СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СТАЛЬНОЙ ДЕТАЛИ С ПОКРЫТИЕМ Российский патент 2023 года по МПК C21D8/04 B32B15/00 C21D9/48 C21D1/74 C23C2/40 C23C28/00 B82Y30/00 

Изобретение относится к способу закалки под прессом, включающему в себя получение стального листа, на который нанесено антикоррозионное предварительное покрытие, над которым непосредственно располагается предварительное покрытие, являющееся барьером для водорода, лучше ингибирующее абсорбцию водорода, а также относится к детали, обладающей превосходной стойкостью к замедленному разрушению. Данное изобретение особенно хорошо подходит для изготовления автомобильных транспортных средств.

Стальной лист с покрытием для закалки под прессом иногда называют листом «с предварительным покрытием», при этом данное определение показывает, что перед штамповкой в ходе термообработки будет иметь место преобразование характера предварительного покрытия. Может иметься несколько предварительных покрытий. В настоящем изобретении раскрыты два предварительных покрытия.

Известно, что в определённых вариантах применения, особенно в автомобильной области, требуются металлические структуры, дополнительно облегчённые и упрочнённые на случай удара, а также обладающие хорошей способностью к вытяжке. Для этой цели обычно используют стали, обладающие улучшенными механическими свойствами, при этом такую сталь формуют способом холодной или горячей штамповки.

Однако известно, что подверженность к замедленному разрушению увеличивается с повышением механической прочности, в частности, после осуществления определённых операций холодного или горячего формования, поскольку после деформации склонны оставаться высокие остаточные напряжения. В сочетании с атомарным водородом, возможно, присутствующим в стальном листе, указанные напряжения склонны к развитию замедленного разрушения, то есть разрушения, которое происходит в определённый момент после самой деформации. Водород может постепенно накапливаться за счёт диффузии в дефекты кристаллической решётки, такие как границы раздела матрица/включение, двойные границы и границы зёрен. В случае последних из упомянутых дефектов водород может становиться вредным при достижении им критической концентрации по истечении определённого периода времени. Указанное замедление является результатом наличия поля распределения остаточного напряжения и закономерностью кинетики диффузии водорода, при этом коэффициент диффузии водорода при комнатной температуре является низким. В дополнение к этому, водород, локализованный на границах зёрен, ослабляет их когезию и способствует отложенному появлению межзёренных трещин.

Некоторые детали производят путём предварительного формирования сплава на стальном листе с покрытием на основе алюминия, а затем горячего формования стального листа с предварительным сплавным покрытием. Обычно указанные детали имеют фактически неудовлетворительные характеристики, касающиеся абсорбции водорода при отжиге в периодическом режиме и горячей штамповке. Действительно, поскольку отжиг в периодическом режиме осуществляют в течение нескольких часов, большое количество водорода может абсорбироваться конкретно при отжиге в периодическом режиме.

В заявке на европатент EP3396010 раскрыт способ изготовления покрытого Al-Fe сплавом стального листа для горячего формования, при этом покрытый Al-Fe сплавом стальной лист обладает высокой стойкостью к замедленному водородному разрушению и отделению слоя покрытия, а также очень хорошей свариваемостью, данный способ включает в себя:

- формирование слоя Al-Si покрытия на поверхности основного стального листа,

- нагревание покрытого Al-Si-сплавом основного стального листа до максимальной температуры термообработки, находящейся в диапазоне от 450°C до 750°C, со скоростью нагрева от 1°C/ч до 500°C/ч в нагревательной печи, в которой присутствует атмосфера с точкой росы ниже -10°C; и

- формирование слоя покрытия из Al-Fe-сплава на поверхности основного стального листа путём выдерживания основного стального листа, покрытого сплавом Al-Si, при максимальной температуре термообработки в течение периода времени от 1 до 100 часов.

Атмосферу процесса отжига в периодическом режиме и условия термообработки регулируют с целью получения конкретной микроструктуры и достижения характеристик слоя Al-Fe для предотвращения замедленного водородного разрушения.

Действительно, в указанной заявке на патент раскрыт стальной лист для горячего формования с покрытием из сплава алюминий-железо (Al-Fe), имеющий высокую стойкость к замедленному водородному разрушению и отделению слоя покрытия, а также очень хорошую свариваемость, причём покрытый Al-Fe-сплавом стальной лист заключает в себе основной стальной лист и слой сплавного покрытия, образующегося между основным стальным листом и оксидным слоем, при этом слой сплавного покрытия содержит:

Al-Fe сплавной слой I, образующийся на основном стальном листе и характеризующийся твёрдостью по Виккерсу, составляющей от 200 HV до 800 HV;

Al-Fe сплавной слой III, образующийся на Al-Fe сплавном слое I и характеризующийся твёрдостью по Виккерсу, составляющей от 700 HV до 1200 HV; и

Al-Fe сплавной слой II, образующийся в Al-Fe сплавном слое III непрерывно или прерывисто в направлении длины стального листа и характеризующийся твёрдостью по Виккерсу, составляющей от 400 HV до 900 HV,

при этом среднее содержание кислорода на глубине 0,1 мкм от поверхности оксидного слоя составляет 20% масс. или меньше.

Однако на практике очень трудно получать покрытый алюминий-железным сплавом стальной лист, имеющий конкретную микроструктуру и характеристики. Действительно, раскрыт широкий диапазон точек росы и скорости нагрева. Таким образом, существует риск того, что конкретное Al-Fe-сплавное покрытие получают не во всём диапазоне, а это приводит к реализации значительных усилий исследователей для нахождения правильных параметров.

Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в разработке простого для воплощения способа, в котором предотвращается абсорбция водорода в предварительно покрытом сплавом на основе алюминия стальном листе и, следовательно, в детали, подвергаемой закалке под прессом. Способ нацелен на обеспечение доступности изготовления детали, характеризующейся превосходной стойкостью к замедленному разрушению, что достигается при помощи упомянутого способа закалки под прессом, включающего в себя горячее формование.

Указанная задача достигается путём разработки способа закалки под прессом, включающего в себя следующие стадии:

А. получают стальной лист для термообработки, на который заранее нанесено антикоррозионное предварительное покрытие на основе цинка или алюминия,

В. наносят предварительное покрытие толщиной от 10 до 550 нм, являющееся барьером для водорода,

С. отжигают стальной лист с предварительными покрытиями в периодическом режиме для получения предварительно покрытого сплавом стального листа, причём охлаждение после отжига в периодическом режиме осуществляют со скоростью 29,0 °C⋅ч^-1 или меньше,

D. разрезают предварительно покрытый сплавом стальной лист для получения заготовки,

E. выполняют термообработку заготовки для получения полностью аустенитной микроструктуры в стали,

F. переносят заготовку в прессовый штамп,

G. выполняют горячее формование заготовки для получения детали,

H. охлаждают деталь, полученную на стадии G), с целью образования в стали микроструктуры, являющейся мартенситной или мартенситно-бейнитной или состоящей, по меньшей мере, из 75% объёмных долей равноосного феррита, 5 - 20% об. мартенсита и бейнита в количестве 10% об. или меньше.

Действительно, в отсутствие стремления быть связанными какой-либо теорией, авторы настоящего изобретения неожиданно обнаружили, что в случае, когда на стальной лист заранее нанесено предварительное покрытие, являющееся барьером для водорода, и когда охлаждение после отжига в периодическом режиме осуществляют со скоростью 29,0°C⋅ч^-1 или меньше, снижается абсорбция водорода в стальном листе. В реальности полагают, что благодаря предварительному покрытию, являющемуся барьером для водорода, на его поверхности с низкой скоростью образуются термодинамически стабильные оксиды. Указанные термодинамически стабильные оксиды снижают абсорбцию H₂. Кроме того, оказывается, что, поскольку атмосфера является окислительной, в предварительном антикоррозионном покрытии на основе цинка или алюминия также образуются внешние оксиды, что приводит к образованию более толстого слоя оксидов на поверхности стального листа с предварительными покрытиями. Наконец, оказывается, что медленное охлаждение после отжига в периодическом режиме позволяет высвобождать небольшие количества водорода, который мог каким-либо образом абсорбироваться при таком отжиге.

На стадии A) используемый стальной лист изготовляют из стали для термообработки, описанной в Евростандарте EN 10083. Она может характеризоваться сопротивлением разрыву, составляющим свыше 500 МПа, предпочтительно, от 500 до 2000 МПа, до термообработки или после неё.

Массовый состав стального листа предпочтительно является следующим: 0,03% ≤ C ≤ 0,50%; 0,3% ≤ Mn ≤ 3,0%; 0,05% ≤ Si ≤ 0,8%; 0,015% ≤ Ti ≤ 0,2%; 0,005% ≤ Al ≤ 0,1%; 0% ≤ Cr ≤ 2,50%; 0% ≤ S ≤ 0,05%; 0% ≤ P≤ 0,1%; 0% ≤ B ≤ 0,010%; 0% ≤ Ni ≤ 2,5%; 0% ≤ Mo ≤ 0,7%; 0% ≤ Nb ≤ 0,15%; 0% ≤ N ≤ 0,015%; 0% ≤ Cu ≤ 0,15%; 0% ≤ Ca ≤ 0,01%; 0% ≤ W ≤ 0,35%, при этом остальное представляет собой железо и неизбежные примеси в процессе производства стали.

Например, стальной лист является листом из стали 22MnB5 следующего состава: 0,20% ≤ C ≤ 0,25%; 0,15% ≤ Si ≤ 0,35%; 1,10% ≤ Mn ≤ 1,40%; 0% ≤ Cr ≤ 0,30%; 0% ≤ Mo ≤ 0,35%; 0% ≤ P ≤ 0,025%; 0% ≤ S ≤ 0,005%; 0,020% ≤ Ti ≤ 0,060%; 0,020% ≤ Al ≤ 0,060%; 0,002% ≤ B ≤ 0,004%, при этом остальное представляет собой железо и неизбежные примеси в процессе производства стали.

Стальной лист может являться листом из стали Usibor®2000 следующего состава: 0,24% ≤ C ≤ 0,38%; 0,40% ≤ Mn ≤ 3%; 0,10% ≤ Si ≤ 0,70%; 0,015% ≤ Al ≤ 0,070%; 0 % ≤ Cr ≤ 2%; 0,25% ≤ Ni ≤ 2%; 0,020% ≤ 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%; подразумевается, что содержание титана и азота удовлетворяет соотношению Ti/N > 3,42 и что содержание углерода, марганца, хрома и кремния соответствует выражению:

при этом состав оптимально включает в себя один или несколько из следующих элементов: 0,05% ≤ Mo ≤ 0,65%; 0,001% ≤ W ≤ 0,30%; 0,0005% ≤ Ca ≤ 0,005%, причём остальное представляет собой железо и неизбежные примеси в процессе производства стали.

Например, стальной лист является листом из стали Ductibor®500 следующего состава: 0,040% ≤ C ≤ 0,100%; 0,80% ≤ Mn ≤ 2,00%; 0% ≤ Si ≤ 0,30%; 0% ≤ S ≤ 0,005%; 0% ≤ P ≤ 0,030%; 0,010% ≤ Al ≤ 0,070%; 0,015% ≤ Nb ≤ 0,100%; 0,030% ≤ Ti ≤ 0,080%; 0% ≤ N ≤ 0,009%; 0% ≤ Cu ≤ 0,100%; 0% ≤ Ni ≤ 0,100%; 0% ≤ Cr ≤ 0,100%; 0% ≤ Mo ≤ 0,100%; 0% ≤ Ca ≤ 0,006%, при этом остальное представляет собой железо и неизбежные примеси в процессе производства стали.

Стальной лист можно получать горячей прокаткой и, необязательно, холодной прокаткой, в зависимости от желаемой толщины, которая может составлять, например, от 0,7 до 3,0 мм.

Необязательно, на стадии B) предварительное покрытие, являющееся барьером для водорода, содержит необязательные элементы, выбранные из Sr, Sb, Pb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Zr или Bi, причём массовое содержание каждого дополнительного элемента составляет ниже 0,3% масс.

Предпочтительно, на стадии B), предварительное покрытие, являющееся барьером для водорода, содержит, по меньшей мере, один элемент, выбранный из числа следующих: никель, хром, алюминий, магний и иттрий.

Предпочтительно на стадии B) предварительное покрытие, являющееся барьером для водорода, состоит из никеля и хрома, т.e. предварительное покрытие, являющееся барьером для водорода, содержит никель, хром и неизбежные примеси. Предпочтительно, массовое отношение Ni/Cr составляет от 1,5 до 9. Действительно, в отсутствие стремления быть связанными какой-либо теорией полагают, что данное конкретное отношение дополнительно снижает абсорбцию водорода в ходе обработки для аустенизации.

В другом предпочтительном варианте осуществления предварительное покрытие, являющееся барьером для водорода, состоит из никеля и алюминия, т.e. предварительное покрытие, являющееся барьером для водорода, содержит Ni, Al и неизбежные примеси.

В ещё одном предпочтительном варианте осуществления предварительное покрытие, являющееся барьером для водорода, на 50% или 75%, или 90% масс. состоит из хрома. Более предпочтительно, оно состоит из хрома, т.e. предварительное покрытие, являющееся барьером для водорода, содержит только Cr и необязательные элементы.

В ином предпочтительном варианте осуществления предварительное покрытие, являющееся барьером для водорода, состоит из никеля, алюминия и иттрия, т.e. предварительное покрытие, являющееся барьером для водорода, содержит Ni, Al и Y, а также неизбежные примеси.

В ещё одном предпочтительном варианте осуществления предварительное покрытие, являющееся барьером для водорода, на 50% или 75%, или 90% масс. состоит из магния. Более предпочтительно, оно состоит из магния, т.e. предварительное покрытие, являющееся барьером для водорода, содержит только Mg и неизбежные примеси.

Предпочтительно, на стадии B) предварительное покрытие, являющееся барьером для водорода, имеет толщину от 10 до 550 нм, а более предпочтительно, от 10 до 90 или от 150 до 250 нм. Например, толщина предварительного покрытия, являющегося барьером для водорода, составляет 50, 200 или 400 нм.

В отсутствие стремления к связи с какой-либо теорией оказывается, что в случае, когда толщина предварительного покрытия, являющегося барьером для водорода, составляет меньше 10 нм, существует риск абсорбирования водорода в стали, поскольку предварительное покрытие, являющееся барьером для водорода, не охватывает стальной лист в достаточной степени. Если толщина предварительного покрытия, являющегося барьером для водорода, составляет больше 550 нм, оказывается, существует риск того, что предварительное покрытие, являющееся барьером для водорода, становится более хрупким, и того, что начинается абсорбция водорода вследствие хрупкости предварительного покрытия, являющегося барьером для водорода.

В предпочтительном варианте осуществления предварительное покрытие на основе цинка или алюминия, предназначенное для антикоррозионной цели, базируется на алюминии и содержит меньше 15% Si, меньше 5,0% Fe, необязательно, от 0,1 до 8,0% Mg и, необязательно, от 0,1 до 30,0% Zn, при этом остальное представляет собой Al. Например, предварительное покрытие на основе цинка или алюминия является материалом AluSi®.

В другом предпочтительном варианте осуществления предварительное покрытие на основе цинка или алюминия, предназначенное для антикоррозионной цели, базируется на цинке и содержит меньше 6,0% Al, меньше 6,0% Mg, при этом остальное представляет собой Zn. Например, предварительное покрытие на основе цинка или алюминия является таким цинковым покрытием, чтобы образовывался продукт Usibor® GI.

Предварительное покрытие на основе цинка или алюминия, предназначенное для антикоррозионной цели, также может заключать в себе примеси и остаточные элементы, такие как железо с содержанием до 5,0%, предпочтительно, 3,0% масс.

Предпочтительно, предварительные покрытия стадии B) наносят путём физического осаждения из паровой фазы, электрогальванизации, гальванизации горячим погружением или при помощи валика. Предпочтительно, предварительное покрытие, являющееся барьером для водорода, наносят путём осаждения, индуцированного электронным пучком, или при помощи валика. Предпочтительно, предварительное покрытие на основе цинка или алюминия наносят способом гальванизации горячим погружением.

Необязательно, после нанесения предварительных покрытий можно реализовать пропуск в дрессировочной клети, а он позволяет нагартовывать стальной лист с покрытием и придавать ему шероховатость, облегчающую последующее формование. С целью улучшения, например, адгезионного связывания или коррозионной стойкости можно применять обезжиривание и обработку поверхности.

Предпочтительно, на стадии C) отжиг в периодическом режиме выполняют при температуре от 450 до 750°C, предпочтительно, от 550 до 750°C.

Предпочтительно, на стадии C) атмосфера отжига в периодическом режиме представляет собой воздух или инертный газ.

Предпочтительно, на стадии C) скорость нагрева при отжиге в периодическом режиме равна 5000°C⋅ч^-1 или выше, более предпочтительно, составляет от 10000 до 15000°C⋅ч^-1 или от 20000 до 35000°C⋅ч^-1.

На стадии C) скорость охлаждения равна 29,0°C⋅ч^-1 или ниже, более предпочтительно, равна 27°C⋅ч^-1 или ниже и предпочтительно, составляет от 15 до 27°C⋅ч^-1. Действительно, в отсутствие стремления быть связанными какой-либо теорией полагают, что при скорости выше 29,0°C⋅ч^-1 охлаждение является недостаточно медленным для обеспечения возможности выделения водорода.

Предпочтительно, на стадии C) отжиг в периодическом режиме выполняют в течение периода времени от 1 до 100 часов.

Затем стальной лист с предварительным сплавным покрытием разрезают для получения заготовки.

Термообработку применительно к заготовке осуществляют в печи. Предпочтительно, на стадиях C) и/или E) среда является инертной или имеет окислительную силу, равную или выше силы среды, состоящей из 1% об. кислорода, и равную или меньше силы среды, состоящей из 50% об. кислорода. Атмосфера, в частности, может состоять из N₂ или Ar, или смесей азота или аргона и газообразных окислителей, таких, как например, кислород, смеси CO и CO₂, или смеси H₂ и H₂O. Также можно использовать смеси CO и CO₂, или смеси H₂ и H₂O без добавления инертного газа.

Предпочтительно, на стадиях C) и/или E) среда имеет окислительную силу, равную или выше силы среды, состоящей из 10% об. кислорода, и равную или меньше силы среды, состоящей из 30% об. кислорода. Например, атмосфера представляет собой воздух, т.e. состоит примерно из 78% N₂, примерно 21% O₂ и другого газа, такого как редкие газы, диоксид углерода и метан.

Предпочтительно, на стадиях C) и/или E) точка росы составляет от -30 до +30°C, более предпочтительно, от –20 до +20°C, а предпочтительно, от -15°C до +15°C. Действительно, в отсутствие стремления быть связанными какой-либо теорией полагают, что в случае, когда точка росы находится в вышеуказанном диапазоне, слой термодинамически стабильных оксидов ещё больше снижает абсорбцию H₂ при термообработке.

Предпочтительно, термообработку выполняют при температуре от 800 до 970°C. Более предпочтительно, термообработку выполняют при температуре Tm аустенизации, обычно в диапазоне от 840 до 950°C, предпочтительно от 880 до 930°C. Предпочтительно, упомянутую заготовку выдерживают в течение времени выдержки tm, составляющего от 1 до 12 минут, предпочтительно от 3 до 9 минут. В ходе термообработки перед горячим формованием на предварительных покрытиях образуется сплавной слой, обладающий высокой стойкостью к коррозии, истиранию, износу и усталости.

Механизм абсорбции водорода в стали при температуре окружающей среды отличается от такового при высокой температуре, в частности, в условиях обработки для аустенизации. Действительно, при высокой температуре вода в печи обычно диссоциирует на поверхности стального листа на водород и кислород. В отсутствие стремления быть связанными какой-либо теорией полагают, что предварительное покрытие, являющееся барьером для водорода, и медленное охлаждение после отжига в периодическом режиме могут предотвращать диссоциацию воды на поверхности предварительного покрытия, являющегося барьером для водорода. Это может предотвращать диффузию водорода через покрытие и позволять выделяться водороду, абсорбировавшемуся каким-либо путём.

После термообработки заготовку далее переносят в оборудование для горячего формования и выполняют горячее формование при температуре от 600 до 830°C. Горячее формование может представлять собой горячую штамповку или формование валками. Предпочтительно, заготовку подвергают горячей штамповке. Затем деталь охлаждают в оборудовании для горячего формования или после перемещения её в определённое оборудование для охлаждения.

Скорость охлаждения регулируют в зависимости от состава стали таким образом, что конечная микроструктура после горячего формования содержит в основном мартенсит, предпочтительно, содержит мартенсит или мартенсит и бейнит, или состоит, по меньшей мере, из 75% равноосного феррита, 5 - 20% мартенсита и бейнита в количестве 10% или меньше.

Таким образом, способом горячего формования получают упрочнённую деталь, обладающую превосходной стойкостью к замедленному разрушению, в соответствии с данным изобретением. Предпочтительно, деталь заключает в себе стальной лист переменной толщины, на который нанесены предварительное покрытие, являющееся барьером для водорода, и оксидный слой, содержащий термодинамически стабильные оксиды, причём такое предварительное покрытие, являющееся барьером для водорода, сплавлено со стальным листом посредством диффузии.

Более предпочтительно, деталь заключает в себе стальной лист переменной толщины, на который непосредственно нанесено предварительное покрытие на основе цинка или алюминия, причём на слой указанного покрытия непосредственно нанесены предварительное покрытие, являющееся барьером для водорода, и оксидный слой, содержащий термодинамически стабильные оксиды, при этом такое предварительное покрытие, являющееся барьером для водорода, сплавлено с предварительным покрытием на основе цинка или алюминия посредством диффузии, а указанное предварительное покрытие сплавлено со стальным листом.

В действительности, в отсутствие стремления быть связанными какой-либо теорией оказывается, что при термообработке железо стали диффундирует к поверхности барьерного предварительного покрытия.

Термодинамически стабильные оксиды предпочтительно могут иметь в своём составе, соответственно, Cr₂O₃, FeO, NiO, Fe₂O₃, Fe₃O₄, MgO, Y₂O₃ или их смесь.

При наличии предварительного покрытия на основе цинка оксиды также могут содержать ZnO. При наличии предварительного покрытия на основе алюминия оксиды также могут содержать Al₂O₃ и/или MgAl₂O₄.

Толщина оксидного слоя предпочтительно составляет от 10 до 550 нм.

Предпочтительно, деталь представляет собой передний брус, поперечину сиденья, боковину бруса кузова, поперечную балку панели приборов, укрепление переднего пола, поперечину заднего пола, задний брус, стойку B, дверное кольцо или переднее пассажирское сидение.

Для применения в автомобилях деталь, после стадии фосфатирования, погружают в ванну электроосаждения. Толщина фосфатного слоя обычно составляет от 1 до 2 мкм, а толщина слоя электрофоретического покрытия составляет от 15 до 25 мкм, предпочтительно 20 мкм или меньше. Катафорезный слой обеспечивает дополнительную защиту от коррозии. После стадии нанесения электрофоретического покрытия можно наносить другие слои краски, например, грунтовочный слой краски, базовый слой и верхний слой покрытия.

Перед нанесением электрофоретического покрытия на деталь её предварительно обезжиривают и фосфатируют с целью обеспечения адгезии при катафорезе.

Далее изобретение будет пояснено при помощи проведённых испытаний только для информации. Они не являются ограничивающими.

Примеры

В случае всех образцов использованные стальные листы представляют материал 22MnB5. Состав стали является следующим: C = 0,2252%; Mn = 1,1735%; P = 0,0126%, S = 0,0009%; N = 0,0037%; Si = 0,2534%; Cu = 0,0187%; Ni = 0,0197%; Cr = 0,180%; Sn = 0,004%; Al = 0,0371%; Nb = 0,008%; Ti = 0,0382%; B = 0,0028%; Mo = 0,0017%; As = 0,0023% и V = 0,0284%.

На все стальные листы нанесено первое предварительное антикоррозионное покрытие, называемое далее в настоящем документе “AluSi®”. Указанное предварительное покрытие содержит 9% масс. кремния, 3% масс. железа, при этом остальное представляет собой алюминий. Его наносят способом гальванизации при горячем погружении.

Затем на два испытательных образца наносили второе предварительное покрытие, содержащее 80% Ni и 20% Cr, осаждаемое при помощи магнетронного напыления.

Пример 1: водородное испытание:

Указанное испытание используют для определения количества водорода, абсорбированного в ходе аустенизационной термообработки способа закалки под прессом.

Испытательный образец 1 представляет собой стальной лист, на который нанесено первое предварительное покрытие, являющееся материалом AluSi® (25 мкм). Затем осуществляли отжиг в периодическом режиме при температуре 650°C в течение 5 часов. Скорость нагрева составляла 10800°C⋅ч^-1. Средой отжига в периодическом режиме являлся воздух. Охлаждение после отжига в периодическом режиме выполняли со скоростью 3600°C⋅ч^-1.

Испытательный образец 2 представляет собой стальной лист, на который нанесено первое предварительное покрытие, являющееся материалом AluSi® (25 мкм) и второе предварительное покрытие, содержащее 80% Ni и 20% Cr. Затем осуществляли отжиг в периодическом режиме при температуре 650°C в течение 5 часов. Скорость нагрева составляла 10800°C⋅ч^-1. Средой отжига в периодическом режиме являлся воздух. Охлаждение после отжига в периодическом режиме выполняли со скоростью 3600°C⋅ч^-1.

Испытательный образец 3 представляет собой стальной лист, на который нанесено первое предварительное покрытие, являющееся материалом AluSi® (25 мкм). Затем осуществляли отжиг в периодическом режиме при температуре 650°C в течение 5 часов. Скорость нагрева составляла 10800°C⋅ч^-1. Средой отжига в периодическом режиме являлся воздух. Охлаждение после отжига в периодическом режиме выполняли со скоростью 25°C⋅ч^-1.

Испытательный образец 4 представляет собой стальной лист, на который нанесено первое предварительное покрытие, являющееся материалом AluSi® (25 мкм) и второе предварительное покрытие, содержащее 80% Ni и 20% Cr. Затем осуществляли отжиг в периодическом режиме при температуре 650°C в течение 5 часов. Скорость нагрева составляла 10800°C⋅ч^-1. Средой отжига в периодическом режиме являлся воздух. Охлаждение после отжига в периодическом режиме выполняли со скоростью 25°C⋅ч^-1.

После этого все испытательные образцы разрезали и нагревали при температуре 900°C в течение времени выдержки, равного 3 минутам. Среда в ходе термообработки представляла собой воздух. Заготовки переносили в прессовый штамп и выполняли горячее штампование с целью получения деталей переменной толщины. Затем детали охлаждали путём погружения испытательных образцов в тёплую воду для достижения упрочнения в результате превращения в мартенсит.

Наконец, измеряли количество водорода, абсорбированного испытательными образцами в ходе термообработки, методом термодесорбции с использованием прибора TDA или анализатора термодесорбции. Для этого каждый испытательный образец помещали в кварцевую камеру и медленно нагревали в инфракрасной печи в потоке азота. Выделяющуюся смесь водород/азот улавливали течеискателем и измеряли концентрацию водорода при помощи масс-спектрометра. Полученные результаты приведены в следующей ниже таблице 1:

Испытательные образцы Второе предварительное покрытие Скорость охлаждения (°C⋅ч^-1) Отношение
Ni/Cr Толщина второго предварительного покрытия (нм) Количество H₂
(ч. мас. /млн) 1 - 3600 - 200 1,15 2 Ni/Cr
80/20 3600 4 - 0,75 3 - 25 - 200 0,9 4* Ni/Cr
80/20 25 4 - 0,35

*: примеры согласно изобретению.

Испытательный образец 4, соответствующий настоящему изобретению, выделяет значительно меньшее количество водорода, в сопоставлении со сравнительными примерами.

Изобретение относится к способу получения стальной детали с покрытием. Способ включает следующие стадии: A) обеспечивают стальной лист для термообработки, на который заранее нанесено предварительное покрытие на основе алюминия; B) наносят предварительное покрытие толщиной от 10 до 550 нм, являющееся барьером для водорода, которое содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из числа следующих: никель, хром, магний, алюминий и иттрий; C) отжигают стальной лист с предварительным покрытием в периодическом режиме для получения стального листа, покрытого сплавом в качестве предварительного покрытия, причем охлаждение после отжига в периодическом режиме осуществляют со скоростью 29,0°C⋅ч^-1 или меньше; D) разрезают указанный стальной лист для получения заготовки; E. выполняют термообработку заготовки при температуре от 800 до 970°C в течение от 1 до 12 минут для получения полностью аустенитной микроструктуры в стали; F. переносят заготовку в прессовый штамп; G) выполняют горячее формование заготовки при температуре от 600 до 830°C для получения детали; H. охлаждают деталь, полученную на стадии G), для образования в стали микроструктуры, являющейся мартенситной. Технический результат заключается в изготовлении детали, характеризующейся превосходной стойкостью к замедленному разрушению. 9 з.п. ф-лы, 1 пр., 1 табл.

1. Способ получения стальной детали с покрытием, включающий следующие стадии:

A) обеспечивают стальной лист для термообработки, на который заранее нанесено предварительное покрытие на основе алюминия,

B) наносят предварительное покрытие толщиной от 10 до 550 нм, являющееся барьером для водорода, которое содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из числа следующих: никель, хром, магний, алюминий и иттрий.

C) отжигают стальной лист с предварительным покрытием в периодическом режиме для получения стального листа, покрытого сплавом в качестве предварительного покрытия, причём охлаждение после отжига в периодическом режиме осуществляют со скоростью 29,0°C⋅ч^-1 или меньше,

D) разрезают указанный стальной лист для получения заготовки,

E) выполняют термообработку заготовки при температуре от 800 до 970°C в течение от 1 до 12 минут для получения полностью аустенитной микроструктуры в стали,

F) переносят заготовку в прессовый штамп,

G) выполняют горячее формование заготовки при температуре от 600 до 830°C для получения детали,

H) охлаждают деталь, полученную на стадии G), для образования в стали микроструктуры, являющейся мартенситной.

2. Способ по п. 1, в котором на стадии B) предварительное покрытие, являющееся барьером для водорода, состоит из никеля и хрома; или никеля и алюминия; или хрома; или никеля и алюминия, а также иттрия; или магния.

3. Способ по п. 1 или 2, в котором, в котором на стадии A) предварительное покрытие на основе алюминия содержит меньше 15 мас.% Si, меньше 5,0 мас.% Fe, необязательно, от 0,1 до 8,0 мас.% Mg и, необязательно, от 0,1 до 30,0 мас.% Zn, при этом остальное представляет собой Al.

4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором на стадии C) отжиг в периодическом режиме выполняют при температуре от 450 до 750°C.

5. Способ по любому из пп. 1-4, в котором на стадии C) среда отжига в периодическом режиме представляет собой воздух или инертный газ.

6. Способ по любому из пп. 1-5, в котором на стадии C) скорость нагрева при отжиге в периодическом режиме составляет 5000°C⋅ч^-1 или выше.

7. Способ по любому из пп. 1-6, в котором на стадии C) скорость охлаждения составляет 27°C⋅ч^-1 или ниже.

8. Способ по любому из пп. 1-7, в котором на стадии C) отжиг в периодическом режиме выполняют в течение периода времени от 1 до 100 часов.

9. Способ по любому из пп. 1-8, в котором на стадиях C) и E), независимо друг от друга, среда является инертной или имеет окислительную силу, равную или выше силы среды, состоящей из 1% об. кислорода, и равную или меньше силы среды, состоящей из 50% об. кислорода.

10. Способ по любому из пп. 1-9, в котором на стадии E) среда характеризуется точкой росы от -30 до +30°C.