СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГАЛЬВАНИЗИРОВАННОЙ И ОТОЖЖЕННОЙ ЛИСТОВОЙ СТАЛИ
METHOD OF MAKING GALVANIZED AND ANNEALED STEEL SHEETS

Настоящее изобретение относится к способу изготовления гальванизированной и отожженной листовой стали. Изобретение, в частности, является хорошо подходящим для использования при изготовлении механических транспортных средств.
Покрытия на цинковой основе в общем случае используют потому, что они делают возможной защиту от коррозии благодаря наличию барьерной защиты и катодной защиты. Барьерный эффект получают в результате нанесения металлического покрытия на поверхность стали. Таким образом, металлическое покрытие предотвращает возникновение контакта между сталью и коррозионно-активной атмосферой. Барьерный эффект не зависит от природы покрытия и подложки. Наоборот, жертвенная катодная защита имеет в своей основе тот факт, что цинк представляет собой металл, менее благородный в сопоставлении со сталью. Таким образом, в случае возникновения корродирования преимущественно будет расходоваться цинк в сопоставлении со сталью. Катодная защита является существенной в областях, в которых сталь непосредственно подвергается воздействию коррозионно-активной атмосферы, подобных обрезанным кромкам, где окружающий цинк будет расходоваться прежде стали.
Однако в случае проведения стадий нагревания в отношении таких листовых сталей с нанесенным покрытием из цинка, например во время закалки под горячим прессом или сварки, в стали будут наблюдаться трещины, которые распространяются от поверхности раздела сталь/покрытие. Действительно, время от времени имеет место ухудшение механических свойств металла вследствие присутствия трещин в листовой стали с нанесенным покрытием после проведения вышеупомянутой операции. Данные трещины возникают в следующих далее условиях: высокая температура; наличие контакта с жидким металлом, характеризующимся низкой температурой плавления, (таким как цинк) в дополнение к присутствию напряжения при растяжении; гетерогенное диффундирование расплавленного металла в зерно подложки и межзеренные границы. Обозначение такого явления известно при использовании термина «жидко-металлическое охрупчивание» (ЖМО), что также называется при использовании термина «жидко-металлическое растрескивание» (ЖМР).
Иногда листовые стали с нанесенными покрытиями из цинка сплавляют при высокой температуре в целях получения гальванизированной и отожженной листовой стали. Данная листовая сталь характеризуется большей стойкостью к охрупчиванию ЖМО в сопоставлении с листовой сталью с нанесенным покрытием из цинка вследствие формирования сплава, содержащего Fe и Zn, который характеризуется более высокой температурой плавления и образует меньше жидкости во время контактной точечной сварки в сопоставлении с чистым элементом Zn.
Однако, несмотря на более высокую стойкость к охрупчиванию ЖМО у гальванизированных и отожженных листовых сталей, при проведении стадий нагревания могут появляться некоторые трещины вследствие недостаточности величины стойкости к охрупчиванию ЖМО.
Таким образом, задача изобретения заключается в предложении гальванизированной и отожженной листовой стали, которой не свойственны проблемы, связанные с охрупчиванием ЖМО. Оно направлено на обеспечение наличия, в частности, простого в воплощении способа в целях получения сборной конструкции, которой не свойственны проблемы, связанные с охрупчиванием ЖМО, после формовки и/или сварки.
Достижения данной задачи добиваются в результате предложения способа, соответствующего пункту 1 формулы изобретения. Способ также может включать любые характеристики из пунктов от 2 до 18 формулы изобретения.
Достижения еще одной задачи добиваются в результате предложения листовой стали, соответствующей пункту 19 формулы изобретения. Листовая сталь также может включать любые характеристики из пунктов от 20 до 26 формулы изобретения.
Достижения еще одной задачи добиваются в результате предложения сварного соединения, полученного контактной точечной сваркой и соответствующего пункту 27 формулы изобретения. Сварное соединение, полученное контактной точечной сваркой, также включает характеристики из пункта, соответствующего пункту 30 формулы изобретения.
В заключение, достижения еще одной задачи добиваются в результате предложения использования листовой стали или сборной конструкции, соответствующего пункту 31 формулы изобретения.
Другие характеристики и преимущества изобретения станут очевидными после ознакомления со следующим далее подробным описанием изобретения.
Обозначения «сталь» или «листовая сталь» имеют в виду листовую сталь, рулон, пластину, характеризующиеся композицией, делающей возможным достижение деталью предела прочности при растяжении, доходящего вплоть до 2500 МПа, а более предпочтительно вплоть до 2000 МПа. Например, предел прочности при растяжении является большим или равным 500 МПа, предпочтительно большим или равным 980 МПа, в выгодном случае большим или равным 1180 МПа и даже большим или равным 1470 МПа.
Изобретение относится к способу изготовления гальванизированной и отожженной листовой стали, включающему следующие далее последовательные стадии:
А. получение листовой стали с нанесенным предварительным покрытием в виде первого покрытия, содержащего железо и никель, при этом такая листовая сталь характеризуется следующим далее химическим составом при выражении в массовых процентах:
0,10 < C < 0,40%,
1,5 < Mn < 3,0%,
0,7 < Si < 2,0%,
0,05 < Al < 1,0%,
0,75 < (Si + Al) < 3,0%
и исключительно необязательным образом один или несколько элементов, таких как
Nb ≤ 0,5%,
B ≤ 0,005%,
Cr ≤ 1,0%,
Mo ≤ 0,50%,
Ni ≤ 1,0%,
Ti ≤ 0,5%,
причем остаток композиции составляют железо и неизбежные примеси, получающиеся в результате разработки,
В. термическая обработка такой листовой стали с нанесенным предварительным покрытием при температуре в диапазоне между 600 и 1000°С,
С. нанесение на листовую сталь, полученную на стадии В), второго покрытия на основе цинка в результате погружения в расплав и
D. легирующая обработка для получения гальванизированной и отожженной листовой стали.
Как это представляется без желания связывать себя какой-либо теорией, во время термической обработки, с одной стороны, Ni диффундирует в направлении листовой стали, делая возможным получение слоя сплава Fe – Ni. С другой стороны, некоторое количество Ni все еще присутствует на поверхности раздела между сталью и покрытием, что предотвращает проникновение жидкого цинка в сталь во время любых стадий нагревания, представляющих собой, например, сварку. Помимо этого, во время стадии D) присутствие железа в первом покрытии делает возможным получение сплава Fe – Zn.
Первое покрытие, содержащее железо и никель, осаждают при использовании любого способа осаждения, известного для специалистов в соответствующей области техники. Оно может быть осаждено при использовании способа вакуумного осаждения или электролитического осаждения. Предпочтительно его осаждают при использовании способа электролитического осаждения.
Предпочтительно на стадии А) первое покрытие содержит от 10% до 75%, более предпочтительно между 25 и 65%, а в выгодном случае между 40 и 60%, (масс.) железа.
Предпочтительно на стадии А) первое покрытие содержит от 25,0% до 90%, предпочтительно от 35 до 75%, а в выгодном случае от 40 до 60%, (масс.) никеля.
В одном предпочтительном варианте осуществления на стадии А) первое покрытие состоит из железа и никеля.
Предпочтительно на стадии А) первое покрытие имеет толщину, равную или большую 0,5 мкм. Более предпочтительно первое покрытие имеет толщину в диапазоне между 0,8 до 5,0 мкм, а в выгодном случае между 1,0 и 2,0 мкм.
Предпочтительно на стадии В) термическая обработка представляет собой непрерывный отжиг. Например, непрерывный отжиг включает нагревание, томление и стадию охлаждения. Он, кроме того, может включать стадию предварительного нагревания.
2
2
В выгодном случае термическую обработку проводят в атмосфере, содержащей от 1 до 30% Н, при температуре точки росы в диапазоне между -10 и -60°С. Например, атмосфера содержит от 1 до 10% Н при температуре точки росы в диапазоне между -40°C и -60°С.
В выгодном случае на стадии С) второй слой содержит более, чем 70%, более предпочтительно более чем 80 %, цинка, а в выгодном случае более чем 85% цинка.
Например, покрытие на основе цинка содержит от 0,01 до 0,18% (масс.) Al, необязательно 0,2 – 8,0% Mg, при этом остаток представляет собой Zn.
Предпочтительно покрытие на основе цинка осаждают при использовании способа гальванизации в результате погружения в расплав. В данном варианте осуществления ванна расплава также может содержать неизбежные примеси и остаточные элементы от подающихся слитков или от прохождения листовой стали в ванне расплава. Например, необязательно примеси выбирают из Sr, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Zr или Bi, при этом уровень массового содержания каждого дополнительного элемента уступает 0,3% (масс.). Остаточные элементы от подающихся слитков или от прохождения листовой стали в ванне расплава могут представлять собой железо при уровне содержания, доходящем вплоть до 5,0%, предпочтительно 3,0%, (масс.).
В одном предпочтительном варианте осуществления второй слой состоит из цинка. В данном случае во время осаждения покрытия при использовании гальванизации в результате погружения в расплав уровень процентного содержания алюминия в ванне заключен в диапазоне между 0,10 и 0,18% (масс.).
Предпочтительно на стадии D) легирующую термообработку проводят в результате нагревания листовой стали с нанесенным покрытием, полученной на стадии С), при температуре в диапазоне между 460 и 550°С на протяжении от 5 до 40 секунд. Например, стадию D проводят при 500°С на протяжении 20 секунд.
При использовании способа, соответствующего настоящему изобретению, гальванизированную и отожженную листовую сталь получают при наличии первого слоя, содержащего железо и никель и непосредственно перекрываемого вторым слоем на основе цинка, при этом первый и второй слои легируют в результате диффундирования таким образом, чтобы получить второй слой сплава, содержащий от 5 до 15% (масс.) железа, от 0 до 15% (масс.), а предпочтительно от 1 до 15% (масс.), никеля, причем остаток представляет собой цинк.
Предпочтительно листовая сталь обладает микроструктурой, включающей от 1 до 50 % остаточного аустенита, от 1 до 60% мартенсита и необязательно по меньшей мере один элемент, выбираемый из: бейнита, феррита, цементита и перлита. В данном случае мартенсит может быть отпущенным или неотпущенным.
В одном предпочтительном варианте осуществления листовая сталь обладает микроструктурой, включающей от 5 до 25% остаточного аустенита.
Предпочтительно листовая сталь обладает микроструктурой, включающей от 1 до 60%, а более предпочтительно от 10 до 60%, отпущенного мартенсита.
В выгодном случае листовая сталь обладает микроструктурой, включающей от 10 до 40% бейнита, при этом такой бейнит включает от 10 до 20% нижнего бейнита, от 0 до 15% верхнего бейнита и от 0 до 5% бескарбидного бейнита.
Предпочтительно листовая сталь обладает микроструктурой, включающей от 1 до 25% феррита.
Предпочтительно листовая сталь обладает микроструктурой, включающей от 1 до 15% неотпущенного мартенсита.
После изготовления листовой стали в целях производства некоторых деталей транспортного средства, как это известно, проводят сборку при использовании сварки двух листовых металлов. Таким образом, во время сварки по меньшей мере двух листовых металлов получают сварное соединение, полученное контактной точечной сваркой, при этом упомянутое место представляет собой соединительный элемент между по меньшей мере двумя листовыми металлами.
Для производства сварного соединения, полученного контактной точечной сваркой и соответствующего изобретению, сварку проводят при использовании эффективной интенсивности в диапазоне между 3 кА и 15 кА, а усилие, приложенное к электродам, находится в диапазоне между 150 и 850 даН, при этом диаметр активной лицевой поверхности упомянутого электрода находится в диапазоне между 4 и 10 мм.
Таким образом, получают сварное соединение, полученное контактной точечной сваркой по меньшей мере двух листовых металлов, включающих листовую сталь с нанесенным покрытием, соответствующую настоящему изобретению, при этом сварное соединение содержит менее, чем 3 трещины, имеющие размер, составляющий более, чем 100 мкм, и где наибольшая трещина имеет длину, составляющую менее, чем 400 мкм.
Предпочтительно второй листовой металл представляет собой листовую сталь или листовой алюминий. Более предпочтительно второй листовой металл представляет собой листовую сталь, соответствующую настоящему изобретению.
В еще одном варианте осуществления сварное соединение, полученное контактной точечной сваркой, включает третий листовой металл, представляющий собой листовую сталь или листовой алюминий. Например, третий листовой металл представляет собой листовую сталь, соответствующую настоящему изобретению.
Листовая сталь или сварное соединение, полученное контактной точечной сваркой, соответствующие настоящему изобретению, могут быть использованы при изготовлении деталей для механического транспортного средства.
Теперь изобретение будет разъяснено в экспериментах, проводимых только для предоставления информации. Они не являются ограничивающими.
Пример
Для всех образцов использованные листовые стали характеризуются следующей далее композицией при выражении в массовых процентах: С = 0,37% (масс.), Mn = 1,9% (масс.), Si = 1,9% (масс.), Cr = 0,35% (масс.), Al = 0,05% (масс.) и Мо = 0,1%.
2
2
Эксперименты от 1 до 4 получали в результате осаждения первого покрытия, содержащего 55% и 75% Ni, при этом остаток представляет собой Fe. После этого проводили непрерывный отжиг в атмосфере, содержащей 5% Н и 95% N, при температуре точки росы -45°С. Листовую сталь с нанесенным предварительным покрытием нагревали при температуре 900°С. Осаждали цинковое покрытие при использовании гальванизации в результате погружения в расплав, при этом цинковая ванна содержит 0,2% Al. Температура ванны составляла 460°С. В заключение, проводили легирующую обработку при 500°С на протяжении 20 секунд в целях получения гальванизированной и отожженной листовой стали.
В целях сопоставления получали эксперимент 5 в результате осаждения цинкового покрытия при использовании электрогальванизации после непрерывного отжига вышеупомянутой листовой стали.
Оценивали стойкость к охрупчиванию ЖМО для экспериментов от 1 до 5. С данной целью для каждого эксперимента две листовые стали с нанесенным покрытием сваривали друг с другом при использовании контактной точечной сварки сопротивлением. Тип электрода представлял собой продукт ISO Type B при диаметре 16 мм; усилие для электрода составляло 5 кН, а расход воды составлял 1,5 г/мин. Сварочный цикл был представлен в таблице 1.
Таблица 1. Технологический режим сварки
Время сварки
Импульсы
Импульс (цикл)
Время охлаждения (цикл)
Время выдержки (цикл)
Цикл
2
12
2
10
После этого оценивали количество трещин, больших, чем 100 мкм, при использовании оптического микроскопии, а также метода СЭМ (сканирующей электронной микроскопии) в соответствии с представлением в таблице 2.
Таблица 2. Подробности в отношении охрупчивания ЖМО после контактной точечной сварки (состояние с укладкой в стопку 2 слоев)
Эксперименты
1-е покрытие
Толщина (мкм)
2-е покрытие
Толщина (мкм)
Количество трещин (> 100 мкм) при расчете на один шов контактной точечной сварки
Максимальная длина трещины (мкм)
Эксперимент 1 *
Fe – (55%) Ni
1
Zn (GA)
7
0
0
Эксперимент 2 *
Fe – (55%) Ni
2
Zn (GA)
7
0
250
Эксперимент 3 *
Fe – (75%) Ni
1
Zn (GA)
7
0
250
Эксперимент 4 *
Fe – (75%) Ni
2
Zn (GA)
7
0
0
Эксперимент 5
-
-
Zn (EG)
7
3
760
*: в соответствии с настоящим изобретением.
Эксперименты, соответствующие настоящему изобретению, демонстрируют превосходную стойкость к охрупчиванию ЖМО в сопоставлении с экспериментом 5. Действительно, количество трещин в экспериментах соответствующих настоящему изобретению, является очень маленьким, даже нулевым в сопоставлении с тем, что имеет место в эксперименте 5.
Для каждого эксперимента три листовых стали с нанесенным покрытием также сваривали друг с другом при использовании контактной точечной сварки сопротивлением в конфигурации с укладкой в стопку трех слоев. После этого оценивали количество трещин, больших, чем 100 мкм, при использовании оптической микроскопии, а также метода СЭМ (сканирующей электронной микроскопии) в соответствии с представлением в таблице 3.
Таблица 3. Подробности в отношении растрескивания ЖМО после контактной точечной сварки (состояние с укладкой в стопку 3 слоев)
Эксперименты
Количество трещин (> 100 мкм) при расчете на один шов контактной точечной сварки
Максимальная длина трещины (мкм)
Эксперимент 1*
1
250
Эксперимент 2*
2
350
Эксперимент 3*
1
150
Эксперимент 4 *
1
250
Эксперимент 5
7
850
*: в соответствии с настоящим изобретением.
Эксперименты, соответствующие настоящему изобретению, демонстрируют превосходную стойкость к охрупчиванию ЖМО в сопоставлении с экспериментом 5.
В заключение, в экспериментах от 1 до 4 проводили изгибание при соблюдении угла в 90°. После этого наносили и удаляли клейкую ленту для подтверждения наличия адгезии покрытия по отношению к стальной подложке. Адгезия покрытия в данных экспериментах была превосходной.