本申請是申請日為2014年05月16日和發明名稱為“用于模壓淬火應用的鍍鋅鋼材以及生產方法”的201480028556.x號發明專利申請的分案申請。

相關申請的交叉引用

本申請在此要求2013年5月17日提交的具有相同標題的臨時專利申請序列no.61/824,791的權益，所述臨時專利申請的公開內容以其全文通過引用并入本文。

背景技術：

模壓淬火(presshardened)鋼材通常具有高強度并已用于汽車應用，以減輕重量同時改善安全性能。熱沖壓部件主要從裸露鋼材(其必須在沖壓后除去氧化物)或從具有滲鋁鍍層的鋼材制得。滲鋁鍍層提供防腐形式的屏障。鋅基鍍層進一步向熱沖壓部件提供活性或陰極防腐。例如，熱浸鍍鋅鋼材通常包括zn-al鍍層，而熱浸鍍鋅退火(galvannealed)鋼材通常包括zn-fe-al鍍層。由于鋅的熔化溫度，液態鋅可在熱沖壓工藝期間存在并導致由于液態金屬脆化(lme)而產生的破裂。在高溫下對鋼材基體在熱沖壓之前進行奧氏體化所需要的時間允許鐵擴散進入鍍鋅退火的鍍層內以避免lme。然而，在允許足夠的鐵擴散所需要的時間期間，鍍層中的鋅可能由于蒸發和氧化而損失。該氧化物也可表現出差的粘附性并易于在沖壓期間剝落。

本文公開的是在鍍鋅退火之后并且在熱沖壓奧氏體化步驟之前進行的預合金化熱處理。所述預合金化允許通過提高鐵的濃度，在奧氏體化溫度下用較短的時間在鍍層中形成期望的α-fe相。這也降低了鋅的損失，并且在熱沖壓后出現更具粘附性的氧化物。

附圖說明

并入本說明書且構成本說明書一部分的附圖描述了實施方式，并且與上面給出的一般描述和下面給出的實施方式的詳細描述一起，用來解釋本公開的原理。

圖1描繪了在預合金化處理0小時，或“原樣鍍鋅(as-coated)”之后鍍鋅退火鋼板的輝光放電光譜的掃描圖。

圖2描繪了在預合金化處理1小時之后鍍鋅退火鋼板的輝光放電光譜的掃描圖。

圖3描繪了在預合金化處理4小時之后鍍鋅退火鋼板的輝光放電光譜的掃描圖。

圖4a描繪了圖1的鍍鋅退火鋼板在熱沖壓之后的輝光放電光譜的掃描圖。

圖4b描繪了圖4a的鍍鋅退火鋼板的橫截面的光學顯微照片。

圖5a描繪了圖2的鍍鋅退火鋼板在熱沖壓之后的輝光放電光譜的掃描圖。

圖5b描繪了圖5a的鍍鋅退火鋼板的橫截面的光學顯微照片。

圖6a描繪了圖3的鍍鋅退火鋼板在熱沖壓之后的輝光放電光譜的掃描圖。

圖6b描繪了圖6a的鍍鋅退火鋼板的橫截面的光學顯微照片。

圖7描繪了根據圖4a所述的條件加工的鍍鋅退火鋼板的光學顯微照片，顯示出劃格法試驗(cross-hatched)區域。

圖8描繪了根據圖5a所述的條件加工的鍍鋅退火鋼板的光學顯微照片，顯示出劃格法試驗區域。

圖9描繪了根據圖6a所述的條件加工的鍍鋅退火鋼板的光學顯微照片，顯示出劃格法試驗區域。

具體實施方式

模壓淬火鋼材可以從含硼鋼材如22mnb5合金形成。這樣的22mnb5合金通常包含約0.20至約0.25的c，約1.0至約1.5的mn，約0.1至約0.3的si，約0.1至約0.2的cr，以及約0.0005至約0.005的b。可采用其他合適的合金，這在本文教導的基礎上對本領域普通技術人員是顯而易見的。其他合適的合金可包括任何合適的可模壓淬火的合金，其具有足夠的可淬性(hardenability)以產生期望的強度和延展性的組合用于熱沖壓。例如，可使用通常用于汽車熱沖壓應用中的類似的合金。所述合金通過典型的鑄造、熱軋、酸洗和冷軋工藝加工成冷軋鋼帶。

然后將所述冷軋鋼帶熱浸鍍鋅退火，以在鋼帶上產生zn-fe-al鍍層。所述鍍層重量通常為每側約40至約90g/m²。鍍鋅退火爐的溫度為約900至約1200°f(約482至約649℃)，并在鍍層中產生約5重量％至約15重量％的fe水平。鋅鍋中的鋁水平為約0.10至約0.20重量％，鍍層中分析的al水平通常是鍋中的量的兩倍。其他適用于鍍鋅退火所述鋼帶的方法將在本文教導的基礎上對本領域普通技術人員顯而易見。

然后對具有鍍鋅退火鍍層的鋼帶給予預合金化熱處理，所述預合金化熱處理被設計將鍍層中的fe水平升高到約15重量％至約25重量％。該熱處理具有約850至約950°f(約454至約510℃)的峰值溫度，停留時間為約1至約10小時，例如約2至約6小時。所述預合金化熱處理可以通過松卷(opencoil)退火工藝進行。所述預合金化熱處理可以進一步在保護氣氛下進行。這樣的保護氣氛可包括氮氣氛。在某些情形下，所述氮氣氛包含約100％的n2。在其他情形下，所述氮氣氛包含約95％的n2和約5％的h2。其他適用于提供預合金化熱處理的方法將在本文教導的基礎上對本領域普通技術人員顯而易見。

一經對鍍鋅退火的鋼帶給予預合金化熱處理，所述鋼帶就經受熱沖壓奧氏體化步驟。熱沖壓是本領域公知的。溫度通常為約1616至約1742°f(約880至約950℃)。由于所述預合金化熱處理，在該奧氏體化溫度下所需要的時間可被減少。例如，在奧氏體化溫度下的時間可以是約2至約10分鐘，或約4至約6分鐘。這在鍍層中形成了具有大約30％zn的單相α-fe。其他合適的熱沖壓方法將在本文教導的基礎上對本領域普通技術人員顯而易見。

實施例

鍍鋅退火的鋼卷用上文描述的工藝生產。使用的22mnb5鋼線圈的厚度約為1.5mm。鍍鋅退火的鍍層重量為約55g/m²。在本實施例中，對鍍鋅退火鋼材的小樣板(panel)在氮氣氛下、在約900°f下給予預合金化熱處理。對第一樣板沒有給予所述預合金化熱處理，即，所述預合金化處理為0小時，或“原樣鍍鋅”。對第二樣板給予所述預合金化熱處理達約1小時。對第三樣板給予所述預合金化熱處理達約4小時。預合金化的樣板然后在約1650°f下奧氏體化達約4分鐘并在水冷卻的扁模具之間淬火，以模擬熱沖壓過程。

預合金化處理的效果在輝光放電光譜(gds)掃描中顯示，其顯示穿過鍍層厚度的化學組成。預合金化處理0、1和4小時之后的gds掃描分別顯示在圖1-3中。如圖所示，在約900°f下，鍍層中的fe含量隨著更長的時間而增大。

圖4a、5a和6a分別顯示在熱沖壓模擬之后三種樣板的gds掃描。圖4b、5b和6b分別顯示在熱沖壓模擬之后三種樣板的微觀結構的顯微照片。當預合金化處理的時間長度從0增大至1、至4小時，鍍層中的fe含量增大。顯微照片表明，當％fe增大時，鍍層中顆粒之間的縫隙減小。鍍層顆粒之間的縫隙表示高溫下在顆粒邊界處的液體，從而表明預合金化熱處理減少了在熱沖壓時存在的液態zn的量。隨著液體的量減少，lme破裂的可能性隨之減小。

奧氏體化處理期間形成的氧化鋅在熱沖壓期間由于對鍍層差的粘附可易于剝落。在奧氏體化和熱沖壓之前執行所述預合金化熱處理可導致抗剝落的、粘附性更強的氧化物。為測量該效果，將根據上文描述的條件(預合金化時間為約0、1和4小時)加工的樣板在實驗室系統中磷酸鹽化和電鍍。對已鍍樣板給予劃格法試驗和拉帶試驗以測試粘附性。圖7-9分別顯示所述三種樣板的劃格法試驗區域的纖維照片。如圖7和8所示，經約0和1小時預合金化熱處理的樣板顯示出較低的粘附，從劃格法試驗的方格中損失鍍層。圖9顯示，經約4小時預合金化處理的樣板顯示出增大的粘附，從劃格法試驗的方格中幾乎不損失到不損失鍍層。

盡管本公開已通過描述若干實施方式來說明，并且盡管說明性實施方式已相當詳細地描述，但申請人的目的并非對所附權要求的范圍進行限制或以任何方式限定到這樣的細節。其它優點和變化可對本領域技術人員顯而易見。