阅读说明：本技术 钢板构件的制造方法 (Method for manufacturing steel plate member ) 是由 扬科·巴尼克 德克·罗森斯托克 于 2019-01-08 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于制造钢板构件(1)的方法,该方法包括步骤：-钢板构件(1)的加热,其中在钢板构件(1)的第一区域中进行第一温度控制,使得在第一区域中实现完全奥氏体化,并且在钢板构件(1)的第二区域(3)中进行第二温度控制,使得在第二区域(3)中实现部分奥氏体化,-钢板构件的(1)的第一部分修整和成型,其中,第一部分修整沿着预定切割轮廓的第一部分长度(2)进行,并且第一部分长度(2)在钢板构件(1)的第一区域中延伸,-钢板构件(1)的冷却,-钢板构件(1)的第二部分修整,其中,第二部分修整沿着预定切割轮廓的第二部分长度(4)进行,并且第二部分长度(4)在钢板构件的第二区域(3)中延伸。本发明还涉及另一种方法,其中,通过加热实现了钢板构件(1)的完全奥氏体化,并且通过在成型和第一部分修整之后进行并且在第二部分修整之前进行冷却,在第一区域中实现了奥氏体向马氏体和/或贝氏体的至少部分转变,而在第二区域中实现了没有或部分奥氏体向马氏体和/或贝氏体的转变。(The invention relates to a method for producing a steel sheet component (1), comprising the steps of: -heating of the steel sheet component (1), wherein a first temperature control is performed in a first region of the steel sheet component (1) such that complete austenitization is achieved in the first region, and a second temperature control is performed in a second region (3) of the steel sheet member (1), so that a partial austenitization is achieved in the second region (3), trimming and shaping a first portion of the steel sheet component (1), wherein the first partial trimming is carried out along a first partial length (2) of the predetermined cutting contour, and the first partial length (2) extends in a first region of the steel sheet component (1), cooling of the steel sheet component (1), second partial trimming of the steel sheet component (1), wherein the second partial trimming is carried out along a second partial length (4) of the predetermined cutting contour, and the second partial length (4) extends in a second region (3) of the steel sheet component. The invention also relates to a further method, wherein a complete austenitization of the steel sheet component (1) is achieved by heating, and by cooling after forming and first partial trimming and before second partial trimming, an at least partial transformation of austenite into martensite and/or bainite is achieved in the first region, while no or partial transformation of austenite into martensite and/or bainite is achieved in the second region.)

钢板构件的制造方法

技术领域

本发明涉及钢板构件的制造方法。

背景技术

从现有技术中已知用于热成型和修整由钢板制成的构件的方法。这里，由于成本高，尤其是组件的修整是加工中的主要挑战之一。在冷状态下的修整(硬修整)会导致切削刀具的高度磨损，并可能导致构件的边缘开裂。相对而言，如果在模压淬火过程中在热状态下将板材直接在成型工具中修整，则可以减少工具的磨损，但是在制造设备中需要进行更复杂的结构，例如用于去除废料。另外，存在这样的问题，即在实践中几乎不可能从集成工具中去除分离的残留材料，并且该构件在热修整期间会翘曲。

由于这些原因，激光切割已成为一种首选的切割技术。由于激光束在整个切削边缘上移动，因此该方法受到切削速度的限制，因此，也由于激光修整系统的高投资成本导致成本很高。在此，构件也会发生翘曲，并且在制造中使用激光时，还必须满足特殊的安全要求。因此，模压淬火的经济性取决于替换激光切割或放弃激光切割的可能性。

例如，在DE 10 2016 103 668 B3中说明了一种修整构件的方法，其中将切割长度分为两个区域，其中较大的区域在热状态下被切割，而其余的修整则在单独工具中以冷修整进行。以这种方式，会引起高刀具磨损的冷修整仅应用于总切削长度的一部分。但是，这里仍然存在冷修整的缺点，尤其是切削工具的增加的磨损。另外，由于在硬状态下的修整，会从构件边缘开始形成裂纹，从而导致构件损坏。

发明内容

在这种背景下，本发明的目的是提供一种方法，其中可以将低磨损修整整合到热成型过程中。

该目的通过一种用于制造钢板构件的方法来实现，其特征在于以下步骤：

-钢板构件的加热，其中在钢板构件的第一区域中进行第一温度控制，使得在第一区域中实现完全奥氏体化，并且在钢板构件的第二区域中进行第二温度控制，使得在第二区域中没有或进行部分奥氏体化，

-钢板构件的成型和第一部分修整成型，其中，第一部分修整是沿着预定切割轮廓的第一部分长度进行的，并且第一部分长度在钢板构件的第一区域中延伸，

-钢板构件的冷却，

-钢板构件的第二部分修整，其中，第二部分修整是沿着预定切割轮廓的第二部分长度进行的，并且第二部分长度在钢板构件的第二区域中延伸。

根据本发明，第一部分修整，接下来也称为热修整，在加热状态下进行。由于升高的温度，被加热的构件具有较低的剪切强度，从而可以有利地减少切削工具的磨损。在切割时形成的分离面通常由相对光滑的区域和断裂区域组成，在相对光滑的区域中，材料通过剪切运动被干净地分开，在断裂区域中，已经部分分割的材料在剪切应力下以断裂的形式屈服。在加热的构件上的(部分)修整有利地导致不太明显的断裂区域和相应更光滑的分离面。此外，在热修整时，围绕切削刃的材料也较小程度地变形。进行第一部分修整的温度的选择优选地取决于硬度或材料组织结构的温度依赖性。在此可以将维氏硬度应低于预定值或奥氏体以特定百分比完成向马氏体和/或贝氏体的转变作为标准。

在根据本发明的方法中，钢板的成型同样在加热状态下进行，由此具有较高变形能力的材料也有利地用于该生产步骤。为此，将加热的钢板转移到热成型工具中，并通过关闭工具从而产生拉应力和压应力使其达到所需的形状。替代地，也可以想到，加热和成型均在热成型工具中进行。

优选地，第一部分修整包括切削轮廓的大部分，而第二部分修整仅包括一小部分，由此完成钢板构件的分离。相应地，钢板构件的第二区域优选地包括相对狭窄限制的区域，而第一区域优选地包括钢板构件的其余部分。为了实现材料的较低的剪切强度并且相应地在用于第二部分修整的切削工具上也实现较少的磨损，根据本发明的方法旨在通过热处理在钢板构件的第二区域中获得比在第一区域中更低的硬度。根据本发明，这通过在第一和第二区域中的利用局部温度控制的加热以及随后的冷却来实现。经热处理的钢的硬度很大程度上取决于组织结构中的马氏体和/或贝氏体含量，且大于400HV。只要是钢复合材料，则示出的硬度涉及具有较高硬度的复合配对件。这又由加热时产生的奥氏体的量以及冷却时发生的奥氏体向马氏体和/或贝氏体的转变给出。在上述方法中，第一区域和第二区域的硬度主要受加热时的温度控制的影响，并因此通过奥氏体形成而影响。

在第二区域中的硬度最大为400HV，尤其最大350HV，优选最大300HV，特别优选最大250HV。HV对应于维氏硬度，根据DIN EN ISO 6507-1：2005至-4：2005确定。

根据本发明，温度控制，也就是说，选择进行各个工艺步骤的温度以及加热和冷却过程随时间变化的温度曲线，由所用钢材的时间-温度-奥氏体化曲线图(ZTA图)或时间-温度-转变图(ZTU图)来控制。借助于ZTU图，对于冷却过程，可以根据冷却速率估计预期的结构，而基于ZTA图，可以理解奥氏体形成的动力学。当应用于根据本发明的方法的加热步骤时，例如可以如此调整加热过程的温度和持续时间，使得实现没有奥氏体化或部分或完全奥氏体化。完全奥氏体化应理解为选择温度和加热时间，以使根据ZTA图，奥氏体形成完全完成，并且钢以不均匀或均匀奥氏体形式存在。相对而言，部分奥氏体化应理解为选择工艺参数，使得材料仅不完全地转变成奥氏体，并且例如以铁素体和奥氏体的混合物形式存在。在不发生奥氏体化的情况下，在热处理之后当然不存在奥氏体。在次共析钢的ZTA图中，相变线Ac_1b(奥氏体形成开始)和Ac₃(铁素体相变结束)很重要。因此，部分奥氏体化可以理解为在温度Ac_1b和Ac₃之间的温度控制，而完全奥氏体化对应于高于Ac₃的温度。在Ac_1b以下，不会发生奥氏体化。

在冷却过程中，可以根据ZTU图估算不同组织结构成分的体积比例或面积比例，或所得组织结构的硬度。在奥氏体完全转变为马氏体和/或贝氏体的情况下，几乎所有加热后存在的奥氏体部分都被转变，其中，马氏体和/或贝氏体的存在量尤其是95面积％以上，优选大于97面积％，而在部分相变的情况下，除了马氏体和/或贝氏体的形成，还发生了其他的组织结构转变，因此仅一部分初始奥氏体部分转变为了马氏体和/或贝氏体。

为了在第一和第二区域中实现不同的温度控制，本领域技术人员从现有技术中已知几种可能性，这些可能性以及实现对构件的不同区域的不同处理的其他方法一起归入“定制特性”这一概念。例如，加热可以在两阶段过程中进行，其中在第一阶段之后，通过流体或通过接触冷却等对第二区域进行局部冷却。由此，在随后的第二加热阶段中，在预冷的第二区域中产生与第一区域相比较低的温度，从而基本上抑制了奥氏体化。根据本发明，在第一部分修整之后进行的冷却以高冷却速率(淬火)进行。由此，加热时形成的奥氏体基本上不扩散地转变为马氏体和/或贝氏体。由于在加热之后在第二区域中存在更少或甚至不存在奥氏体，因此在冷却时获得相应较少量的马氏体和/或贝氏体或不存在马氏体和/或贝氏体，并且因此获得根据本发明的期望的较低的硬度。随后，沿着切割轮廓的在第二区域中延伸的第二部分长度对钢板构件进行第二部分修整。由于第二区域的较低的硬度，第二部分修整有利地与更少的磨损相关联。第二部分修整，也称为冷修整，是在一个或多个比构件的其余部分更柔软的区域中进行的。此外，由于在这些区域中存在较低的强度或对边缘裂纹的敏感性或较高的韧性，因此可以以这种方式减少边缘的边缘裂纹或微裂纹。

一方面，选择预定切割轮廓的第一和第二部分长度，以便在第一部分修整中就将切割轮廓的尽可能大的部分分开。然而，另一方面，部分切割的长度和位置也应使得没有或仅有轻微的金属板翘曲，或者可以容易地在进一步的加工步骤中，可能情况下集成在第二部分修整的情况下补偿这种翘曲。优选地，第一部分修整也不应导致构件的一部分的完全分离，从而首先保持与金属板构件的其余部分的机械结合。以此方式，钢板构件可以作为整体从工具中移除，而没有分离的残料留在其中。然后可以在第二部分修整中有利地进行完全分离。

通过一种钢板构件的制造方法，进一步实现了开头提到的目的，其特征在于以下步骤：

-对钢板构件的加热，其中，以实现完全奥氏体化的方式对钢板构件整体进行第三温度控制，

-钢板构件的成型和第一部分修整，其中，第一部分修整是沿着预定切割轮廓的第一部分长度进行的，并且第一部分长度在钢板构件的第一区域中延伸，

-钢板构件的冷却，其中在钢板构件的第一区域中进行第四温度控制，使得在第一区域中奥氏体至少部分地转变成马氏体和/或贝氏体，在钢板构件的第二区域中进行第五温度控制，使得在第二区域中没有或部分地发生奥氏体到马氏体和/或贝氏体的转变，

-钢板构件的第二部分修整，其中，第二部分修整是沿着预定切割轮廓的第二部分长度进行的，并且第二部分长度在钢板构件的第二区域中延伸。

同样在该方法中，在加热状态下进行热修整，从而获得上述热修整的优点。但是，第一和第二区域的不同硬度在此主要受冷却时的温度控制的影响，因此受奥氏体向马氏体和/或贝氏体部分转变或者没有经历相应转变的影响。在加热过程中，两个区域均以相同的方式进行处理，从而使整个构件中尽可能完全地发生奥氏体化(将温度控制在Ac₃以上)。类似于第一方法，成型和第一部分修整均在加热状态下进行，使得第一部分修整有利地带来切削工具的低磨损以及此外较小的破裂区域和实现了切口周围的材料低的变形。在冷却时，由于第一区域和第二区域的温度控制不同，因此实现了根据本发明的两个区域的不同硬度。温度控制又由ZTU图的特性曲线控制，从而温度曲线可以根据所需的组织结构或与之相关的硬度进行调整。如此选择第四温度控制，使得存在的奥氏体至少部分地，特别是完全地转变成马氏体和/或贝氏体，由此在第一区域中获得最大的硬度。第五温度控制使得存在的奥氏体不转变或者仅部分地转变成马氏体和/或贝氏体，使得与第一区域相比，在第二区域中获得降低的硬度。成型和冷却优选在同一工具中进行，从而将处于加热状态的钢板构件压入模具中，并在压制过程中通过冷却成型工具，例如以水冷却或毛细管冷却系统的形式使其温度降低。然后在第二区域中在完全冷却的钢板构件上或在冷状态下进行第二部分修整，使得第二部分修整有利地引起较少的磨损并且减少了边缘处的边缘裂纹或微裂纹。

下文描述的优选设计方案可以基于第一方法和第二方法来实现。两种方法的共同特征是，由于在第一区域和第二区域中对加热或冷却过程进行温度控制，因此产生了两个区域不同的硬化，从而处于冷却状态或冷态状下的第二区域与第一区域相比硬度降低了。

根据一个优选设计方案，成型和第一部分修整基本上同时进行。优选地，两个处理步骤在同一工具中进行。由此，有利地可以在单个处理步骤中组合利用加热的构件执行的两个处理步骤。通过同时执行这些步骤，可以有利地避免在成型和第一部分修整之间可能发生的温度损失。通过在在一个工具中既执行成型又执行修整的组合处理，可以加速生产并且有利地不需要构件的转移。热成型和热修整的组合可以例如通过沿着第一部分长度具有切削刃的成型工具来进行，使得在按压构件时，沿着第一部分长度同时发生分离。

根据另一优选设计方案，在第二部分修整期间和/或之后，将钢板构件矫直和/或校准。因为钢板构件在第二部分修整中由于在切割时施加的力或由于在相变期间发生的内应力而发生翘曲，因此以这种方式可以有利地校正第二部分修整期间和/或直接在第二部分修整之后的变形。优选地，根据本发明，第二部分修整和随后的校正在单个工具中进行，使得修整和校准和/或矫直操作以这种方式集成在单个处理步骤中。

根据另一优选设计方案，在第一工具中进行成型，第一部分修整和冷却，并且在第二工具中进行第二部分修整。有利地，以这种方式，一方面，热成型通过单个工具以整体方式与部分修整同时进行，而随后的部分修整在另一工具中进行。

根据另一个优选的设计方案，在第二部分修整之后将修整剩余部分从钢板构件移除。根据本发明优选设定，在第一部分修整中首先完全保留钢板构件的机械连接，并且单独部分的最终分离通过第二部分修整才进行。分离的修整剩余部分此后可以在额外的步骤中从钢板构件上移除。

根据另一优选设计方案，在加热之前将涂层或覆层施加到钢板构件上，并且钢板构件的加热包括第一阶段，在该第一阶段中，对钢板构件进行第六温度控制，使得实现涂层或覆层的部分或完全合金化。涂层或覆层可以是例如锌化合物或铝化合物，尤其是铝硅涂层。在加热的第一阶段中，将构件加热到低于Ac₃的温度并保持在该温度下，以使尤其是尚未发生奥氏体化，但是将例如AlSi覆盖层部分或完全合金化到足够的程度。在随后的第二加热阶段中，然后将构件至少部分加热到高于Ac₃的温度，并保持在该温度下，直到材料至少部分奥氏体化到足够的程度以进行后续的模压淬火为止。

根据另一优选的实施方式，涂层由锌化合物或铝化合物，尤其是铝硅涂层组成。

除了第一区域和第二区域之外，可以制造这样的钢板构件，该钢板构件可以具有占钢板构件的至少30体积％的一个或多个第一区域，其中存在至少95面积％的马氏体和/或贝氏体，可能情况下还有其他组织结构成分。特别地，除了与第二区域相邻的区域之外，钢板构件可以基本上完全硬化，其中，整个构件的组织结构由至少95面积％的马氏体和/或贝氏体组成，可能情况下还有其他组织结构成分。除了一个或多个第一区域之外，如果构件功能需要，以便在钢板构件上提供定制性能，尤其是在定制回火过程中提供不同机械性能，还可以在钢板构件上延伸有一个或多个第二区域，该一个或多个第二区域的硬度比第一区域低。切割轮廓不必一定在第二区域中延伸。钢板构件可以具有基本恒定的材料厚度或者也可以具有不同的材料厚度(定制轧制板坯)。

根据另一优选设计方案，钢板构件被用作车辆中的结构构件，尤其是用作柱，纵梁，门槛，立柱，通道，或用作底盘构件，尤其用作悬架臂，复合转向轴。

从附图以及从以下参考附图对优选实施形式的说明中给出了本发明的更多细节，特征和优点。附图仅示出了本发明的示例性实施形式，其不限制发明构思。

附图说明

图1示出了根据本发明的方法的一个设计方案的具有用于修整的切割轮廓的第一和第二部分长度的钢板构件。

具体实施方式

在图1中，示意性地示出了钢板构件1，以示出根据本发明的方法的一个设计方案。钢板构件1的制造包括在加热状态下进行成型，由钢板构件1的形式示意性地表示，硬化过程和沿虚线的修整使得钢板构件1的前面部分与其余部分完全分离。根据本发明，修整分两个步骤进行，其中在加热状态下的第一部分修整中，钢板构件1的第一部分长度2被分离，而在冷却状态或冷状态下的第二部分修整中，第二部分长度4被分离。第一部分长度2优选地包括要被切割的轮廓的大部分，使得在第一部分修整之后剩余的第二部分长度仅确保工件的机械结合，但是可以在第二部分修整中以相对较小的力被分离。因此，构件1在加热状态下较低的硬度和较高的变形能力可用于第一部分修整，从而除了降低切削工具的磨损之外，还实现了更光滑的切削表面并且此外还减少了切割过程中的裂纹形成。

为了也使切削工具在第二部分修整中的磨损最小化，根据本发明规定，在加热和/或冷却期间对钢板构件1的温度控制以如下方式进行，即形成具有最大硬度的第一区域和与最大硬度相比具有减小的硬度的第二区域3。这是通过如下方式实现的，即调节第一区域中的局部温度曲线，从而形成具有高马氏体和/或贝氏体含量的组织结构，而在第二区域3中进一步的局部温度控制产生较少甚至没有马氏体和/贝氏体含量。在该图示中，第二区域3由在构件1的边缘处的相对较小的区域组成，而具有最大硬度的第一区域包括构件1的整个其余部分。以这种方式，有利地仅整个构件1的一小部分具有降低的硬度。第一区域的高硬度不会不利地影响根据本发明的修整，因为在第一区域中延伸的第一部分修整是在仍未硬化的状态下进行的。

附图标记说明

1 钢板构件

2 第一部分长度

3 第二区域

4 第二部分长度