温度下发生。脱碳可包括在湿的非氧化(至Fe)气氛中加热具有高于约500℃的峰值金属温度的坯料。湿的非氧化(至Fe)气氛中的元素可包括但不限于N2-H2-CO-CO2-H2O，并且环境具有大于约-5℃的露点。
[0060] 另外，分批脱碳器112中的脱碳可导致硅(Si)、锰(Mn)或其他合金元素被氧化，但保留在脱碳层14内。这可称为内部氧化。特别地，硅的氧化使得这些硅在溶液中较少，由于锌在铁中的溶解度增加，可以减少锌边界扩散到脱碳层14内的铁中。硅的氧化可能限制液态锌沿晶界的润湿效应和液态金属脆化机制产生的小裂缝。这些额外的氧化元素，由于从铁中的固溶体中除去，也可以降低锌沿着脱碳层14内的晶粒结构的边界扩散。因此，其他合金元素的内部氧化可以减少液态金属脆化的附加机制。
[0061] 在这种内部氧化中，相对高的温度使氧迅速扩散到表面层中，氧化其中的硅和锰。具有增加的铝含量的相变诱发塑性钢的配置可以在脱碳过程中进一步改进。铝可以提高碳在高温下的扩散速率，或者给定的碳浓度下铁素体的稳定性，使得铝促进具有高水平铁素体的脱碳层14的形成。
[0062] 然而，其他配置使用改进的退火工艺仅在相变诱发塑性钢的外表面产生氧化物。这可以称为外部氧化。降低的大气露点不会促使氧气扩散到暴露面之外。因此，外部的硅和锰从暴露面移除，但不被氧化并且保留在脱碳层14内。
[0063] 例如，外部氧化可以在露点低于-5℃且可能低于-10℃的环境中发生。外部氧化可以从脱碳层14中除去足够量的碳。在焊接所形成的部件之前，外部氧化可以留下表面氧化物，对于连续加工，这些表面氧化物将通过本发明所述的清洁和/或酸洗去除。
[0064] 在露点相对较高的情况下，氧势相对较高，由于氧气更快地扩散到脱碳层14中而发生内部氧化。相反，在露点相对较低的情况下，氧势相对较低，由于氧气较慢地扩散到脱碳层14中，因此仅发生外部氧化。外部氧化从脱碳层14中除去硅和锰，并产生可能需要通过清洁或酸洗除去的表面氧化物。
[0065] 在分批脱碳器112内的脱碳结束时，卷材可以称为脱碳卷材116。脱碳卷材116的脱碳层14由等于或大于80％的铁素体组成，这比包含在芯12中的铁素体的水平更高。
[0066] 脱碳卷材116作为一个单元从分批脱碳器112移动到热处理装置118，热处理装置118使其形成适当的微观结构，用于随后的钢的冷加工。在热处理之后，相变诱发塑性钢的芯12的最终晶粒结构包括如上所述的残余奥氏体。
[0067] 脱碳卷材116从热处理装置118移动到镀锌器120。脱碳卷材116可以在移动到镀锌器120之前作为分批单元重新卷绕，或者从热处理装置118连续地进给到镀锌器120。或者，取决于镀锌工艺，例如热浸镀，热处理和镀锌可以在单个、组合的装置或紧密连接的装置中进行。
[0068] 在镀锌器120中将锌基涂层涂覆到脱碳层14上以形成涂覆坯料122，其可以仍然是卷材形式或者可以是与卷材分离的部件。在通过镀锌器120之后，该材料基本上类似于图1所示的多层钢10。
[0069] 在图3A的示意图中，镀锌器120显示为在脱碳卷材116和涂覆坯料122之间以连续方式操作。然而，镀锌器120也可以分批而不是连续地作用在整个脱碳卷材116上。需要注意的是，整个分批装置105可以在同一设施内，使得所示的工艺基本上是连续的，或者可以分散在不同的设施中。
[0070] 涂覆坯料122或从其切割的部分穿过冷加工或冷成形装置130。多个成形部件132在冷成形装置130中冲压、锻造或以其他方式冷加工。成形部件132通常为最终形状，并且是由多层钢10形成的三维高强度部件。
[0071] 焊接装置134将成形部件132焊接到至少一个其他部件。焊接装置134示意性地示出用于电阻点焊，但也可以配置为但不限于激光点焊或其他焊接技术。焊接装置134使得一个或多个成形部件132和其他部件形成焊接组件140。在许多情况下，焊接组件140将在最终组装之前进行后处理。
[0072] 焊接装置134在成形部件132的外表面上，通过脱碳层14和锌涂层16工作。然而，焊接装置134在施加压力和电压的情况下以基本标准的方式工作，好像焊接部件不易受液态金属脆化的影响，如镀锌高强度钢。脱碳层14减轻了由多层钢10上的焊接装置134引起的液态金属脆化量，其可能类似于图2中所示的焊接熔核50。
[0073] 在替代配置中，例如使用其上没有脱碳层14的相变诱发塑性钢的那些配置，可能需要明显更复杂的焊接过程以在例如电阻点焊期间防止液态金属脆化。在这样的替代配置中，可能存在由焊接装置134施加的相对较大的夹紧力，或者可能需要使用多脉冲焊接技术。
[0074] 如图3B所示，连续装置155以相变诱发塑性卷材160开始，相变诱发塑性卷材160是相变诱发塑性钢的冷轧卷材，例如构成图1和2中所示的芯12的类型。相变诱发塑性卷材160通过连续退火炉-脱碳器连续地移动或连续脱碳器162简单地移动。
[0075] 在进入连续脱碳器162之前，相变诱发塑性钢可以冷轧或冷加工成其薄的配置以进行卷绕。退火过程使芯12为随后的冷加工成最终的部件形状做好准备，然后可以将其焊接到其他部件上。与分批装置105不同，在连续装置155中，相变诱发塑性卷材160被展开以通过连续脱碳器162连续地供给。在所示的配置中，连续脱碳器162预成型由图3A中的热处理装置118进行的热处理过程。除了对芯12进行热处理之外，连续脱碳器162还配置成从芯12去除碳，使得其在其外表面或暴露面上形成脱碳层14。
[0076] 为了实现脱碳，TRIP卷材160通过特定的气体环境加热并移动。连续脱碳器162的脱碳过程可能与上面讨论的分批脱碳器112类似。需要注意的是，在替代配置中，退火(热处理)和脱碳可以通过单独的过程，在单独的装置或部件中发生，类似于所示的分批处理过程。
[0077] 对TRIP卷材160的暴露面进行脱碳可以包括将坯料设置具有连续脱碳器162的对铁不氧化的环境中。例如但不限于，环境可以被称为湿气氛并且包括以下中的一个或多个：氮气(N2)，氢气(H2)，一氧化碳(CO)，二氧化碳(CO2)和水(H2O)。湿气氛对铁(Fe)不氧化，但能够将碳氧化成二氧化碳或一氧化碳，并通过析出将其从TRIP卷材160的外表面除去。
[0078] 在一些配置中，连续脱碳器162中的温度可以比分批脱碳器112中的温度高。相对于分批脱碳器112，任何给定单位的TRIP钢消耗的相对时间量可能小于连续脱碳器162。因此，在连续脱碳器162中，升高的温度可以以更大的速率驱动氧化反应。
[0079] 在一个示例性配置或变型中，合适的湿气氛包括氮气和水并且具有大于约-10℃的露点。在一个示例性配置或变型中，脱碳在包括氮和水的环境中在大于或等于约700℃的温度下发生。脱碳可包括在湿的非氧化(对Fe)气氛中加热具有高于约500℃的峰值金属温度的坯料。一些实施方式可以在湿的非氧化(对Fe)气氛中利用高达500℃的温度。湿的非氧化(对Fe)气氛中的元素可包括但不限于N2-H2-CO-CO2-H2O，并且环境具有大于约-5℃的露点。
[0080] 另外，连续脱碳器162中的脱碳可导致硅(Si)，锰(Mn)或其他合金元素被氧化，但保留在脱碳层14内或在板表面外部。特别地，硅的氧化可以减少锌沿着晶界扩散到相变诱发塑性钢的铁中。因此，其他合金元素的氧化减少了液态金属脆化的附加机制。
[0081] 在连续脱碳器162内的脱碳结束时，该材料可以称为脱碳相变诱发塑性钢166。脱碳相变诱发塑性钢166的脱碳层14由等于或大于80％的铁素体组成，这比芯12中含有的铁素体的水平更高。
[0082] 在一些配置中，脱碳相变诱发塑性钢166可在电镀之前重新卷绕，使得在连续装置155中存在工艺中断或暂停。此外，表面清洁和/或酸洗可在清洁器168中发生，这是可选的，并且在图3B中以虚线示出。虽然清洁器168仅相对于连续装置155示出，但是需要注意清洁器168或类似功能也可以结合到分批装置105中。
[0083] 在一些情况下，特别是在相变诱发塑性钢上仅形成外部氧化的情况下，可能需要清洁或处理表面以除去表面氧化物。清洁器168可以采用，例如但不限于，物理、化学或电化学清洁技术，包括其组合。由于连续脱碳器162中的外部氧化，清洁器168去除在脱碳层14外部积聚的氧化物。
[0084] 在所示的配置中，脱碳的相变诱发塑性钢166从连续的脱碳器162连续移动到镀锌器170，可能通过清洁器168。锌基涂层被涂覆到镀锌器170中的脱碳层14以形成涂覆坯料172。在穿过镀锌器170之后，该材料基本上类似于图1所示的多层钢10。
[0085] 涂覆坯料172或从其切割的部分穿过冷成形装置180。多个成形部件182在冷成形装置180中冲压、锻造或以其他方式冷加工。成形部件182是通常处于最终形状，并且是由多层钢10形成的三维高强度部件。在连续装置155的一些配置中，在镀锌器170和成形装置180之间可能存在工艺中断，例如将涂覆坯料172移动到成形装置。
[0086] 焊接装置184将成形部件182焊接到至少一个其他部件。焊接装置184示意性地示出用于电阻点焊，但也可以配置为但不限于激光点焊或其他焊接技术。焊接装置184使得成形部件182形成焊接组件190。
[0087] 焊接装置184在成形部件182的外表面上，通过脱碳层14和锌涂层16工作。然而，脱碳层14减轻了由多层钢10上的焊接装置184形成的液态金属脆化的量或可能性，其可能类似于图2所示的焊接熔核50。
[0088] 具体实施方式和附图是对本发明所讨论的主题的支持和描述。虽然已经详细描述了一些最佳模式和其他实施方式，但是存在各种替代设计，配置和实施方式。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 用于制造和利用具有高成形性的铁素体-奥氏体不锈钢的方法 | 2020-05-28 | 256 |
| 一种提高铁路辙叉寿命的在线热处理方法 | 2020-05-29 | 579 |
| 用于制造和利用具有高成形性的铁素体-奥氏体不锈钢的方法 | 2020-05-30 | 445 |
| 一种相变诱导塑性钢及其制备方法 | 2020-05-26 | 889 |
| 一种在线制造相变诱发塑性钢无缝管的方法 | 2020-05-12 | 608 |
| 一种建立相变诱发塑性钢板成形极限图的模型方法 | 2020-05-21 | 515 |
| 一种建立相变诱发塑性钢板成形极限图的模型方法 | 2020-05-21 | 281 |
| 一种贝氏体基体相变诱发塑性钢无缝管及其制备方法 | 2020-05-21 | 585 |
| 超高强度高塑性低碳相变与孪晶诱发塑性热轧钢板及制法 | 2020-05-17 | 381 |
| 超高强度高塑性低碳相变与孪晶诱发塑性热轧钢板及制法 | 2020-05-19 | 176 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈