專利名稱：鋼帶鍍層方法以及設(shè)有所述鍍層的鋼帶的制作方法
鋼帶鍍層方法以及設(shè)有所述鍍層的鋼帶本發(fā)明涉及一種用于鍍覆鋼帶的方法，所述鋼帶以重量％計(jì)含有 C:化6%、 Mn: 6-30%、 Al: ￡10%、 Ni: ，％、 Cr: S10%、 Si: $8%、 Cu: S3%、 Nb: ，6%、 Ti: ，3%、 V: S0.3%、 P: U B: $0.01%、 N: S1.0%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中對所述鋼帶進(jìn)行最終退火處理，然后鍍以由熔融金屬構(gòu)成的鍍層。此外，本發(fā)明涉及一種 鋼帶，該鋼帶具有相應(yīng)組成的基材和施加于其上的金屬鍍層。根據(jù)上 述鍍層所需的特性，金屬鍍層尤其由鋁/硅合金、純鋁、純鋅或鋅合 金構(gòu)成。錳含量高的鋼由于同時(shí)具有以下兩方面的有利特性而使其在特 定程度上基本適合用于車輛制造工業(yè)(特別是汽車制造工業(yè))中，所述特性為 一方面具有達(dá)1,400MPa的高強(qiáng)度，另一方面具有極高的 伸長率(均勻伸長率高達(dá)70%，斷裂伸長率高達(dá)90%)。特別適合 于這種具體應(yīng)用、并且具有7重量％到30重量。/。這樣的高M(jìn)n含量的 鋼可從(例如)德國專利文獻(xiàn)DE 102 59 230 Al、 DE 197 27 759 C2 或DE 199 00 199 Al中得知。由這些鋼制得的平型制品具有各向同 性的形變行為以及高強(qiáng)度，并且在低溫下還是可延展的。然而，與這些優(yōu)點(diǎn)相對的是，錳含量較高的鋼易于發(fā)生點(diǎn)狀腐 蝕，并且難于被鈍化。與低合金鋼相比，這種屬于高合金鋼板材料系 列的鋼在氯離子濃度增加的情況下易于出現(xiàn)部位有限、但強(qiáng)烈被腐蝕 的傾向，因而，使其難于使用。此外，高錳含量的鋼易于發(fā)生表面腐 蝕，這也會限制其使用范圍。因此，人們也己提出要提供這樣的平型鋼制品，該平型鋼制品 由高錳含量的鋼制備，并具有由原來己知方式形成的金屬鍍層，這種 金屬鍍層會保護(hù)鋼免受腐蝕侵害。為了達(dá)到這個(gè)目的，人們嘗試通過 電解向鋼材上施加鋅鍍層。雖然這些努力最終會得到其基材在各情況 中都可由高合金鋼(通過施加于其上的金屬鍍層來保護(hù)該高合金鋼免
受腐蝕)構(gòu)成的鍍鋅鋼帶，但已經(jīng)表明，當(dāng)對這類金屬板進(jìn)行焊接時(shí)， 在焊接區(qū)域會產(chǎn)生在工業(yè)上以術(shù)語"焊接脆化"相稱的問題。由于焊 接，使得鍍層中的鋅材料液化而滲入基底金屬的晶界中。這種滲透使 得焊接區(qū)域周圍范圍內(nèi)的材料失去強(qiáng)度和延展性，以至于達(dá)到焊縫和 /或與焊縫相鄰的金屬板在負(fù)荷條件下不再能完全滿足穩(wěn)定性的要求 這種程度。通過已知的熱浸鍍法來制備具有足夠的耐腐蝕性、同時(shí)具有優(yōu) 良的焊接性能的金屬板的嘗試仍然沒有成功，這是因?yàn)楦吆辖痄搸?(尤其是錳含量高于6重量％的鋼帶)在經(jīng)歷為了達(dá)到有效地?zé)峤?金屬而必需迸行的退火處理后，易于出現(xiàn)嚴(yán)重的表面氧化現(xiàn)象。以這 種方式被氧化的金屬板表面再也不能被金屬鍍料浸潤到所需的均勻 程度和完整程度，以至于用這種方法不能達(dá)到使整個(gè)表面區(qū)域防腐蝕 的目的。由高合金化而錳含量較低的鋼系列得知的、通過施加Fe或Ni 類的中間層來增強(qiáng)可浸潤性的各種可能的方法在錳含量至少為6重 量％的鋼板的情況中尚未取得所期望的成功?；谏鲜龅默F(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的包括描述一種方法，該方 法使得這類迄今為止還不能被完全鍍覆的鋼帶也可以獲得確保使其 具有優(yōu)異的耐腐蝕性及優(yōu)良的焊接性能的金屬鍍層。此外，應(yīng)當(dāng)指出這樣一種鍍層鋼帶其可以容易地被焊接，而不會出現(xiàn)焊接脆化的風(fēng)險(xiǎn)。就這種方法而言，上述目的是通過以下方式而達(dá)到的在對鋼 帶進(jìn)行鍍層時(shí)，對所述鋼帶進(jìn)行最終退火處理，隨后鍍以由熔融金屬 構(gòu)成的鍍層，根據(jù)本發(fā)明，在最終退火前將鋁層施加于鋼帶上，在最 終退火后，將鍍層施加于所述鋁層上，其中，所述鋼帶包含(以重量%計(jì))C: $1.6%、 Mn: 6-30%、 Al: $10%、 Ni: $10%、 Cr: $10%、 Si: S8%、 Cu: $3%、 Nb: $0.6%、 Ti: $0.3%、 V:吼3%、 P: H%、B: SO.01%,余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明，在施加用于形成實(shí)際的防腐蝕層的金屬鍍層之前， 將薄的鋁層施加于作為基材的鋼帶上。
在熔融金屬鍍層之前所必需的退火處理的過程中，鋼帶中的鐵 擴(kuò)散到根據(jù)本發(fā)明施加的鋁中，從而在該退火過程中，鋼帶上形成了基本由Al和Fe構(gòu)成的金屬沉積物，該金屬沉積物隨后與由鋼帶構(gòu)成 的基材緊密結(jié)合。附著在鋼帶上的鋁會防止鋼帶表面在熔融金屬鍍層 之前的退火過程中發(fā)生氧化。隨后，鋁層會起到一種助粘劑的作用， 使得由熔融金屬形成的鍍層牢固地附著在鋼帶的整個(gè)表面區(qū)域上，即 使在鋼帶本身由于合金化而產(chǎn)生對此不利的條件時(shí)也會如此。出人意料的是，此外還表明，根據(jù)本發(fā)明施加在鋼帶和鍍層之間的鋁層除了以上提到的效果外，還具有這樣的優(yōu)點(diǎn)在對根據(jù)本發(fā) 明鍍覆的金屬板進(jìn)行焊接時(shí)，它會對現(xiàn)有技術(shù)中所擔(dān)心的焊接脆化問 題起到抑制作用。因此，所述鋁層與隨后施加的鍍層相結(jié)合會避免出 現(xiàn)金屬鍍層材料在焊接過程中向鋼材結(jié)構(gòu)中滲透而使其強(qiáng)度和延展 性受到持久性削弱的問題。本發(fā)明用于鍍覆鋼帶的方法還可以提供這 樣一種鋼帶，該鋼帶用已知方法是不能完全鍍覆的，并且該鋼帶具有 金屬類的防腐蝕表層。優(yōu)選的是，通過原來已知的PVD鍍層法(PVD:物理氣相沉積法)施加鋁中間層，其中，使鋁蒸發(fā)，并且揮發(fā)的鋁蒸氣在真空條件 下凝結(jié)在被鍍覆的鋼帶上，從而使鋁以薄層的形式沉積于鋼帶上。在這種情況下，可以由鋁蒸氣的量來調(diào)節(jié)通過PVD鍍層法施加在鋼帶上的鋁層的厚度。本發(fā)明的方法同樣適合用于鍍覆處于熱軋或冷軋條件下的鋼帶。如果鋁中間層的厚度為50 nm到1,000 nm，則可以始終確保本 發(fā)明的鍍層具有足夠的效果。本發(fā)明的鍍層方法尤其適用于高合金鋼這樣的鋼帶，以確保使 其具有高強(qiáng)度和高伸長率的特性。因此，根據(jù)本發(fā)明，通過以下方式 實(shí)現(xiàn)了上文針對具有鋼基材和施加于其上的金屬鍍層的鋼帶所述的 目的使基本由Al和Fe構(gòu)成的中間層位于基材和金屬鍍層之間，其 中，所述鋼基材包含(以重量％計(jì))。$1.6%、 Mn: 6-30%、 Al: $10%、 Ni: $10%、 Cr: $10%、 Si: $8%、 Cu: ^3%、 Nb: $0.6%、 Ti: $0.3%、 V: ^0.3%、 P: ^0.1%、 B: SO.01%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。按此方法制造的鍍層鋼板制品具有最佳的耐腐蝕性，同時(shí)還具有優(yōu)良 的焊接性能。在這種情況下，如果中間層的厚度為50 nm到1,000 nm，則尤 其能夠確保通過本發(fā)明而達(dá)到的效果。當(dāng)對錳含量至少為6重量％的高合金鋼帶進(jìn)行鍍層時(shí)，通過本發(fā) 明達(dá)到的效果會尤其有利。在這方面，己經(jīng)表明，如果預(yù)先通過本發(fā) 明的方法為鋼基材設(shè)置鋁中間層，則可以特別順利地向其上鍍以防腐 蝕層，其中，所述鋼基材包含(以重量％計(jì))C: S1.00%、 Mn: 20.0-30.0%、 Al: S0.5%、 Si: SO.5%、 B: $0.01%、 Ni: $3.0%、 Cr: ，.0%、 Cu: $3.0%、 N: <0.6%、 Nb: <0.3%、 Ti: <0.3%、 V: <0.3%、P: <0.1%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。如果將含有(以重量％計(jì)算)C: $1.00%、 Mn: 7.00-30.00%、 Al: 1.00-10.00%、 Si: 〉2.50-8.00% (其中，Al禾口 Si的總含量〉3.50-12.00%) 、 B: <0.01%、 Ni: <8.00%、 Cu: <3.00%、 N: <0.60%、 Nb: <0.30%、 Ti: <0.30%、 V: <0.30%、P: <0.01%、以及余量的鐵和不可避免的雜質(zhì)的鋼用作基材，則同樣 是如此。實(shí)際上，對于這種錳含量高的鋼帶，本發(fā)明公開了一種可以以 經(jīng)濟(jì)的方式保護(hù)這些鋼帶免受腐蝕的方法，通過該方法使得這些鋼帶 可在車輛制造工業(yè)(尤其是汽車制造工業(yè))中用于生產(chǎn)車身，其中， 這些鋼帶在正常使用時(shí)是暴露于特別具有腐蝕性的介質(zhì)中的。如在常規(guī)熱浸鍍層的情況中一樣，通過本發(fā)明的方法對熱軋鋼 帶和冷軋鋼帶均可進(jìn)行鍍層。具體而言，如果打算通過本發(fā)明的方法對高錳含量的鋼帶進(jìn)行 鍍層，那么己證實(shí)的是，在施加中間層后進(jìn)行退火處理時(shí)，退火溫度為高于68(TC到不超過90(TC是有利的。在此溫度范圍內(nèi)，所期望的 鋼帶中的鐵向預(yù)先施加的鍍層中的擴(kuò)散是肯定會發(fā)生的，從而使得鍍 層緊密結(jié)合在由鋼帶形成的基材上這種效果同樣是肯定會實(shí)現(xiàn)的。已 證實(shí)的是，如果通過PVD鍍層法來施加中間層，則該溫度范圍是特 別有利的。
與已知的熱浸鍍法相似，通過本發(fā)明的方法進(jìn)行鍍層的鋼帶所 經(jīng)歷的退火處理應(yīng)當(dāng)在連續(xù)輸送的條件下進(jìn)行。在此情況下，退火爐 可為原來已知的熱浸鍍設(shè)備的一部分。優(yōu)選的是，在惰性氣氛下進(jìn)行退火，以便在這一方面同樣將氧 化的幾率降至最低程度。根據(jù)可利用的設(shè)備技術(shù)和在各情況中所選用的退火溫度，如果 在施加中間層后進(jìn)行退火處理，則為了使Fe由鋼帶向鍍層中的擴(kuò)散 達(dá)到特別期望的程度，退火時(shí)間應(yīng)為30秒到250秒。己證實(shí)的是， 如果通過PVD鍍層法來施加中間層，則該退火時(shí)間是特別有利的。關(guān)于防腐蝕性和焊接性能，已經(jīng)表明的是，如果施加于根據(jù)本 發(fā)明的鋁中間層上的熔融金屬層由Al/Si合金、純鋁、純鋅和/或鋅合 金構(gòu)成，則本發(fā)明的方法是特別有利的。用于增強(qiáng)鋁中間層對鋼帶的附著作用的本發(fā)明的又一實(shí)施方案 的特征在于施加鋁中間層之前，對鋼帶表面進(jìn)行清洗。在進(jìn)行熔融金屬鍍層后，為了優(yōu)化鍍層鋼帶的表面質(zhì)量和粗糙 程度，可用目前已知的方法進(jìn)行表皮光軋。以下將基于示出示例性實(shí)施方案的附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說 明。這些附圖在各情況下都是以示意性和局部的方式示出的
圖1為通過本發(fā)明的方法鍍層的鋼帶樣品的剖視圖；圖2為根據(jù)圖1的鍍層鋼帶樣品的俯視圖；圖3為圖1所示的鍍層鋼帶樣品在根據(jù)鐵鋼測試表SEP 1931進(jìn)行落球沖擊試驗(yàn)之后的俯視圖；圖4為按照常規(guī)方法進(jìn)行熱浸鍍之后的鋼帶樣品的俯視圖。將高強(qiáng)度的鋼(其除了含有鐵和不可避免的雜質(zhì)外，還包含為了滿足其特性所必需的元素(以重量％計(jì))20。/。的Mn、 2.7。/。的A1 和2.7M的Si)澆鑄成厚板并按常規(guī)方法將其精軋成熱軋鋼帶，隨后 將此熱軋鋼帶打巻。所得熱軋鋼帶的抗拉強(qiáng)度Rm為720 MPa，且其 伸長率A80為60%。然后在第一階段以30%的應(yīng)變將按此方法得到的熱軋鋼帶冷軋 成冷軋鋼帶。然后，在90(TC下對該冷軋鋼帶進(jìn)行中間退火。在中間 退火后，在下一階段以40%的應(yīng)變將由此方法所得的鋼帶S冷軋至 最終厚度。冷軋后，在進(jìn)入PVD鍍層設(shè)備之前，對冷軋鋼帶的表面進(jìn)行化學(xué)清洗。在PVD鍍層設(shè)備中，通過在真空狀態(tài)下將含鋁的蒸氣輸送到鋼 帶S的表面并使之沉積在所述表面上，從而將厚度為0.5 pm的鋁層 施加在鋼帶S上。在通過PVD法對鋼帶鍍以鋁層后，繼續(xù)輸送鋼帶，從而在惰性 氣氛(由5%的H2和余量的N2組成)下于800。C的退火爐中對其進(jìn) 行退火，鋼帶通過時(shí)間(transit time)為60秒。在該第一次退火階 段后，繼續(xù)輸送鋼帶，從而在退火爐內(nèi)并且在冷卻到66(TC的惰性氣 氛下對其進(jìn)行退火，其中，鋼帶S在此溫度下進(jìn)入由鋁硅合金構(gòu)成 的熱浸金屬浴中。在進(jìn)行退火處理過程中，鐵由鋼帶S中的鋼材料擴(kuò)散到通過 PVD鍍層法施加到鋼帶表面的鋁層中，從而形成基本上由Al和Fe 構(gòu)成的AlFe層，該AlFe層與鋼帶S緊密結(jié)合并牢固地附著在鋼帶S 上(圖1)。在熱浸金屬浴中，將具有AlFe層的鋼帶S鍍以AlSi層。由于 在熱浸鍍過程中發(fā)生擴(kuò)散，結(jié)果，在這種情況下，形成了基本由A1、 Fe和Si構(gòu)成的AlFeSi中間鍍層。該AlFeSi中間鍍層的厚度大于直 接附著在鋼帶S表面上的AlFe層的厚度，但是卻實(shí)質(zhì)性地小于基本 由Al和Si構(gòu)成的外附AlSi層的厚度(圖1)。在將按此方法進(jìn)行鍍層之后的鋼帶S從熱浸金屬浴中移出后， 采用己知的方法通過噴射刮料系統(tǒng)(jet stripping system)對鍍層厚度 進(jìn)行調(diào)整。隨后，將鍍層鋼帶S冷卻，并且為了優(yōu)化表面光潔度而 對其進(jìn)行表皮光軋。隨后將所得到的鋼帶S上油，并巻繞成巻，以 待發(fā)運(yùn)。圖2示出了通過上述的本發(fā)明方法制得的鍍層鋼板的局部俯視 圖。從中可清晰地看出所施加的鍍層整體上是致密而均勻的。最后，圖3示出了在鋼板S上進(jìn)行的落球沖擊試驗(yàn)的結(jié)果。結(jié)
果表明由AlFe層、AlFeSi層和AlSi層構(gòu)成的鍍層結(jié)構(gòu)對鋼帶S具有 優(yōu)異的附著性。因此，不會觀測到鍍層出現(xiàn)剝落或者類似的破損的情 況。與此形成對比的是，為了進(jìn)行對照，圖4示出了采用與鋼帶S 完全相同的方法合金化的鋼帶V的俯視圖。對鋼帶V也采用與鋼帶 S相同的方法進(jìn)行處理，直到通過PVD法施加鋁層的階段為止。然 而，從圖4中可明顯的看出，鋼帶V在處理步驟完成后實(shí)質(zhì)上不具 有鍍層。
權(quán)利要求
1. 一種鍍覆鋼帶的方法，所述鋼帶以重量％計(jì)包含C: $1.6%、Mn: 6-30%、 Al: ^10%、 Ni: $10%、 Cr: ￡10%、 Si: $8%、 Cu: $3%、 Nb: $0.6%、 Ti: S0.30/o、 V: $0.3%、 P: H%、 B: ^0.01%、 N:化0%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，其中，對所述鋼帶進(jìn)行最終退火，隨后 鍍以由熔融金屬構(gòu)成的鍍層，所述方法的特征在于，在最終退火之前 將鋁層施加于所述鋼帶上，在最終退火之后，將所述鍍層施加于所述 鋁層上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述鋁層的厚度為50 nm 到1,000 nm。
3. 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)的方法，其特征在于在施加 所述鋁層之后所進(jìn)行的最終退火的過程中，退火溫度高于68(TC并且 不超過900°C 。
4. 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)的方法，其特征在于在最終 退火過程中退火時(shí)間為30秒到250秒。
5. 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)的方法，其特征在于所述熔 融金屬是通過熱浸鍍法施加的。
6. 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)的方法，其特征在于在最終 退火后施加的所述熔融金屬是由Al/Si合金、Al以及/或者鋅或鋅合 金構(gòu)成的。
7. 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)的方法，其特征在于在施加 所述鍍層之前對所述鋼帶的表面進(jìn)行清洗。
8. 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任何一項(xiàng)的方法，其特征在于所述鋁 層是通過PVD鍍層法施加的。
9. 一種鋼帶，該鋼帶具有鋼基材和施加在所述鋼基材上的金屬 鍍層，其中，所述鋼基材以重量％計(jì)包含C: Sl.6%、 Mn: 6-30%、 Al: $10%、 Ni: ^10%、 Cr: $10%、 Si: ￡8%、 Cu: $3%、 Nb: ，6%、Ti: ￡0.3%、 V: $0.3%、 P:蘭0.1%、 B: ^0.01%、 N:三1.0%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)，所述鋼帶的特征在于， 一種大體上由A1和 F e構(gòu)成的中間層位于所述基材和所述鍍層之間。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的鋼帶，其特征在于所述中間層的厚度被限 定為50 nm到不超過1,000 nm。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9或10的鋼帶，其特征在于所述鍍層是由 Al/Si合金、Al、 Zn或Zn合金形成的。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9到11中的任何一項(xiàng)的鋼帶，其特征在于所 述基材以重量％計(jì)含有以下成分C: $1.00%，Mn: 20,0-30.0%, Al: ^0.5%, Si: ￡0.5%， B: S0.01%， Ni: S3.0%， Cr: S10.0%, Cu: $3.0%， N: <0.6%， Nb: <0.3%， Ti: <0.3%，V: <0.3%， P: <0.1%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9到11中的任何一項(xiàng)的鋼帶，其特征在于所 述基材以重量％計(jì)含有以下成分C:化00%，Mn: 7.00-30.00%， Ah 1.00-10.00%, Si: >2.50-8.00%，其中，Al+Si的總含量>3.50-12.00%，B: <0.01%，Ni: <8.00%， Cu: <3.00%， N: <0.60%， Nb: <0.30%， Ti: <0.30%， V: <0.30%， P: <0.01%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
14. 根據(jù)權(quán)利要求9到13中的任何一項(xiàng)的鋼帶，該鋼帶是釆用 根據(jù)權(quán)利要求1到8中的任何一項(xiàng)開發(fā)的方法制備而成的。
全文摘要
本發(fā)明涉及鍍覆鋼帶的方法，所述鋼帶以重量％計(jì)包含C≤1.6％、Mn6-30％、Al≤10％、Ni≤10％、Cr≤10％、Si≤8％、Cu≤3％、Nb≤0.6％、Ti≤0.3％、V≤0.3％、P≤0.1％、B≤0.01％，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的目的是開發(fā)一種對迄今為止尚不能被充分鍍覆的鋼帶進(jìn)行鍍覆的方法，從而使該鋼帶獲得表現(xiàn)出優(yōu)異的耐腐蝕性和優(yōu)良焊接性能的金屬鍍層。為了達(dá)到該目的，在最終退火之前將鋁層施加到所述鋼帶上，隨后將金屬層施加到所述鋁層上。本發(fā)明還公開一種通過本發(fā)明的方法形成的鋼帶或鋼板。
文檔編號C22C38/00GK101146923SQ200680005938
公開日2008年3月19日 申請日期2006年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月24日
發(fā)明者哈拉爾德·霍夫曼, 斯拉夫喬·托帕爾斯基, 曼弗雷德·莫伊雷爾, 貝恩德·舒馬赫爾 申請人:蒂森克虜伯鋼鐵股份公司