CN113939611B - 用于制造组合件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及涂覆有以下的预涂覆钢基材：‑包含钛的第一预涂层，所述第一涂层的厚度为40nm至1200nm，‑任选地，包含至少8重量％的镍和至少10重量％的铬、剩余部分为铁的中间预涂层，或者包含Fe、Ni、Cr和Ti的中间预涂层，其中Ti的量高于或等于5重量％并且其中满足下式：8重量％<Cr+Ti<40重量％，余量为Fe和Ni，所述中间预涂层的厚度为2nm至30nm，‑为基于锌的涂层的第二预涂层，以及‑所述钢基材包含高于0.05重量％的Si。

Description

用于制造组合件的方法

本发明涉及预涂覆钢基材、用于制造涂覆钢基材的方法；用于制造组合件的方法和组合件。本发明特别好地适合于建筑行业和汽车行业。

通常使用基于锌的涂层，因为其因屏障保护和阴极保护而允许抗腐蚀保护。屏障作用通过在钢表面上施加金属涂层或非金属涂层而获得。因此，该涂层防止钢与腐蚀性气氛之间的接触。屏障作用与涂层和基材的性质无关。相反，牺牲阴极保护基于这样的事实：根据EMF序，锌与钢相比是活泼金属。因此，如果发生腐蚀，则与钢相比，锌被优先消耗。阴极保护在钢直接暴露于腐蚀性气氛的区域(如其中周围的锌在钢之前被消耗的切割边缘)中是必需的。

然而，当对这样的经锌涂覆的钢板进行加热步骤时，例如在热压硬化或电阻点焊期间，在钢中观察到从钢/涂层界面萌生的裂纹。事实上，偶尔，由于在以上操作之后在经涂覆的钢板中存在裂纹，因此存在机械特性的降低。这些裂纹随着以下条件而出现：高于涂层材料的熔点的高温；具有低熔点的液态金属(例如锌)与基材之间的接触与存在临界应力的组合；熔融金属在钢基材的晶粒和晶界中的扩散和润湿。这样的现象的名称被称为液态金属致脆(liquid metal embrittlement，LME)，并且也被称为液态金属辅助开裂(liquidmetal assisted cracking，LMAC)。

因此，本发明的目的是提供包含不具有LME问题的至少钢基材的组合件。其目的是使得可获得特别是易于实施的方法，以获得在热压成形和/或焊接之后不具有LME问题的这种组合件。

为此，本发明涉及根据权利要求1至13中任一项所述的预涂覆钢基材。

本发明涉及根据权利要求14至16中任一项所述的用于制造该预涂覆钢基材的方法。

本发明还涉及根据权利要求17或18所述的用于制造组合件的方法。

本发明涉及根据权利要求19至23所述的组合件。

最后，本发明涉及根据权利要求24所述的组合件的用途。

现在将参照附图通过仅出于信息目的给出并且没有限制的指示性实例来对本发明进行举例说明，其中：

-图1示意性地表示根据本发明的预涂覆钢基材，以及

-图2表示根据本发明的组合件。

名称“钢”或“钢板”意指具有允许部件实现高至2500MPa并且更优选高至2000MPa的抗拉强度的组成的钢板、卷材、板材。例如，抗拉强度高于或等于500MPa，优选地高于或等于980MPa，有利地高于或等于1180MPa并且甚至高于或等于1470MPa。

本发明涉及涂覆有以下的预涂覆钢基材：

-包含钛的第一预涂层，所述第一涂层的厚度为40nm至1200nm，

-任选地，包含至少8重量％的镍和至少10重量％的铬、剩余部分为铁的中间预涂层，或者包含Fe、Ni、Cr和Ti的中间预涂层，其中Ti的量高于或等于5重量％并且其中满足下式：8重量％<Cr+Ti<40重量％，余量为Fe和Ni，所述中间层的厚度为2nm至30nm，

-为基于锌的涂层的第二预涂层，以及

-所述钢基材包含高于0.05重量％的Si。

实际上，不希望受任何理论的束缚，认为在焊接期间，第二预涂层中的熔融Zn溶解钢直至涂层在铁中变得饱和。在不具有包含Ti的第一预涂层的标准经Zn涂覆的钢中，观察到由于钢晶界中的优先Zn扩散(尤其是如果钢包含Si的话)，在该第一快速溶解之后发生临界脆化现象，从而导致其内聚强度的显著降低。当存在包含钛的第一预涂层时，在熔融Zn中形成富含有Fe、Ti和Si的析出物，使得涂层在铁中的饱和被强烈地阻碍，并且溶解可以进行得更长且更深，因此保护基材免受LME。

如果包含钛的第一预涂层的厚度低于40nm，则存在这样的风险：钛的量不足以在临界焊接操作的整个持续时间期间在熔融涂层中形成析出物以防止LME。添加大于1200nm不会带来额外的益处。

优选地，第一预涂层由钛构成，即，钛的量高于或等于99重量％。

在一个优选实施方案中，第一预涂层的厚度为40nm至80nm。在另一个优选实施方案中，第一预涂层的厚度为80nm至150nm。在另一个优选实施方案中，第一预涂层的厚度为150nm至250nm。在另一个优选实施方案中，第一预涂层的厚度为250nm至450nm。在另一个优选实施方案中，第一预涂层的厚度为450nm至600nm。在另一个优选实施方案中，第一预涂层的厚度为600nm至850nm。在另一个优选实施方案中，第一预涂层的厚度为850nm至1200nm。实际上，不希望受任何理论的束缚，认为这些厚度进一步改善对LME的抗性。

优选地，在钢基材与第一预涂层之间存在中间预涂层，这样的中间层包含铁、镍、铬和任选的钛。不希望受任何理论的束缚，似乎中间涂层还改善第二预涂层在第一预涂层上的粘合性。

在一个优选实施方案中，中间层包含至少8重量％的镍和至少10重量％的铬，剩余部分为铁。例如，金属涂层的层为包含16重量％至18重量％的Cr和10重量％至14重量％的Ni、余量为Fe的316L不锈钢。

在另一个优选实施方案中，中间层包含Fe、Ni、Cr和Ti，其中Ti的量高于或等于5重量％并且其中满足下式：8重量％<Cr+Ti<40重量％，余量为Fe和Ni，这样的中间涂层被作为防腐蚀金属涂层的涂层直接覆盖。

当存在时，中间预涂层的厚度为2nm至30nm。实际上，不希望受任何理论的束缚，认为该厚度范围允许改善第二预涂层的粘合性。

在另一个优选实施方案中，基于锌的涂层包含0.01％至8.0％的Al、任选地0.2％至8.0％的Mg，剩余部分为Zn。例如，基于锌的涂层包含1.2重量％的Al和1.2重量％的Mg或者3.7重量％的Al和3重量％的Mg。更优选地，基于锌的涂层包含0.10重量％至0.40重量％的Al，余量为Zn。

优选地，按重量百分比计，钢基材具有以下化学组成：

0.05％≤C≤0.4％，

0.5％≤Mn≤30.0％，

0.05％≤Si≤3.0％，

以及在完全任选的基础上，诸如以下的一种或更多种元素：

Al≤2.0％，

P<0.1％，

Nb≤0.5％，

B≤0.005％，

Cr≤2.0％，

Mo≤0.50％，

Ni≤1.0％，

V≤0.50％，

Ti≤0.5％，

所述组成的剩余部分由铁和由加工产生的不可避免的杂质构成。更优选地，钢基材中的Mn的量低于或等于10重量％，有利地低于或等于6重量％，或者甚至更好地低于3.5重量％。

图1示出了根据本发明的预涂覆钢基材。在该实例中，钢板1包含高于0.05重量％的Si，该钢表面被厚度为40nm至1200nm的钛的第一预涂层2和锌的第二预涂层3覆盖。

本发明还涉及用于制造根据本发明的涂覆钢基材的方法，所述方法包括以下顺序步骤：

A.提供钢基材，

B.任选地，对钢基材进行表面处理，

C.沉积第一预涂层，

D.任选地，沉积中间预涂层，

E.沉积第二预涂层。

优选地，在步骤B)中，表面处理通过蚀刻或酸洗进行。似乎该步骤允许清洁钢基材，从而产生第一预涂层的粘合性的改善。

优选地，在步骤C)和D)中，第一预涂层和中间预涂层的沉积彼此独立地通过物理真空沉积进行。更优选地，第一预涂层和中间预涂层的沉积彼此独立地通过磁控阴极雾化(magnetron cathode pulverization)工艺或喷射气相沉积工艺进行。

有利地，在步骤E)中，第二预涂层的沉积通过热浸涂覆、通过电沉积工艺或通过真空沉积进行。

本发明还涉及用于制造组合件的方法，所述方法包括以下顺序步骤：

I.提供至少两个金属基材，其中至少一个金属基材为根据本发明的预涂覆钢基材，以及

II.将该至少两个金属基材焊接。

优选地，在步骤II)中，焊接通过点焊、电弧焊接或激光焊接进行。

利用根据本发明的方法可以获得通过焊接接头焊接在一起的至少两个金属基材的组合件，其中至少一个金属基材为这样的：钢基材的上层表面被包含铁、Fe₂TiSi化合物、余量为锌的涂层覆盖，所述涂层被包含钛氧化物的层覆盖。该至少一个金属基材来源于根据本发明的预涂覆钢基材。

不希望受任何理论的束缚，认为在焊接期间，Fe₂TiSi化合物在涂层的液态Zn中析出，从而促进了防止锌渗入钢晶界中的强烈钢溶解。此外，似乎在焊接期间，包含钛的第一预涂层的一部分在基于锌的涂层的顶部迁移并氧化。因此，根据本发明的组合件具有高的对LME的抗性。

图2示出了两个金属基材的组合件的焊接接头，其中一个金属基材为上层表面被第一涂层13和第二涂层14覆盖的钢板11，所述第一涂层13包含铁、Fe2TiSiz化合物12(z为0.01至0.8并且以原子比表示)，余量为锌，所述第二涂层14包含钛氧化物。在该实例中，第二金属基材15为裸钢板。

在一个实施方案中，钢基材不包含钢的合金元素的内部氧化物。

在另一个优选实施方案中，钢基材包含钢的合金元素的内部氧化物。优选地，钢基材包含合金元素的内部氧化物，所述合金元素的内部氧化物包括硅氧化物、锰氧化物、铬氧化物、铝氧化物或其混合物。

优选地，第二金属基材为钢基材或铝基材。优选地，第二金属基材为根据本发明的预涂覆钢基材。

有利地，组合件包括第三金属基材。优选地，第三金属基材为钢基材或铝基材。优选地，第三金属基材为根据本发明的预涂覆钢基材。

最后，可由根据本发明的方法获得的组合件用于制造车辆部件的用途。

为了强调通过使用根据本发明的组合件获得的增强的性能，将与基于现有技术的组合件进行比较来详述实施方案的一些具体实施例。

实施例

对于试样，使用具有表1中公开的按重量百分比计的化学组成的两个钢板：

钢板	C	Mn	Si	AI	S	P	Cr	Nb	Cu	Ni	Ti	B	Fe
														1	0.21	1.65	1.65	0.042	0.001	0.013	0.026	0.001	0.008	0.011	0.008	0.006	余量
2	<0.002	0.11	0.007	0.050	0.008	0.010	0.020	<0.002	0.018	0.021	0.054	<0.0003	余量
														3	0.19	2.50	1.70	0.048	0.002	0.011	0.024	0.001	0.009	0.012	0.009	0.005	余量

实施例1：临界LME伸长率

对于试样1，通过磁控溅射将厚度为900nm的钛的第一预涂层沉积在具有组成1的钢板上。然后，将为不锈钢316L的中间预涂层沉积在钛上。中间层的厚度为10nm。最后，通过喷射气相沉积来沉积为锌涂层的第二预涂层。第二预涂层厚度为7μm。根据相同的步骤在具有组成3的钢板上制成试样4。

对于试样2，通过电沉积将厚度为7μm的锌涂层沉积在钢板1上。根据相同的步骤在具有组成3的钢板上制成试样5。

试样3为裸钢板1。

*：根据本发明

然后，使用Gleeble装置以1000℃/秒的加热速率将试样1至3从环境温度加热至800℃、850℃和900℃。将拉伸位移施加在每个拉伸样品上直至断裂。应变速率为3mm/秒。记录拉伸力和位移，并且可以从这些应力-应变曲线中确定断裂伸长率。该断裂伸长率表示所谓的临界LME伸长率。临界LME应变越高，试样对LME的抗性越大。该方法论也在名为《Critical LME Elongation：Un essai Gleeble pour évaluer la sensibilitéau LMEd’un acier revêtu soudépar points》,Journées Annuelles SF2M 2017,2017年10月23日至25日,JA0104,ArcelorMittal Research Maizières-lès-Metz的出版物中说明。

结果收集在下表1中。

*：根据本发明

结果表明，与试样2比较，试样1具有改善的对LME的抗性。试样1和试样3具有相同的对LME的抗性。

实施例2：三个板堆叠

通过电阻点焊法评估不同组合件的对LME的敏感度。为了该目的，对于每个试样，通过电阻点焊将三个钢板焊接在一起。

试样6为试样1与两个具有组成2的镀锌钢板的组合件。

试样7为试样2与两个具有组成2的镀锌钢板的组合件。

试样8为试样4与两个具有组成2的镀锌钢板的组合件。

试样9为试样5与两个具有组成2的镀锌钢板的组合件。

焊接电极的类型为面直径为6mm的F1；电极的夹持力为450daN。焊接周期报告于表2中：

在以下限定为电流范围的上焊接极限的电流水平下将每个试样再生产10次以生产10个点焊缝：Imax，Imax为0.9*I_喷溅至1.1*I_喷溅，I_喷溅为超过焊接期间出现喷溅的强度，I_喷溅根据ISO标准18278-2确定。

然后，在通过表面裂纹进行截面并使用光学显微镜之后对点焊接头中的最高裂纹长度进行评估，如下表3中所报告的。关于10个点焊缝评估抗LME裂纹行为(表示总计100％)。

*：根据本发明。

与试样7和9相比，根据本发明的试样6和8显示出优异的对LME的抗性。

Claims (23)

1.一种涂覆有以下各项的预涂覆钢基材：

-由钛构成的第一预涂层，所述第一预涂层的厚度为40nm至1200nm，

-任选地，包含至少8重量％的镍和至少10重量％的铬、剩余部分为铁的中间预涂层，或者包含Fe、Ni、Cr和Ti的中间预涂层，其中Ti的量高于或等于5重量％并且其中满足下式：8重量％<Cr+Ti<40重量％，余量为Fe和Ni，所述中间预涂层的厚度为2nm至30nm，

-为基于锌的涂层的第二预涂层，以及

-所述钢基材包含高于0.05重量％的Si。

2.根据权利要求1所述的预涂覆钢基材，其中所述第一预涂层的厚度为40nm至80nm。

3.根据权利要求1所述的预涂覆钢基材，其中所述第一预涂层的厚度为80nm至150nm。

4.根据权利要求1所述的预涂覆钢基材，其中所述第一预涂层的厚度为150nm至250nm。

5.根据权利要求1所述的预涂覆钢基材，其中所述第一预涂层的厚度为250nm至450nm。

6.根据权利要求1所述的预涂覆钢基材，其中所述第一预涂层的厚度为450nm至600nm。

7.根据权利要求1所述的预涂覆钢基材，其中所述第一预涂层的厚度为600nm至850nm。

8.根据权利要求1所述的预涂覆钢基材，其中所述第一预涂层的厚度为850nm至1200nm。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的预涂覆钢基材，其中所述中间预涂层包括不锈钢，所述不锈钢包含10重量％至13重量％的镍、16重量％至18重量％的铬，剩余部分为铁。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的预涂覆钢基材，其中所述第二预涂层为包含0.01重量％至8.0重量％的Al、任选地0.2重量％至8.0重量％的Mg、剩余部分为Zn的基于锌的涂层。

11.根据权利要求1至8中任一项所述的预涂覆钢基材，其中所述第二预涂层为任选地包含0.10重量％至0.40重量％的Al、余量为锌的基于锌的涂层。

12.根据权利要求1至8中任一项所述的预涂覆钢基材，其中按重量百分比计，所述钢基材具有以下化学组成：

0.05％≤C≤0.4％，

0.5％≤Mn≤30.0％，

0.05％≤Si≤3.0％，

以及在完全任选的基础上，诸如以下的一种或更多种元素：

Al≤2.0％，

P<0.1％，

Nb≤0.5％，

B≤0.005％，

Cr≤2.0％，

Mo≤0.50％，

Ni≤1.0％，

V≤0.50％，

Ti≤0.5％，

所述组成的剩余部分由铁和由加工产生的不可避免的杂质构成。

13.一种用于制造根据权利要求1至12中任一项所述的预涂覆钢基材的方法，包括以下顺序步骤：

A.提供根据权利要求1至12中任一项所述的钢基材，

B.任选地，对所述钢基材进行表面处理，

C.沉积根据权利要求1至8中任一项所述的第一预涂层，

D.任选地，沉积根据权利要求1或9中任一项所述的中间预涂层，

E.沉积根据权利要求1、10或11中任一项所述的第二预涂层。

14.根据权利要求13所述的方法，其中在步骤C)和D)中，所述第一预涂层的沉积和所述中间预涂层的沉积彼此独立地通过物理真空沉积进行。

15.根据权利要求14所述的方法，其中在步骤C)和D)中，所述第一预涂层的沉积和所述中间预涂层的沉积彼此独立地通过磁控阴极雾化工艺或喷射气相沉积工艺进行。

16.一种用于制造至少两个金属基材的组合件的方法，包括以下顺序步骤：

I.提供至少两个金属基材，所述至少两个金属基材包括第一金属基材和第二金属基材，其中至少第一金属基材为根据权利要求1至12中任一项所述的预涂覆钢基材，以及

II.将所述至少两个金属基材焊接。

17.根据权利要求16所述的方法，其中在步骤II)中，所述焊接通过点焊或电弧焊接进行。

18.一种能够由根据权利要求16或17所述的用于制造至少两个金属基材的组合件的方法获得的组合件，所述组合件为通过焊接接头焊接在一起的至少两个金属基材的组合件，其中至少所述第一金属基材的上层表面被包含铁、Fe₂TiSi_z化合物、余量为锌的涂层覆盖，z为0.01至0.8并且以原子比表示，这样的涂层被包含钛氧化物的层覆盖。

19.根据权利要求18所述的组合件，其中所述钢基材包含钢的合金元素的内部氧化物。

20.根据权利要求19所述的组合件，其中所述钢基材包含的所述合金元素的氧化物包括硅氧化物、锰氧化物、铬氧化物、铝氧化物或其混合物。

21.根据权利要求18至20中任一项所述的组合件，其中所述第二金属基材为钢基材或铝基材。

22.根据权利要求18至20中任一项所述的组合件，其中所述第二金属基材为根据权利要求1至12中任一项所述的预涂覆钢基材或者能够由根据权利要求13至15中任一项所述的方法获得的预涂覆钢基材。

23.能够由根据权利要求16或17所述的用于制造至少两个金属基材的组合件的方法获得的组合件或者根据权利要求18至22中任一项所述的组合件用于制造车辆部件的用途。