Способ производства листовой стали с предварительно нанесенным покрытием и соответствующий лист
Группа изобретений относится к металлургии, а именно к способу производства листовой стали с предварительно нанесенным покрытием, способу изготовления сварной заготовки, а также упрочненной под прессом стальной детали. Способ производства листовой стали (1) с предварительно нанесенным покрытием включает следующие последовательные стадии: получение стальной полосы (2) с предварительно нанесенным покрытием, содержащей стальную подложку (3), имеющую на по меньшей мере одной из своих основных лицевых поверхностей предварительно нанесенное покрытие (5); лазерную резку стальной полосы (2) с предварительно нанесенным покрытием. Лазерную резку проводят с обеспечением получения характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны (20) поверхности резаной кромки (13), простирающейся по всей высоте (h) поверхности резаной кромки (13) и по длине, являющейся меньшей или равной в сопоставлении с длиной поверхности резаной кромки (13). Доля поверхности алюминия в области подложки (14) зоны (20) поверхности резаной кромки (13), представляющей собой результат проведения операции лазерной резки, составляет 0,3-6 %. Лазерную резку проводят при давлении инертного газа в качестве вспомогательного газа, составляющем 2-18 бар, совместно с линейной энергией лазерной 0,6 кДж/см или более. Детали, изготовленные с использованием сварных листовых сталей с предварительно нанесенными алюминиевыми покрытиями, обладают удовлетворительными механическими свойствами. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 6 ил.
Настоящее изобретение относится к способу производства листовой стали с предварительно нанесенным покрытием из стальной полосы с предварительно нанесенным покрытием, включающей стальную подложку, имеющую по меньшей мере на одной из своих лицевых поверхностей предварительно нанесенное покрытие, при этом предварительно нанесенное покрытие включает слой интерметаллического сплава и слой металлического сплава, простирающийся поверх слоя интерметаллического сплава, причем слой металлического сплава является слоем алюминия, слоем алюминиевого сплава или слоем сплава на алюминиевой основе.
Стальные детали для автотранспортных перевозочных средств могут быть произведены при использовании следующего далее способа. Сначала получают стальную полосу с предварительно нанесенным покрытием, в общем случае полученную при нанесении покрытия в результате погружения в расплав, которую разрезают на листы в результате проведения лазерной резки. После этого каждый лист подготавливают для сварки при удалении слоя металлического сплава в зоне удаления, примыкающей к резаной кромке, в результате проведения лазерной абляции, и таким образом подготовленные листы подвергают лазерной сварке совместно друг с другом для создания сварной заготовки. Вслед за этим данную сварную заготовку подвергают горячей штамповке и упрочнению под прессом для получения конечной детали.
Такие стальные детали используют, в частности, в автомобильной отрасли промышленности, а, говоря более конкретно, при изготовлении деталей для предотвращения несанкционированного проникновения, конструкционных деталей или деталей, которые вносят свой вклад в безопасность механических транспортных средств.
В соответствии с разъяснением изобретения в публикации WO 2007/118939 удаление слоя металлического сплава предварительно нанесенного покрытия в области кромки листовой стали с предварительно нанесенным покрытием, где предусматривается проведение сварки с еще одним листом, уменьшает уровень содержания алюминия в зоне металла сварного шва, что, в свою очередь, уменьшает образование в ней либо интерметаллических соединений, либо феррита, при этом интерметаллические соединения представляют собой центры, в которых наиболее вероятным является зарождение растрескивания. Как следствие в стальной детали, полученной при использовании данного способа, улучшаются механические свойства сварного соединения в сопоставлении с тем, что имеет место для стальной детали, где листовые стали с предварительно нанесенными покрытиями не были подготовлены в результате проведения лазерной абляции.
Однако, данный способ не является полностью удовлетворительным.
Действительно, как это представляется, механические свойства, а, говоря более конкретно, твердость, сварного соединения в упрочненной под прессом детали все еще не являются настолько же хорошими, как и соответствующие свойства в остальной детали, а, в частности, в двух примыкающих стальных листах.
Как это продемонстрировали изобретатели настоящего изобретения исходя из данного наблюдения, даже несмотря на отсутствие при проведении лазерной резки смещения покрытия на боковой кромке в результате механического воздействия, как это имеет место в случае проведения резки при использовании резальной машины, что упоминается в публикации US 2008/0011720, при проведении лазерной резки в обычных условиях она фактически в результате приводит к проливанию относительно большого количества алюминия из покрытия на поверхность резаной кромки.
Данный алюминий, который не удаляется в результате проведения лазерной абляции, вводится в зону металла сварного шва во время проведения лазерной сварки и в результате приводит к получению увеличенного уровня содержания алюминия в зоне металла сварного шва. Алюминий представляет собой ферритообразующий элемент в твердом растворе в матрице и поэтому предотвращает превращение в аустенит, что имеет место во время проведения стадии, предшествующей горячей формовке. Следовательно, больше уже невозможным является получение полностью мартенситной или бейнитной структуры в сварном соединении во время охлаждения после проведения горячей формовки, и сварное соединение будет содержать феррит.
В результате сварное соединение стальной детали демонстрирует после проведения упрочнения под прессом твердость и механическую прочность, которые являются меньшими, чем соответствующие характеристики двух примыкающих листов.
Кроме того, согласно наблюдениям изобретателей настоящего изобретения вследствие высокой адгезии алюминия, который пролился на поверхность резаной кромки во время проведения лазерной резки, к подложке листов простое крацевание поверхности резаной кромки листов до проведения сварки не дает возможности достаточного удаления следовых количеств алюминия, имеющих своим происхождением проведение операции резки.
Одна задача изобретения заключается в предложении способа, который делает возможным получение при хорошей производительности горячештампованных и упрочненных под прессом деталей из сварных листовых сталей с предварительно нанесенными алюминиевыми покрытиями, обладающих удовлетворительными механическими свойствами, а, в частности, где твердость и механическая прочность сварного соединения являются по меньшей мере равными соответствующим характеристикам примыкающих листов.
Для решения поставленной задачи предлагается способ производства листовой стали с предварительно нанесенным покрытием, включающему последовательные стадии:
- получения стальной полосы с предварительно нанесенным покрытием, включающего стальную подложку, имеющую по меньшей мере на одной из своих основных лицевых поверхностей предварительно нанесенное покрытие, при этом предварительно нанесенное покрытие включает слой интерметаллического сплава и слой металлического сплава, простирающийся поверх слоя интерметаллического сплава, причем слой металлического сплава является слоем алюминия, слоем алюминиевого сплава или слоем сплава на алюминиевой основе;
- лазерной резки стальной полосы с предварительно нанесенным покрытием таким образом, чтобы получить по меньшей мере одну листовую сталь с предварительно нанесенным покрытием, при этом упомянутая листовая сталь с предварительно нанесенным покрытием включает поверхность резаной кромки, представляющую собой результат проведения операции резки, причем поверхность резаной кромки включает участок подложки и участок предварительно нанесенного покрытия, и при этом толщина листовой стали с предварительно нанесенным покрытием заключена в пределах диапазона между 1 мм и 5 мм,
где лазерную резку проводят таким образом, чтобы она в результате непосредственно приводила бы к получению характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны поверхности резаной кромки, простирающейся по всей высоте поверхности резаной кромки и по длине, являющейся меньшей или равной в сопоставлении с длиной поверхности резаной кромки (13), при этом поверхностная долевая концентрация алюминия в области подложки характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны поверхности резаной кромки, представляющая собой непосредственный результат проведения операции лазерной резки, заключена в пределах диапазона между 0,3% и 6%.
В соответствии с конкретными вариантами осуществления способ, соответствующий изобретению, включает, кроме того, один или несколько следующих далее признаков, взятых по отдельности или в соответствии с любой технически возможной комбинацией:
- по упомянутой характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоне поверхности резаной кромки лазерную резку проводят при использовании инертного газа в качестве вспомогательного газа совместно с линейной энергией лазерной резки, являющейся большей или равной 0,6 кДж/см;
- линейная энергия лазерной резки является большей или равной 0,8 кДж/см, говоря более конкретно, большей или равной 1,0 кДж/см, а, говоря еще более конкретно, большей или равной 1,2 кДж/см;
- давление вспомогательного газа заключено в пределах диапазона между 2 и 18 бар;
- инертный газ выбирают из числа азота, гелия, аргона или смесей из данных газов;
- лазерную резку проводят при использовании углекислотного лазера;
- лазерную резку проводят при использовании твердотельного лазера;
- твердотельный лазер является лазером, относящимся к АИГ-неодимовому типу, дисковым лазером, полупроводниковым диодным лазером или волоконным лазером;
- толщина листовой стали с предварительно нанесенным покрытием заключена в пределах диапазона между 1,0 мм и 3,0 мм, говоря более конкретно, между 1,0 мм и 2,5 мм;
- толщина предварительно нанесенного покрытия заключена в пределах диапазона между 19 мкм и 33 мкм;
- характеризующаяся уменьшенным количеством алюминия зона простирается по всей длине поверхности резаной кромки;
- длина характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны является строго меньшей, чем полная длина поверхности резаной кромки.
Изобретение также относится к способу изготовления сварной заготовки, включающему стадии:
- производства первой и второй листовых сталей с предварительно нанесенными покрытиями, при этом по меньшей мере одну из числа первой и второй листовых сталей с предварительно нанесенными покрытиями производят при использовании способа, который соответствует представленному выше описанию изобретения; и
- стыковой сварки первой и второй листовых сталей с предварительно нанесенными покрытиями таким образом, чтобы создать сварное соединение между упомянутыми листовыми сталями с предварительно нанесенными покрытиями и, таким образом, получить сварную заготовку, в результате чего стадия стыковой сварки включает стадию компонования первой и второй листовых сталей с предварительно нанесенными покрытиями таким образом, чтобы характеризующаяся уменьшенным количеством алюминия зона по меньшей мере одной из листовых сталей с предварительно нанесенными покрытиями была бы обращена к кромке, а предпочтительно характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоне, другой листовой стали с предварительно нанесенным покрытием.
В соответствии с конкретными вариантами осуществления способ изготовления сварной заготовки, кроме того, включает один или несколько следующих далее признаков, взятых по отдельности или в соответствии с любой технически возможной комбинацией:
- сварка представляет собой операцию лазерной сварки;
- способ, кроме того, включает до проведения стадии стыковой сварки стадию удаления для каждой из первой и второй листовых сталей с предварительно нанесенными покрытиями слоя металлического сплава в зоне удаления, примыкающей к характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоне соответствующей листовой стали с предварительно нанесенным покрытием, и где во время проведения стадии стыковой сварки листовые стали с предварительно нанесенными покрытиями сваривают по их кромкам, где слой металлического сплава был удален;
- удаление слоя металлического сплава проводят при использовании лазерного пучка;
- во время проведения стадии удаления слой интерметаллического сплава остается в зоне удаления по меньшей мере на участке своей высоты;
- лазерную сварку проводят при использовании добавления присадочных проволоки или порошка; и
- присадочные проволока или порошок содержат аустенитообразующие легирующие элементы.
Изобретение также относится к способу изготовления упрочненной под прессом стальной детали, включающему стадии:
- осуществления способа, который соответствует представленному выше описанию изобретения, в целях получения сварной заготовки;
- нагревания сварной заготовки таким образом, чтобы получить по меньшей мере частично аустенитную структуру в листовых сталях с предварительно нанесенными покрытиями, формирующих сварную заготовку;
- горячей формовки сварной заготовки в прессе для получения формованной в прессе стальной детали; и
- охлаждения стальной детали в прессе таким образом, чтобы получить упрочненную под прессом стальную деталь.
В способе изготовления упрочненной под прессом стальной детали скорость охлаждения может быть равной или большей в сопоставлении с критической скоростью охлаждения листовых сталей.
Изобретение также относится к листовой стали с предварительно нанесенным покрытием, включающей:
- участок стальной подложки, имеющий по меньшей мере на одной из своих лицевых поверхностей участок предварительно нанесенного покрытия, при этом участок предварительно нанесенного покрытия включает участок слоя интерметаллического сплава и участок слоя металлического сплава, простирающийся поверх участка слоя интерметаллического сплава, причем участок слоя металлического сплава представляет собой слой алюминия, слой алюминиевого сплава или слой сплава на алюминиевой основе, при этом толщина листовой стали с предварительно нанесенным покрытием заключена в пределах диапазона между 1 мм и 5 мм; и
- по меньшей мере, одну поверхность резаной лазером кромки, простирающуюся между лицевыми поверхностями листовой стали с предварительно нанесенным покрытием и включающую область подложки и по меньшей мере одну область предварительно нанесенного покрытия,
где листовая сталь с предварительно нанесенным покрытием включает на поверхности резаной лазером кромки множество бороздок от затвердевания, и
где поверхность резаной лазером кромки включает характеризующуюся уменьшенным количеством алюминия зону, простирающуюся по всей высоте поверхности резаной лазером кромки и по длине, являющейся меньшей или равной в сопоставлении с длиной поверхности резаной лазером кромки, при этом поверхностная долевая концентрация алюминия в области подложки характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны заключена в пределах диапазона между 0,3% и 6%. В соответствии с конкретными вариантами осуществления листовая сталь с предварительно нанесенным покрытием включает один из следующих далее признаков:
- характеризующаяся уменьшенным количеством алюминия зона простирается по всей длине поверхности резаной кромки;
- длина характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны является строго меньшей, чем полная длина поверхности резаной кромки.
Изобретение будет лучше понято после прочтения следующего далее описания изобретения, приведенного только в порядке примера, и при обращении к прилагающимся чертежам, где:
- фигура 1 представляет собой схематическое изображение вида в поперечном сечении для стальной полосы с предварительно нанесенным покрытием, полученное перпендикулярно к продольному направлению стальной полосы;
- фигура 2 представляет собой схематическое изображение вида в перспективе для листовой стали с предварительно нанесенным покрытием;
- фигура 3 представляет собой схематическое изображение вида сбоку для листовой стали с предварительно нанесенным покрытием с фигуры 2;
- фигура 4 представляет собой изображение поверхности резаной кромки, демонстрирующее в белом цвете следовые количества алюминия, присутствующие в области подложки и представляющие собой результат проведения операции лазерной резки;
- фигура 5 представляет собой схематическое изображение вида в перспективе для листовой стали с предварительно нанесенным покрытием, включающей зону удаления; и
- фигура 6 представляет собой график, демонстрирующий поверхностную долевую концентрацию алюминия в области подложки поверхности резаной кромки в зависимости от линейной энергии резки.
Изобретение относится к способу производства листовой стали с предварительно нанесенным покрытием 1.
Способ включает первую стадию в виде получения стальной полосы с предварительно нанесенным покрытием 2, которая продемонстрирована в поперечном сечении на фигуре 1.
Как это продемонстрировано на фигуре 1, стальная полоса с предварительно нанесенным покрытием 2 включает металлическую подложку 3, имеющую по меньшей мере на одной из своих лицевых поверхностей предварительно нанесенное покрытие 5. Предварительно нанесенное покрытие 5 накладывается на подложку 3 и находится с ней в контакте.
Металлическая подложка 3, говоря более конкретно, является стальной подложкой.
Сталь подложки 3, говоря более конкретно, является сталью, обладающей феррито-перлитной микроструктурой.
Подложку 3 в выгодном случае изготавливают из стали, предназначенной для проведения термической обработки, говоря более конкретно, стали, упрочняемой под прессом, и, например, борсодержащей марганцовистой стали, такой как сталь, относящаяся к типу 22MnB5.
В соответствии с одним вариантом осуществления сталь подложки 3 содержит, при расчете на массу:
0,10% ≤ С ≤ 0,5%,
0,5% ≤ Mn ≤ 3%,
0,1% ≤ Si ≤ 1%,
0,01% ≤ Сr ≤ 1%,
Ti ≤ 0,2%,
Al ≤ 0,1%,
S ≤ 0,05%,
P ≤ 0,1%,
B ≤ 0,010%,
при этом остаток представляет собой железо и примеси, получающиеся в результате изготовления.
Говоря более конкретно, сталь подложки 3 содержит, при расчете на массу:
0,15% ≤ С ≤ 0,25%,
0,8% ≤ Mn ≤ 1,8%,
0,1% ≤ Si ≤ 0,35%,
0,01% ≤ Сr ≤ 0,5%,
Ti ≤ 0,1%,
Al ≤ 0,1%,
S ≤ 0,05%,
P ≤ 0,1%,
B ≤ 0,005%,
при этом остаток представляет собой железо и примеси, получающиеся в результате изготовления.
В соответствии с одним альтернативным вариантом, сталь подложки 3 содержит, при расчете на массу:
0,040% ≤ С ≤ 0,100%,
0,80% ≤ Mn ≤ 2,00%,
Si ≤ 0,30%,
S ≤ 0,005%,
P ≤ 0,030%,
0,010% ≤ Al ≤ 0,070%,
0,015% ≤ Nb ≤ 0,100%,
Ti ≤ 0,080%,
N ≤ 0,009%,
Cu ≤ 0,100%,
Ni ≤ 0,100%,
Cr ≤ 0,100%,
Mo ≤ 0,100%,
Ca ≤ 0,006%,
при этом остаток представляет собой железо и примеси, получающиеся в результате изготовления.
В соответствии с одним альтернативным вариантом, сталь подложки 3 содержит, при расчете на массу:
0,24% ≤ С ≤ 0,38%,
0,40% ≤ Mn ≤ 3%,
0,10% ≤ Si ≤ 0,70%,
0,015% ≤ Al ≤ 0,070%,
0% ≤ Сr ≤ 2%,
0,25% ≤ Ni ≤ 2%,
0,015% ≤ Ti ≤ 0,10%,
0% ≤ Nb ≤ 0,060%,
0,0005% ≤ B ≤ 0,0040%,
0,003% ≤ N ≤ 0,010%,
0,0001% ≤ S ≤ 0,005%,
0,0001% ≤ P ≤ 0,025%,
где уровни содержания титана и азота удовлетворяют следующему далее соотношению:
Ti/N > 3,42,
и уровни содержания углерода, марганца, хрома и кремния удовлетворяют следующему далее соотношению:
2,6С + Mn/5,3 + Cr/13 + Si/15 ≥ 1,1%,
при этом сталь необязательно содержит один или несколько следующих далее элементов:
0,05% ≤ Мо ≤ 0,65%,
0,001% ≤ W ≤ 0,30%,
0,0005% ≤ Сa ≤ 0,005%,
причем остаток представляет собой железо и примеси, неизбежно получающиеся в результате изготовления.
Подложка 3 может быть получена в зависимости от ее желательной толщины в результате проведения горячей прокатки и/или в результате проведения холодной прокатки со следующим далее отжигом или при использовании любого другого надлежащего способа.
Подложка 3 в выгодном случае имеет толщину, заключенную в пределах диапазона между 1,0 мм и 5 мм, говоря более конкретно, заключенную в пределах диапазона между 1,0 мм и 3,0 мм, говоря более конкретно, между 1,0 и 2,5 мм или, говоря еще более конкретно, между 1,2 мм и 2,5 мм.
Предварительно нанесенное покрытие 5 получают при нанесении покрытия в результате погружения в расплав, то есть, в результате окунания подложки 3 в ванну расплавленного металла. Оно включает слой интерметаллического сплава 9, находящийся в контакте с подложкой 3, и слой металлического сплава 11, простирающийся поверх слоя интерметаллического сплава 9.
Слой интерметаллического сплава 9 формируют в результате проведения реакции между подложкой 3 и расплавленным металлом ванны. Он содержит интерметаллическое соединение, содержащее по меньшей мере один элемент из слоя металлического сплава 11 и по меньшей мере один элемент из подложки 3.
Толщина слоя интерметаллического сплава 9 в общем случае имеет порядок нескольких микрометров. В частности, это подразумевает толщину, обычно заключенную в пределах диапазона между 2 и 7 микрометрами.
Слой металлического сплава 11 характеризуется композицией, которая является близкой к композиции расплавленного металла в ванне. Его формирует расплавленный металл, уносимый стальной полосой по мере ее продвижения через ванну расплавленного металла во время нанесения покрытия в результате погружения в расплав.
Слой металлического сплава 11 имеет, например, толщину, заключенную в пределах диапазона между 19 мкм и 33 мкм или между 10 мкм и 20 мкм.
Слой металлического сплава 11 является слоем алюминия или слоем алюминиевого сплава или слоем сплава на алюминиевой основе.
В данном контексте термин «алюминиевый сплав» относится к сплаву, содержащему более, чем 50% (масс.) алюминия. Сплав на алюминиевой основе является сплавом, в котором алюминий является основным элементом, при расчете на массу.
Слой интерметаллического сплава 9 содержит интерметаллические соединения, относящиеся к типу Fex-Aly, а, говоря более конкретно, Fe2A5.
Конкретная структура предварительно нанесенного покрытия 5, полученного при нанесении покрытия в результате погружения в расплав, раскрывается, в частности, в патенте ЕР 2 007 545.
В соответствии с одним вариантом осуществления слой металлического сплава 11 является слоем алюминиевого слоя, содержащим, кроме того, кремний.
В соответствии с одним примером слой металлического сплава 11 содержит, при расчете на массу:
- 8% ≤ Si ≤ 11%,
- 2% ≤ Fe ≤ 4%,
при этом остаток представляет собой алюминий и возможные примеси.
В выгодном случае и, как это проиллюстрировано на фигуре 1, подложку 3 снабжают предварительно нанесенным покрытием 5, которое соответствует представленному выше описанию изобретения, на обеих из ее лицевых поверхностях.
Способ производства листовой стали с предварительно нанесенным покрытием 1, кроме того, включает стадию резки стальной полосы с предварительно нанесенным покрытием 2 в результате проведения лазерной резки таким образом, чтобы получить по меньшей мере одну листовую сталь с предварительно нанесенным покрытием 1.
Фигура 2 представляет собой схематический чертеж вида в перспективе для такой листовой стали с предварительно нанесенным покрытием 1.
Листовая сталь с предварительно нанесенным покрытием 1 включает участок подложки 3' и по меньшей мере один участок предварительно нанесенного покрытия 5', при этом участок предварительно нанесенного покрытия 5' включает участок слоя интерметаллического сплава 9' и участок слоя металлического сплава 11'.
Листовая сталь с предварительно нанесенным покрытием 1, кроме того, включает две основные противолежащие лицевые поверхности 4' и периферийную кромку 12, простирающуюся между лицевыми поверхностями 4' вокруг периферии листа 1. Длина периферийной кромки 12 является равной периметру листа 1. Высота h периферийной кромки 12 является равной толщине листа 1.
В контексте патентной заявки высота элемента представляет собой размер данного элемента, взятый вдоль направления толщины листа с предварительно нанесенным покрытием 1 (направления z на фигурах).
Периферийная кромка 12 простирается по существу перпендикулярно лицевым поверхностям 4'. В данном контексте термин «по существу» обозначает простирание периферийной кромки 12 под углом, заключенным в пределах диапазона между 65° и 90° по отношению к одной из лицевых поверхностей 4'. Угол периферийной кромки 12 по отношению к лицевым поверхностям 4' может варьироваться вдоль периферии листа 1.
В примере, продемонстрированном на фигуре 2, периферийная кромка 12 характеризуется по существу прямоугольным контуром, включающим четыре прямолинейные стороны. Однако, в зависимости от области применения может быть использован и любой другой контур.
Периферийная кромка 12 включает поверхность резаной кромки 12, представляющую собой результат проведения операции лазерной резки.
Поверхность резаной кромки 13 простирается между лицевыми поверхностями 4' листовой стали с предварительно нанесенным покрытием 1 от одной лицевой поверхности 4' до другой. Она простирается по всей высоте h периферийной кромки 12.
Поверхность резаной кромки 13 включает по меньшей мере один по существу плоскостной участок.
В выгодном случае, листовую сталь с предварительно нанесенным покрытием 1 получают в результате проведения резки вдоль всего ее контура. В данном случае периферийная кромка 12 состоит из поверхности резаной кромки 13. Таким образом, поверхность резаной кромки 13 простирается вокруг всей периферии листа 1. В соответствии с одним альтернативным вариантом, поверхность резаной кромки 13 простирается только по доле длины периферийной кромки 12. В данном случае остаток периферийной кромки 12 может совпадать с первоначальными боковыми кромками стальной полосы 2.
В контексте данной патентной заявки длина элемента представляет собой размер элемента в плоскости заданной лицевой поверхности 4' стальной полосы с предварительно нанесенным покрытием 2. Поэтому длина поверхности резаной кромки 13, в частности, соответствует размеру поверхности резаной кромки 13 вдоль траектории лазерного пучка во время проведения лазерной резки.
Как это можно видеть на фигурах 2 и 3, поверхность резаной кромки 13 включает область подложки 14 и по меньшей мере одну область предварительно нанесенного покрытия 15. Область подложки 14 соответствует поверхности подложки 3', расположенной на поверхности резаной кромки 13. Она состоит по существу из материала подложки 3. Область предварительно нанесенного покрытия 15 соответствует поверхности предварительно нанесенного покрытия 5', расположенного на поверхности резаной кромки 13. Она состоит по существу из материала предварительно нанесенного покрытия 5'.
Толщина листовой стали с предварительно нанесенным покрытием 1 является идентичной толщине стальной полосы 2 с предварительно нанесенным покрытием. Она заключена в пределах диапазона между 1,0 мм и 5 мм, говоря более конкретно, заключена в пределах диапазона между 1,0 мм и 3,0 мм, говоря более конкретно, между 1,0 мм и 2,5 мм, а, говоря еще более конкретно, между 1,2 мм и 2,5 мм.
Во время проведения стадии лазерной резки лазерный пучок устройства для лазерной резки воздействует на стальную полосу 2 вдоль предварительно определенной траектории таким образом, чтобы получить поверхность резаной кромки 13. Данная предварительно определенная траектория простирается в плоскости лицевой поверхности 4' листа 1.
В соответствии с изобретением и, как это продемонстрировано на фигурах 3 и 5, поверхность резаной кромки 13 включает характеризующуюся уменьшенным количеством алюминия зону 20, простирающуюся по по меньшей мере доле длины поверхности резаной кромки 13.
Характеризующаяся уменьшенным количеством алюминия зона 20 представляет собой непосредственный результат проведения операции лазерной резки.
Как это продемонстрировано на фигуре 3, характеризующаяся уменьшенным количеством алюминия зона 20 простирается по всей высоте поверхности резаной кромки 13 и по длине, являющейся меньшей или равной в сопоставлении с полной длиной поверхности резаной кромки 13.
В выгодном случае, характеризующаяся уменьшенным количеством алюминия зона 20 простирается по длине, равной по меньшей мере 3 мм, а, говоря более конкретно, по по меньшей мере 10 мм.
Характеризующаяся уменьшенным количеством алюминия зона 20 поверхности резаной кромки 13 предпочтительно включает по меньшей мере один по существу плоскостной участок. Например, в примере, продемонстрированном на фигуре 2, в котором листовая сталь с предварительно нанесенным покрытием 1 характеризуется прямоугольным контуром, характеризующаяся уменьшенным количеством алюминия зона 20 поверхности резаной кромки 13 простирается по одной или нескольким сторонам прямоугольника.
В соответствии с одним вариантом осуществления изобретения характеризующаяся уменьшенным количеством алюминия зона 20 простирается по полной поверхности резаной кромки 13. В данном случае характеризующаяся уменьшенным количеством алюминия зона 20 совпадает с поверхностью резаной кромки 13, и длина характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны 20 является равной длине поверхности резаной кромки 13.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления характеризующаяся уменьшенным количеством алюминия зона 20 простирается только по участку длины поверхности резаной кромки 13. Например, характеризующаяся уменьшенным количеством алюминия зона 20 простирается только по одному по существу плоскостному участку поверхности резаной кромки 13. Например, в случае листовой стали с предварительно нанесенным покрытием 1, демонстрирующей прямоугольный контур, характеризующаяся уменьшенным количеством алюминия зона 20 поверхности резаной кромки 13 может простираться по только некоторым из сторон прямоугольника и, например, по только одной стороне прямоугольника.
Предпочтительно характеризующаяся уменьшенным количеством алюминия зона 20 формирует кромку листовой стали с предварительно нанесенным покрытием 1, предназначенной для сварки с еще одной листовой сталью с предварительно нанесенным покрытием. В данном случае характеризующаяся уменьшенным количеством алюминия зона 20 предназначена для включения в сварное соединение.
В соответствии с изобретением во время проведения стадии лазерной резки лазерную резку проводят таким образом, чтобы поверхностная долевая концентрация алюминия в области подложки 14 характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны 20, представляющая собой непосредственный результат проведения операции лазерной резки, была бы заключена в пределах диапазона между 0,3% и 6%.
В данном контексте термин «представляющая собой непосредственный результат», в частности, обозначает измерение долевой концентрации или доли незамедлительно после отрезания лазерным лучом устройства для лазерной резки листовой стали с предварительно нанесенным покрытием 1 от стальной полосы с предварительно нанесенным покрытием 2 и, в частности, до проведения любой дополнительной стадии в отношении поверхности резаной кромки 13 листовой стали с предварительно нанесенным покрытием 1, например, до проведения возможной стадии окончательной отделки поверхности резаной кромки 13, такой как крацевание, обработка на металлорежущем станке, фрезерование, пескоструйная обработка или снятие покрытия.
Поверхностная долевая концентрация алюминия в области подложки 14 характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны 20 поверхности резаной кромки 13 листовой стали с предварительно нанесенным покрытием 1 может быть определена следующим далее образом:
- при использовании сканирующей электронной микроскопии получают изображение области подложки 14 характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны 20 поверхности резаной кромки 13;
- информацию, полученную при использовании сканирующей электронной микроскопии, подвергают обработке для получения изображения в методе ЭДРС (энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии), демонстрирующего в числе всех легирующих элементов только алюминий, присутствующий в рассматриваемой области подложки 14. Например, изображение подвергают обработке таким образом, чтобы следовые количества алюминия, присутствующие в рассматриваемой области подложки 14, проявлялись бы в цвете, таком как красный цвет, который сильно контрастирует с черным фоном. В результате смещения лазера во время проведения резки алюминий проявляется в виде наклонных просачивающихся следовых количеств.
Один пример такого изображения в методе ЭДРС демонстрируется на фигуре 4. На данном черно-белом изображении следовые количества алюминия, которые в противном случае могли бы проявиться в красном цвете, проявляются в белом цвете на черном фоне.
- после этого таким образом полученное изображение в методе ЭДРС подвергают обработке в результате проведения обработки изображения в целях определения поверхностной долевой концентрации алюминия на изображении.
Для данной цели количество N элементов изображения, соответствующих алюминию, то есть, например, количество красных элементов изображения, на изображении в методе ЭДРС рассматриваемой области подложки 14, измеряют при использовании обработки изображения.
Количество N элементов изображения, соответствующих алюминию, может быть определено следующим далее образом: для каждого элемента изображения на изображении в методе ЭДРС задают пороговое значение в отношении величины параметра красного цвета в системе RGB таким образом, чтобы определить, должен ли данный элемент изображения рассматриваться как красный, то есть, как элемент изображения алюминия, или нет. В частности, пороговое значение Т устанавливают в виде Т = 255/3 таким образом, чтобы в случае величины параметра красного цвета в системе RGB, являющейся большей, чем пороговое значение Т, данный элемент изображения рассматривался бы в качестве красного элемента изображения для целей данного анализа. Например, данная обработка изображения может быть проведена при использовании обыкновенного программного обеспечения для анализа при обработке изображения, самого по себе известного, такого как, например, программное обеспечение для анализа изображения Gimp.
Поверхностную долевую концентрацию алюминия в области подложки 14 характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны 20 после этого получают в результате деления количества N таким образом измеренных элементов изображения алюминия, то есть, например, красных элементов изображения, на полное количество элементов изображения на изображении рассматриваемой области подложки 14.
Лазерную резку проводят при использовании инертного газа в качестве вспомогательного газа. Инертный газ, например, выбирают из числа азота, аргона, гелия или их смесей, таких как смеси азот/аргон, азот/гелий, аргон/гелий или азот/гелий/аргон.
Лазер в выгодном случае является лазером, работающим в непрерывном режиме.
В целях получения характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны 20 лазерная резка может быть проведена по характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоне 20 при использовании линейной энергии, являющейся большей или равной 0,6 кДж/см.
Линейная энергия лазерной резки соответствует количеству энергии, отдаваемому лазерным пучком во время проведения лазерной резки, при расчете на единичную длину. Ее рассчитывают в результате деления мощности лазерного пучка на скорость резки.
Изобретатели обнаружили то, что в случае производства зоны 20 поверхности резаной кромки 13 при использовании описанных выше параметров лазерной резки поверхностная долевая концентрация алюминия в области подложки 14 данной зоны 20 поверхности резаной кромки 13 будет заключена в пределах диапазона между 0,3% и 6%.
В выгодном случае, для получения характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны 20 линейная энергия лазерной резки является большей или равной 0,8 кДж/см, говоря более конкретно, большей или равной 1,0 кДж/см, а, говоря еще более конкретно, большим или равным 1,2 кДж/см. В частности, согласно наблюдениям изобретателей настоящего изобретения, еще лучшие результаты применительно к уменьшению поверхностной долевой концентрации алюминия в характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоне 20 могут быть получены при увеличении линейной энергии лазерной резки.
Предпочтительно давление вспомогательного газа заключено в пределах диапазона между 2 бар и 18 бар, более предпочтительно между 6 бар и 18 бар, а еще более предпочтительно между 10 бар и 18 бар.
Например, для получения характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны 20 лазерную резку проводят по характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоне 20 при использовании линейной энергии лазерной резки, являющейся большей или равной 0,8 кДж/см, и давления вспомогательного газа, заключенного в пределах диапазона между 2 бар и 18 бар.
В соответствии с еще одним примером для получения характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны 20 лазерную резку проводят по характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоне 20 при использовании линейной энергии лазерной резки, являющейся большей или равной 1,0 кДж/см, и давления, заключенного в пределах диапазона между 2 бар и 18 бар.
В соответствии с одним дополнительным примером для получения характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны 20 лазерную резку проводят по характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоне 20 при использовании линейной энергии лазерной резки, являющейся большей или равной 1,0 кДж/см, и давления, заключенного в пределах диапазона между 10 бар и 18 бар.
В соответствии с одним вариантом осуществления стадию лазерной резки проводят при использовании углекислотного лазера.
Углекислотный лазер в выгодном случае является лазером, работающим в непрерывном режиме.
Углекислотный лазер, в частности, характеризуется мощностью, заключенной в пределах диапазона между 2 кВт и 7 кВт, а предпочтительно между 4 кВт и 6 кВт.
Например, для получения характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны 20 лазерную резку проводят по характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоне 20 при использовании углекислотного лазера, работающего в непрерывном режиме, совместно с азотом в качестве вспомогательного газа при скорости резки 4 м/мин и мощности лазера 4 кВт, что соответствует линейной энергии лазерной резки 0,6 кДж/см. Давление вспомогательного газа, например, является равным 14 бар.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления для получения характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны 20 лазерную резку проводят по характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоне 20 при использовании углекислотного лазера, работающего в непрерывном режиме, совместно с азотом в качестве вспомогательного газа при скорости резки 2 м/мин и мощности лазера 4 кВт, что соответствует линейной энергии лазерной резки 1,2 кДж/см. Давление вспомогательного газа, например, является равным 14 бар.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления стадию лазерной резки проводят при использовании твердотельного лазера. Твердотельный лазер является, например, АИГ-неодимовым лазером (на алюмоиттриевом гранате, легированном неодимом), волоконным лазером, полупроводниковым диодным лазером или дисковым лазером.
Твердотельный лазер, например, характеризуется мощностью, заключенной в пределах диапазона между 2 кВт и 15 кВт, предпочтительно между 4 кВт и 12 кВт, более предпочтительно между 4 кВт и 10 кВт, а еще более предпочтительно между 4 кВт и 8 кВт.
В порядке примера для получения характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны 20 лазерную резку проводят по характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоне 20 при использовании волоконного лазера, характеризующегося мощностью 6 кВт, совместно с азотом в качестве вспомогательного газа. В данном примере скорость резки, например, является равной 5 м/мин, что соответствует линейной энергии лазерной резки, являющейся равной 0,72 кДж/см.
Необязательно способ изготовления листовой стали с предварительно нанесенным покрытием 1 включает стадию крацевания по меньшей мере характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны 20 поверхности резаной кромки 13, например, непосредственно после проведения лазерной резки. Даже несмотря на то, как это упоминалось выше, что одно только крацевание не позволяет провести в достаточной степени удаление следовых количеств алюминия, представляющих собой результат проведения лазерной резки на поверхности резаной кромки 13, оно может быть использовано в дополнение к проведению стадии лазерной резки, соответствующей изобретению, в целях еще большего уменьшения долевой концентрации алюминия на поверхности резаной кромки 13.
В случае характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны 20, простирающейся по всей длине поверхности резаной кромки 13, по всей длине поверхности резаной кромки 13, то есть, на протяжении всей стадии резки, могут быть использованы одни и те же параметры лазерной резки, в частности, одна и та же линейная энергия и одно и то же давление вспомогательного газа.
В случае характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны 20, простирающейся по только участку длины поверхности резаной кромки 13, для получения характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны 20 и для получения остающейся поверхности резаной кромки 13 могут быть использованы различающиеся параметры лазерной резки, а, в частности, различающиеся линейные энергии, представляющие собой результат использования различающихся скоростей резки. В частности, скорость лазерной резки может быть изменена по длине поверхности резаной кромки 13, при этом первую скорость резки используют для получения характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны 20, а вторую скорость резки, отличную от первой скорости резки, используют для получения остающейся поверхности резаной кромки 13.
Например, для одного и того же лазерного пучка, то есть, в частности, для одних и тех же типа и мощности лазера, вне пределов характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны 20 поверхности резаной кромки 13 может быть использована более высокая скорость резки, чем при производстве данной зоны 20. В данном случае вне пределов характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны 20 линейная энергия лазерной резки будет меньшей, что в результате приведет к получению более высокой поверхностной долевой концентрации алюминия по области подложки 14 в данной области поверхности резаной кромки 13, чем в характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоне 20.
Такое подстраивание параметров лазерной резки во время проведения стадии резки может быть проведено в автоматическом режиме при использовании устройства лазерной резки. Также оно может быть проведено и оператором в ручном режиме.
Например, характеризующаяся уменьшенным количеством алюминия зона 20 соответствует свариваемой кромке листовой стали с предварительно нанесенным покрытием 1, то есть, зоне периферийной кромке 12, где листовая сталь с предварительно нанесенным покрытием 1 предназначена для сварки с еще одной листовой сталью. В данном случае характеризующаяся уменьшенным количеством алюминия зона 20 предназначена для включения в сварное соединение.
Вариант осуществления, в котором характеризующаяся уменьшенным количеством алюминия зона 20 соответствует свариваемой кромке листовой стали с предварительно нанесенным покрытием 1, будет в особенности выгодным в случае предназначения листовой стали с предварительно нанесенным покрытием 1, представляющей собой результат проведения операции лазерной резки, только для сварки с еще одной листовой сталью по упомянутой характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоне 20 поверхности резаной кромки 13. Действительно, в таком случае он в результате приведет к получению тех же самых преимуществ в том, что касается твердости сварного соединения, как и в случае характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны 20, простирающейся по всей длине поверхности резаной кромки 13. Однако, производительность может быть увеличена еще больше, поскольку для одной и той же мощности лазера может быть использована более высокая скорость лазерной резки в областях, которые не предназначены для исполнения функции части сварного соединения, и где как следствие контролируемое выдерживание поверхностной долевой концентрации алюминия не является настолько же важным, как в характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоне 20, которая предназначена для исполнения функции части сварного соединения.
Изобретение также относится к листовой стали с предварительно нанесенным покрытием 1, которая может быть получена при использовании раскрытого выше способа. Данная листовая сталь с предварительно нанесенным покрытием 1 была описана выше при обращении к фигуре 2.
Использование лазерной резки в результате приводит к получению конкретной геометрии поверхности резаной кромки 13. Действительно, оно в результате приводит к плавлению материала подложки 3 и предварительно нанесенного покрытия 5 на поверхности резаной кромки 13, который после этого повторно затвердевает, формируя бороздки от затвердевания, также называемые рябинами от затвердевания, интервал разнесения между которыми зависит, в частности, от скорости лазерной резки, природы и давления вспомогательного газа. Поэтому листовая сталь с предварительно нанесенным покрытием 1 включает на поверхности резаной кромки 13, в том числе в характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоне 20, множество бороздок или рябин от затвердевания.
Кроме того, листовая сталь с предварительно нанесенным покрытием 1 включает зону термического воздействия на поверхности резаной кромки 13. Данная зона термического воздействия представляет собой результат нагревания поверхности резаной кромки 13 во время проведения лазерной резки. Ее можно наблюдать при использовании обыкновенных средств детектирования присутствия зоны термического воздействия, например, в результате проведения измерений микро- или нанотвердости или в результате проведения металлографических наблюдений после проведения адаптированного декапирования.
Кроме того, листовая сталь с предварительно нанесенным покрытием 1 характеризуется поверхностной долевой концентрацией алюминия в области подложки 14 характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны 20, заключенной в пределах диапазона между 0,3% и 6%.
Изобретение также относится к способу изготовления сварной заготовки, включающему стадии:
- производства первой и второй листовых сталей с предварительно нанесенными покрытиями 1, при этом по меньшей мере одну из числа первой и второй листовых сталей с предварительно нанесенными покрытиями 1, а предпочтительно первую и вторую листовые стали с предварительно нанесенными покрытиями 1, производят при использовании способа, который соответствует представленному выше раскрытию изобретения;
- стыковой сварки первой и второй листовых сталей с предварительно нанесенными покрытиями 1 в целях создания сварного соединения между упомянутыми листовыми сталями 1 и получения сварной заготовки.
Стадия стыковой сварки включает стадию компонования первой и второй листовых сталей с предварительно нанесенными покрытиями 1 таким образом, чтобы характеризующаяся уменьшенным количеством алюминия зона 20 по меньшей мере одного из листов с предварительно нанесенными покрытиями 1 была бы обращена к кромке, а предпочтительно характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоне 20, другого листа 1.
Сварное соединение между упомянутыми первой и второй листовыми сталями с предварительно нанесенными покрытиями 1 получают в результате плавления их обращенных друг к другу кромок, а, в частности, между их двумя характеризующимися уменьшенным количеством алюминия зонами 20.
Сварка в выгодном случае является лазерной сваркой.
Сваркой может быть автогенная сварка, то есть, без добавления присадочного материала, например, в форме проволоки или порошка.
В соответствии с одним альтернативным вариантом, сварку проводят при использовании надлежащего присадочного материала, в частности, присадочных проволоки или порошка. Присадочные проволока или порошок, в частности, включают аустенитообразующие элементы таким образом, чтобы сбалансировать ферритообразующее и/или интерметаллическое соединение, создающее эффект от алюминия из предварительно нанесенного покрытия 5'.
В выгодном случае, как это продемонстрировано на фигуре 5, до проведения стыковой сварки для каждой из листовых сталей с предварительно нанесенными покрытиями 1 слой металлического сплава 11' удаляют по меньшей мере на одной лицевой поверхности 4' листовой стали с предварительно нанесенным покрытием 1 по зоне удаления 25, которая является примыкающей к характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоне 20 рассматриваемой листовой стали с предварительно нанесенным покрытием 1, и во время проведения стадии стыковой сварки листовые стали с предварительно нанесенными покрытиями 1 сваривают на соответствующих кромках, с которых удалили слой металлического сплава 11'.
Удаление слоя металлического сплава 11' в выгодном случае проводят в результате проведения лазерной абляции, которая соответствует раскрытию изобретения в предшествующей заявке WO 2007/118939.
Ширина зоны удаления 25 на каждой из листовых сталей 1, например, заключена в пределах диапазона между 0,2 и 2,2 мм.
Предпочтительно стадию удаления проводят таким образом, чтобы удалить только слой металлического сплава 11' при одновременном сохранении слоя интерметаллического сплава 9'. Поэтому слой интерметаллического сплава 9' остается в зоне удаления по по меньшей мере части своей высоты. В данном случае слой остаточного интерметаллического сплава 9' защищает площади сварной заготовки, непосредственно примыкающие к сварному соединению, от окисления и обезуглероживания во время проведения последующих стадий горячей формовки и от корродирования на протяжении срока службы во время использования.
Необязательно способ изготовления сварной заготовки включает стадию крацевания кромки листовой стали с предварительно нанесенным покрытием 1, которая должна быть сварена по меньшей мере одной из числа первой и второй листовых сталей с предварительно нанесенными покрытиями 1, а предпочтительно как первой, так и второй листовых сталей с предварительно нанесенными покрытиями 1, до проведения стадии сварки.
В случае включения в способ удаления слоя металлического сплава 11' до проведения сварки крацевание предпочтительно будут проводить после проведения данной стадии удаления. В данном случае крацевание удаляет следовые количества алюминия, которые могли быть разбрызганы во время проведения операции удаления на кромку стали 1, которая должна быть сварена. Такое разбрызгивание может, в частности, иметь место при осуществлении удаления в результате проведения лазерной абляции. Такие брызги характеризуются относительно низким приставанием к кромке и поэтому могут быть удалены относительно легко в результате проведения крацевания. Поэтому крацевание дополнительно уменьшает уровень содержания алюминия в сварном соединении.
Изобретение также относится к способу изготовления упрочненной под прессом стальной детали, включающему стадии:
- производства сварной заготовки при использовании способа, который соответствует представленному выше раскрытию изобретения;
- нагревания сварной заготовки таким образом, чтобы получить по меньшей мере частично аустенитную структуру в листовых сталях 1, формирующих сварную заготовку;
- горячей формовки сварной заготовки в прессе таким образом, чтобы получить стальную деталь; и
- охлаждения стальной детали в прессе таким образом, чтобы получить упрочненную в прессе стальную деталь.
Говоря более конкретно, сварную заготовку нагревают до температуры, которая является большей, чем верхняя температура аустенитного превращения Ас3 для листовых сталей 1.
Во время проведения стадии охлаждения скорость охлаждения в выгодном случае является равной или большей в сопоставлении с критической скоростью охлаждения листовых сталей с точки зрения мартенситного или бейнитного превращений.
Изобретатели настоящего изобретения провели следующие далее эксперименты.
Листовые стали с предварительно нанесенными покрытиями 1 отрезали от стальных полос с предварительно нанесенным покрытием в результате проведения лазерной резки при использовании углекислотного лазера совместно с азотом в качестве вспомогательного газа и при использовании различных линейных энергий лазерной резки. Листовые стали с предварительно нанесенными покрытиями 1 характеризовались наличием прямоугольного профиля.
Для каждой линейной энергии лазерной резки изобретатели измеряли поверхностную долевую концентрацию алюминия в области подложки 14 поверхности резаной кромки 13.
Измерения проводили на основании изображений рассматриваемой поверхности кромки, полученных при использовании сканирующего электронного микроскопа, используя следующие далее параметры:
увеличение: × 60;
длина анализа: 3 мм;
энергия электронного пучка: между 15 и 25 кэВ.
Эксперименты проводили при использовании углекислотного лазера, характеризующегося мощностью 4 кВт. Давление азота было заключено в пределах диапазона между 2 и 18 бар.
Стальные полосы 2 с предварительно нанесенным покрытием являются стальными полосами, характеризующимися наличием определенного состава и имеющими предварительно нанесенное покрытие, которые соответствуют представленному выше раскрытию изобретения.
Говоря более конкретно, стальная полоса 2 содержит, при выражении через % (масс.):
C: 0,22%,
Mn: 1,16%,
Al: 0,03%,
Si: 0,26%,
Cr: 0,17%,
B: 0,003%,
Ti: 0,035%,
S: 0,001%,
N: 0,005%,
при этом остаток представляет собой железо и возможные примеси, получающиеся в результате разработки.
Данная сталь известна под коммерческим наименованием Usibor 1500.
Предварительно нанесенное покрытие 5 получали при нанесении покрытия в результате погружения в расплав стальной полосы 2 в ванне расплавленного металла.
Слой металлического сплава предварительно нанесенного покрытия 5 содержал, при расчете на массу:
Si: 9%,
Fe: 3%,
при этом остаток состоит из алюминия и возможных примесей, получающихся в результате разработки.
Слой металлического сплава характеризовался средней полной толщиной 20 мкм.
Слой интерметаллического сплава содержал интерметаллические соединения, относящиеся к типу Fex-Aly, и главным образом Fe2Al3, Fe2Al5 и FexAlySiz. Он характеризуется средней толщиной 5 мкм.
Стальная полоса имеет толщину 1,5 мм.
Фигура 6 представляет собой график, демонстрирующий поверхностную долевую концентрацию алюминия (долю Al) в области подложки 14 рассматриваемой поверхности резаной кромки 13 листовой стали с предварительно нанесенным покрытием 1 в зависимости от линейной энергии лазерной резки в данной серии экспериментов.
Как это можно видеть на фигуре 6, для линейной энергии лазерной резки, составляющей строго менее, чем 0,6 кДж/см, поверхностная долевая концентрация алюминия в области подложки 14 рассматриваемой поверхности кромки 13, представляющая собой результат лазерной резки, составляет строго более, чем 6%.
Наоборот, для линейной энергии лазерной резки, являющейся равной или большей 0,6 кДж/см, поверхностная долевая концентрация алюминия на поверхности резаной кромки 13 становится меньшей или равной приблизительно 6%. Кроме того, она является большей или равной 0,3 кДж/см.
Для линейной энергии резки, являющейся равной 1,20 кДж/см, поверхностная долевая концентрация алюминия в области подложки 14 поверхности резаной кромки 13 заключена даже в пределах диапазона между 0,3% и 4,5%.
Поэтому изобретатели неожиданно для себя обнаружили то, что лазерная резка стальной полосы 2 с предварительно нанесенным покрытием при использовании линейных энергий резки, являющихся равными или большими 0,6 кДж/см, в результате приводит к получению в особенности маленьких количеств алюминия, осажденного на поверхности резаной кромки 13 вследствие проведения операции лазерной резки.
Кроме того, согласно наблюдениям изобретателей аналогичные результаты могут быть получены и в случае использования других типов инертного газа, а, в частности, аргона.
Изобретатели, кроме того, провели эксперименты, в которых две листовые стали с предварительно нанесенными покрытиями 1, соответствующие изобретению, подвергали стыковой сварке совместно друг с другом в результате проведения автогенной лазерной сварки, то есть, без использования присадочных проволоки или порошка, в целях получения сварной заготовки, и таким образом полученную сварную заготовку подвергали горячей формовке и упрочнению под прессом для производства упрочненной под прессом стальной детали.
Как это демонстрируют измерения твердости, проведенные в отношении сварного соединения таким образом полученных стальных деталей, сварное соединение характеризуется твердостью, которая является большей, чем твердость, которая была бы получена при использовании листовых сталей с предварительно нанесенными покрытиями, которые не соответствуют изобретению, и которые, например, были получены в результате проведения лазерной резки при использовании меньшей линейной энергии лазерной резки.
Поэтому способ, соответствующий изобретению, является выгодным, поскольку в сварном шве не обнаруживается какого-либо падения относительной твердости.
Действительно, вследствие возможности получения долевой концентрации алюминия, являющейся меньшей или равной 6%, на поверхности кромки, которая должна быть сварена с другой листовой сталью с предварительно нанесенным покрытием, упрочненные под прессом стальные детали, полученные из таких листовых сталей с предварительно нанесенными покрытиями, будут обладать улучшенными механическими свойствами в сопоставлении с тем, что имеет место для листовых сталей с предварительно нанесенными покрытиями, характеризующихся поверхностной долевой концентрацией алюминия, которая составляет более, чем 6%, на их поверхностях кромки.
Помимо этого, получение поверхностной долевой концентрации алюминия, составляющей менее, чем 0,3%, в области подложки 14 поверхности кромки было бы чрезмерно дорогостоящим с экономической точки зрения.
В особенности удовлетворительные механические свойства сварного соединения могут быть получены в случае по меньшей мере частичного удаления до проведения сварки покрытия листовых сталей с предварительно нанесенными покрытиями 1 вдоль кромок, которые должны быть сварены, как это было описано прежде, и/или в случае использования присадочных проволоки или порошка, содержащих аустенитообразующие элементы. Такие механические свойства будут в особенности важными в случае деталей, предназначенных для формовки деталей для предотвращения несанкционированного проникновения, конструкционных деталей или деталей, которые вносят свой вклад в безопасность механических транспортных средств.
Кроме того, такие детали могут быть получены при высокой производительности, поскольку не требуются какие-либо дополнительные операции в целях удаления следовых количеств алюминия, присутствующего на поверхности резаной кромки, до проведения операции сварки.
Способ, соответствующий изобретению, является, кроме того, в особенности выгодным в том, что касается увеличения производительности, поскольку он делает возможным значительное уменьшение количества алюминия, присутствующего в области подложки 14 поверхности резаной кромки вследствие проведения лазерной резки, только в результате контролируемого выдерживания линейной энергии лазерной резки в пределах заданного диапазона.
В особенности интересным является использование в качестве вспомогательных газов азота, аргона, либо в чистом виде, либо в виде смесей аргон/азот, поскольку данные газы являются относительно недорогостоящими, в частности, в сопоставлении с гелием. Также интересными являются смеси из азота и/или аргона с гелием, поскольку они являются менее дорогостоящими в сопоставлении с чистым гелием.
Совершенно неожиданным является то, что контролируемое выдерживание линейной энергии во время проведения лазерной резки в пределах предварительно определенного диапазона уменьшает количество алюминия в области подложки 14 поверхности резаной кромки 13. Кроме того, неожиданной является возможность улучшения совокупной производительности при одновременном использовании линейной энергии для проведения линейной резки, которая, собственно говоря, является большей, чем линейные энергии, которые обычно были бы воплощены. Действительно, для одной и той же мощности лазера увеличенная линейная энергия может быть получена только в результате относительного уменьшения скорости резки.
1. Способ производства листовой стали (1) с предварительно нанесенным покрытием, включающий следующие последовательные стадии:
получение стальной полосы (2) с предварительно нанесенным покрытием, содержащей стальную подложку (3), имеющую на по меньшей мере одной из своих основных лицевых поверхностей предварительно нанесенное покрытие (5), при этом предварительно нанесенное покрытие (5) содержит слой интерметаллического сплава (9) и слой металлического сплава (11), простирающийся поверх слоя интерметаллического сплава (9), причем слой металлического сплава (11) является слоем алюминия, слоем алюминиевого сплава или слоем сплава на алюминиевой основе;
лазерную резку стальной полосы (2) с предварительно нанесенным покрытием таким образом, чтобы получить по меньшей мере одну листовую сталь (1) с предварительно нанесенным покрытием, при этом листовая сталь (1) с предварительно нанесенным покрытием имеет поверхность резаной кромки (13), представляющую собой результат проведения операции резки, причем поверхность резаной кромки (13) содержит участок подложки (14) и участок предварительно нанесенного покрытия (15), при этом толщина листовой стали (1) с предварительно нанесенным покрытием составляет 1-5 мм,
отличающийся тем, что лазерную резку проводят таким образом, чтобы она в результате непосредственно приводила бы к получению характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны (20) поверхности резаной кромки (13), простирающейся по всей высоте (h) поверхности резаной кромки (13) и по длине, являющейся меньшей или равной в сопоставлении с длиной поверхности резаной кромки (13), при этом доля поверхности алюминия в области подложки (14) указанной зоны (20) поверхности резаной кромки (13), представляющей собой непосредственный результат проведения операции лазерной резки, составляет 0,3-6 %,
при этом по указанной характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоне (20) поверхности резаной кромки (13) лазерную резку проводят при давлении инертного газа в качестве вспомогательного газа, составляющем 2-18 бар, совместно с линейной энергией лазерной резки, являющейся большей или равной 0,6 кДж/см.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что инертный газ выбирают из числа азота, гелия, аргона или смесей из данных газов.
3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что лазерную резку проводят при использовании углекислотного лазера.
4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что лазерную резку проводят при использовании твердотельного лазера.
5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что твердотельный лазер является лазером, относящимся к АИГ-неодимовому типу, дисковым лазером, полупроводниковым диодным лазером или волоконным лазером.
6. Способ по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что толщина листовой стали (1) с предварительно нанесенным покрытием заключена в пределах диапазона между 1,0 мм и 3,0 мм.
7. Способ по п. 6, в отличающийся тем, что толщина листовой стали (1) с предварительно нанесенным покрытием заключена в пределах диапазона между 1,0 и 2,5 мм.
8. Способ по любому из пп. 1-7, отличающийся тем, что толщина предварительно нанесенного покрытия (5) заключена в пределах диапазона между 19 мкм и 33 мкм.
9. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что характеризующаяся уменьшенным количеством алюминия зона (20) простирается по всей длине поверхности резаной кромки (13).
10. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что длина характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны (20) является строго меньшей, чем полная длина поверхности резаной кромки (13).
11. Способ изготовления сварной заготовки, включающий следующие стадии:
производство первой и второй листовых сталей (1) с предварительно нанесенным покрытием (1), при этом по меньшей мере одну из числа первой и второй листовых сталей (1) с предварительно нанесенным покрытием производят способом по любому из пп. 1-10;
стыковую сварку первой и второй листовых сталей (1) с предварительно нанесенным покрытием для создания сварного соединения между упомянутыми листовыми сталями (1) и получения сварной заготовки, при этом стыковая сварка включает стадию компонования первой и второй листовых сталей (1) с предварительно нанесенным покрытием таким образом, чтобы характеризующаяся уменьшенным количеством алюминия зона (20) по меньшей мере одной из листовых сталей (1) с предварительно нанесенным покрытием была бы обращена к кромке другой листовой стали (1) с предварительно нанесенным покрытием.
12. Способ по п. 11, отличающийся тем, что во время проведения стадии стыковой сварки первую и вторую листовые стали (1) с предварительно нанесенным покрытием компонуют таким образом, чтобы характеризующаяся уменьшенным количеством алюминия зона (20) по меньшей мере одной из листовых сталей (1) с предварительно нанесенным покрытием была бы обращена к характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоне (20) другой листовой стали (1) с предварительно нанесенным покрытием.
13. Способ по п. 11 или 12, отличающийся тем, что сварка представляет собой операцию лазерной сварки.
14. Способ по любому из пп. 11-13, отличающийся тем, что до проведения стадии стыковой сварки осуществляют стадию удаления с каждой из первой и второй листовых сталей (1) с предварительно нанесенным покрытием слоя металлического сплава (11’) в зоне удаления (25), примыкающей к характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоне (20) соответствующей листовой стали (1) с предварительно нанесенным покрытием, при этом во время проведения стадии стыковой сварки листовые стали (1) с предварительно нанесенным покрытием сваривают по их кромкам, где слой металлического сплава (11’) был удален.
15. Способ по п. 14, отличающийся тем, что удаление слоя металлического сплава (11) проводят при использовании лазерного пучка.
16. Способ по п. 14 или 15, отличающийся тем, что во время проведения стадии удаления слой интерметаллического сплава (9’) остается в зоне удаления (25) по меньшей мере на участке своей высоты.
17. Способ по любому из пп. 11-16, отличающийся тем, что лазерную сварку проводят при добавлении присадочных проволоки или порошка.
18. Способ по п. 17, отличающийся тем, что присадочные проволока или порошок содержат аустенитообразующие легирующие элементы.
19. Способ изготовления упрочненной под прессом стальной детали, включающий следующие далее стадии:
осуществление способа по любому из пп. 11-18 для получения сварной заготовки;
нагрев сварной заготовки таким образом, чтобы получить по меньшей мере частично аустенитную структуру в листовых сталях (1) с предварительно нанесенным покрытием, образующих сварную заготовку;
горячую формовку сварной заготовки в прессе для получения формованной в прессе стальной детали; и
охлаждение стальной детали в прессе таким образом, чтобы получить упрочненную под прессом стальную деталь.
20. Способ по п. 19, отличающийся тем, что указанная скорость охлаждения является равной или большей критической скорости охлаждения для мартенситного или бейнитного превращения для указанных стальных листов (1).
21. Листовая сталь (1) с предварительно нанесенным покрытием, содержащая:
участок стальной подложки (3’), имеющий на по меньшей мере одной из своих лицевых поверхностей участок предварительно нанесенного покрытия (5’), при этом участок предварительно нанесенного покрытия (5’) включает участок слоя интерметаллического сплава (9’) и участок слоя металлического сплава (11’), простирающийся поверх участка слоя интерметаллического сплава (9’), причем участок слоя металлического сплава (11’) представляет собой слой алюминия, слой алюминиевого сплава или слой сплава на алюминиевой основе, при этом толщина листовой стали (1) с предварительно нанесенным покрытием составляет 1-5 мм; и
по меньшей мере одну поверхность резаной лазером кромки (13), простирающуюся между лицевыми поверхностями (4’) листовой стали (1) с предварительно нанесенным покрытием и включающую область подложки (14) и по меньшей мере одну область предварительно нанесенного покрытия (15),
при этом листовая сталь (1) с предварительно нанесенным покрытием содержит на поверхности резаной лазером кромки (13) бороздки от затвердевания,
при этом поверхность резаной лазером кромки (13) содержит характеризующуюся уменьшенным количеством алюминия зону (20), простирающуюся по всей высоте (h) поверхности резаной лазером кромки (13) и по длине, являющейся меньшей или равной в сопоставлении с длиной поверхности резаной лазером кромки (13), при этом доля поверхности алюминия в области подложки (14) указанной зоны (20) составляет 0,3-6 %.
22. Листовая сталь по п. 21, отличающаяся тем, что характеризующаяся уменьшенным количеством алюминия зона (20) простирается по всей длине поверхности резаной кромки (13).
23. Листовая сталь по п. 21, отличающаяся тем, что длина характеризующейся уменьшенным количеством алюминия зоны (20) является строго меньшей, чем полная длина поверхности резаной кромки (13).
