本發(fā)明涉及熱壓成形領(lǐng)域，具體用于汽車部件的短流程軋制鋅鋁鎂鍍層熱成形鋼及其制造方法。

背景技術(shù)：

在zn-al合金鍍層里加入少量的mg元素不僅能增加鍍層的光澤度，細(xì)化晶粒，強(qiáng)化晶界，還能抑制zn-al合金鍍層的晶界腐蝕，消除雜質(zhì)元素sn和cd等的不良作用。因此，熱鍍zn-al-mg合金鍍層由于具有良好的耐蝕性和耐損傷性而具有廣闊的應(yīng)用前景。

熱成形鋼在高溫加熱成形后具有很高的抗拉強(qiáng)度和在高溫下良好的成形性，從而可以成形復(fù)雜形狀、超高強(qiáng)度的零件，且具有成形精確，焊接性良好，沒有回彈等優(yōu)點(diǎn)。作為汽車用鋼中強(qiáng)度級別最高的鋼種，熱成形鋼被廣泛用于汽車防碰撞的安全部件。隨著熱成形技術(shù)的發(fā)展，鍍層技術(shù)越來越多地應(yīng)用于熱成形鋼。鍍層可以防止成形過程中表面氧化和脫碳，還能提高漆裝后的防腐蝕性能。

將鋅鋁鎂涂鍍應(yīng)用到熱成形工藝上，使得鋼板鍍層經(jīng)過熱沖壓后保持完整，并具有良好的涂裝性能。然而，傳統(tǒng)鍍層熱成形鋼的生產(chǎn)流程為：脫硫鐵水→轉(zhuǎn)爐冶煉→爐外精煉→連鑄→板坯加熱→熱連軋→酸洗+冷連軋→連續(xù)涂鍍→精整包裝→落料→加熱→模具沖壓淬火。生產(chǎn)工藝流程較長，成本較高。

為同時達(dá)到耐蝕性能提高和成本降低的目的，可以采用薄板坯連鑄連軋工藝生產(chǎn)熱成形鋼原板，再進(jìn)行熱涂鍍和熱沖壓，最終獲得力學(xué)性能和鍍層質(zhì)量均能滿足要求的汽車零部件。

由于薄板坯連鑄連軋所得鋼板表面與常規(guī)熱軋和冷軋態(tài)表面有較大差異，需要采用新的涂鍍工藝獲得優(yōu)良的鍍層表面質(zhì)量。

專利號為cn104419867a的專利發(fā)明了1250mpa級超高強(qiáng)鋅鋁鎂鍍層鋼板，鍍層化學(xué)成分重量百分?jǐn)?shù)為：al-1～15％、mg-1～5％，al/mg≥1。所發(fā)明的帶鋼最大屈服強(qiáng)度為1250mpa，鍍前表面經(jīng)過冷軋酸洗，且后續(xù)未進(jìn)行熱壓成形。專利號為cn106282873a的專利公開了一種熱沖壓鋼的合金鍍層及其制備方法，合金鍍層含量為：zn-40～65％、si-2～8％、al-25～57％。所發(fā)明的鍍層al含量過高，不適用于大批量汽車板的連續(xù)涂鍍生產(chǎn)管理。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于將短流程生產(chǎn)技術(shù)與連續(xù)熱浸鍍鋅鋁鎂鍍層技術(shù)有機(jī)串接，形成一種新型的短流程軋制鋅鋁鎂鍍層熱成形鋼的方法，達(dá)到“以熱代冷”1000mpa級以上超高強(qiáng)度熱成形鋼直接熱鍍新型鍍層，提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低能耗、提高生產(chǎn)效率、降低成本的目的。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的短流程軋制鋅鋁鎂鍍層熱成形鋼的方法包括鐵水脫硫、電爐(或轉(zhuǎn)爐)冶煉、精煉、連鑄、均熱爐、軋制、層流冷卻、卷取、熱浸鍍、光整、落料、奧氏體化和模具沖壓成形淬火的步驟；

所述軋制步驟的終軋溫度為800～890℃，帶鋼成品厚度為0.8～2.0mm，軋制過程中采用支撐輥潤滑；

所述熱浸鍍步驟中，首先，將鋼帶在0℃～+50℃的露點(diǎn)范圍內(nèi)預(yù)熱到550℃～750℃，接著在-30℃～0℃的露點(diǎn)范圍內(nèi)加熱到750℃～950℃，h2體積百分?jǐn)?shù)為15～85％，以10～30℃/s的冷速冷卻至高于鍍液溫度(td)5～30℃，保溫0～100s，隨后浸入到鍍液中，鍍液溫度(td)為(熔點(diǎn)+20)～(熔點(diǎn)+60)℃，浸鍍時間不超過15s，然后以不低于30℃/s的冷速冷卻至室溫并制成鋼卷。所述鍍液中，al含量為1～15％，mg含量為1～10％，其余為zn和不可避免的雜質(zhì)。

所述奧氏體化和模具沖壓成形淬火步驟中，將熱浸鍍后的鋼卷經(jīng)光整、落料成汽車零件坯料后，加熱到完全奧氏體化溫度900～970℃，保溫1～10min后進(jìn)行高溫沖壓成形，成形過程中同時發(fā)生淬火及低溫回火，淬火冷卻速度為20～40℃/s，成形后以10～30℃/s的冷速冷卻至室溫。

優(yōu)選地，所述熱浸鍍步驟中，預(yù)加熱溫度為575～675℃，露點(diǎn)范圍為+30～+50℃；加熱溫度為780～880℃，露點(diǎn)范圍為-30～-15℃；h2體積百分?jǐn)?shù)為50～70％。

優(yōu)選地，所述熱浸鍍步驟鍍液中，al含量為2～7％，mg含量為1～3％。

優(yōu)選地，所述熱浸鍍步驟中，保溫時間為60～80s，浸鍍時間為4～10s，浸鍍后冷卻速度為40～70℃/s。

優(yōu)選地，所述奧氏體化和模具沖壓成形淬火步驟中，加熱到完全奧氏體化溫度910～950℃，保溫3～6min后進(jìn)行高溫沖壓成形，成形后以15～25℃/s的冷速冷卻至室溫。

本發(fā)明的有益效果：

1)本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)減少了冷連軋工序，其工藝流程大大縮短，鋼水經(jīng)連續(xù)澆鑄成中薄板坯后經(jīng)短暫加熱后直接軋制成薄板，工序成本大幅降低。

2)帶鋼的板形良好。本發(fā)明通過較高的氫氣還原和兩段露點(diǎn)控制，可使鋼板基體表面，形成細(xì)小致密的feo和少量的fe3o4氧化鐵皮，氫氣還原前氧化鐵皮的粗糙度平均值為經(jīng)氫氣還原后氧化鐵皮的粗糙度平均值為0.6～0.8μm。氧化鐵皮還原后生成的純鐵層在高溫?zé)Y(jié)作用下，表面變得更加平滑，粗糙度降低，粒度均勻，后續(xù)浸鍍過程中鍍液與鋼基表面有較強(qiáng)的吸附力。

3)鍍層厚度精度高。帶鍍層鋼板的上下表面、上下表面寬度方向不同位置處所測得的鍍層厚度值中間，最大值與最小值的差不超過5μm。能實現(xiàn)“以熱代冷”目的。

4)在鋅液中添加al、mg可獲得熔點(diǎn)較高的合金相，從而使得鍍層可耐受較高的加熱溫度，突破了現(xiàn)有技術(shù)所生產(chǎn)的鍍層產(chǎn)品易產(chǎn)生裂紋并脫落、鍍層質(zhì)量較差的問題。

5)按照本發(fā)明制造的耐蝕高強(qiáng)度鋅鋁鎂鍍層汽車板經(jīng)高溫加熱沖壓成形后，鍍層連續(xù)完整，形成多相富鋁、富鎂共晶組織，鍍層抗腐蝕性能良好。帶鍍層鋼板的最終微觀組織為馬氏體組織占95％以上，抗拉強(qiáng)度大于1000mpa，鍍層抗腐蝕性能達(dá)到普通鍍鋅板的4倍以上。其制造流程短，產(chǎn)品表面質(zhì)量好，厚度精度高，可耐受較高的加熱溫度，適合生產(chǎn)更高強(qiáng)度的帶鍍層高強(qiáng)鋼，實現(xiàn)“以熱代冷”，大幅節(jié)約能源消耗。

總之，本發(fā)明制備得到的帶鍍層熱沖壓產(chǎn)品，鍍層可以耐受比普通鍍鋅板更高的加熱溫度，具有強(qiáng)度高、成形性好、高尺寸精度、回彈小、耐蝕性能高等特點(diǎn)，可用于汽車零部件，例如，前、后門左右防撞桿(梁)、前、后保險杠、a柱加強(qiáng)板、b柱加強(qiáng)板、c柱加強(qiáng)板、地板中通道、車頂加強(qiáng)梁等安全結(jié)構(gòu)件。

附圖說明

圖1為本發(fā)明熱成形前基板表面氧化鐵皮形貌(經(jīng)15％h2還原)。

圖2為本發(fā)明熱成形前基板表面氧化鐵皮形貌(經(jīng)35％h2還原)。

圖3為本發(fā)明熱成形前鍍層表面形貌。

圖4為本發(fā)明熱成形后鍍層截面形貌。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

本發(fā)明的短流程軋制鋅鋁鎂鍍層熱成形鋼方法，主要包括鐵水脫硫、電爐或轉(zhuǎn)爐冶煉、精煉、中薄板坯連鑄、鑄坯均熱、軋制、層流冷卻、卷取、熱浸鍍、光整、落料、加熱奧氏體化、模具沖壓成形淬火。

在軋制步驟中，終軋溫度為800～890℃，帶鋼成品厚度為0.8～2.0mm，軋制過程中采用支撐輥潤滑。

在0℃～+50℃的露點(diǎn)范圍內(nèi)加熱到550℃～750℃，再在-30℃～0℃的露點(diǎn)范圍內(nèi)加熱到750℃～950℃，h2體積百分?jǐn)?shù)為15～85％，以10～30℃/s的冷速冷卻至高于鍍液溫度(td)5～30℃，保溫時間0～100s(本實施中為60s)，隨后浸鍍到鍍液中，鍍液中含有1～15％al和1～10％mg，其余為zn和不可避免的雜質(zhì)。鍍液溫度(td)為(熔點(diǎn)+20)～(熔點(diǎn)+60)℃，浸鍍時間不超過15s，以不低于30℃/s的冷速冷卻(本實施例中為45℃/s)至室溫并制成鋼卷。

根據(jù)汽車車身零件尺寸的大小，將板卷落料成相應(yīng)的規(guī)格，在帶有氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛的加熱爐內(nèi)加熱到900～970℃保溫1～10min進(jìn)行奧氏體化，然后快速置于帶有冷卻裝置的模具內(nèi)進(jìn)行沖壓成形，成形過程中同時發(fā)生淬火及低溫回火，淬火冷卻速度20～40℃/s，成品鋼基組織為馬氏體，其中馬氏體的體積百分?jǐn)?shù)不小于95％。鋼板在高溫成形后，鍍層完整無脫落。

熱浸鍍和熱沖壓的工藝參數(shù)見表1。

表1熱浸鍍和熱沖壓工藝參數(shù)

表2(續(xù)1)工藝參數(shù)

從圖1～4和表1～2可以看出：

鋼板按照表1、2所示工藝參數(shù)浸鍍鋅鋁鎂鍍層后，氧化鐵皮的成分和形態(tài)發(fā)生改變，且隨著爐內(nèi)還原氣氛h2含量的增加，鋼基表面氧化鐵皮更加細(xì)小致密(feo和少量的fe3o4(圖1、2))，厚度在5μm左右。鍍層連續(xù)完整，形成多相的富鋁、富鎂共晶組織(圖3)，在鋼基表面附著性良好。鋼板在高溫(910～964℃)成形后，鍍層完整無脫落，未發(fā)現(xiàn)微裂紋(圖4)。

因此，經(jīng)過本發(fā)明的工藝制造的鋅鋁鎂鍍層產(chǎn)品可以改變短流程生產(chǎn)的鋼基表面氧化鐵皮性狀，與市場上現(xiàn)有的鍍層產(chǎn)品相比，可耐受更高的高溫成形并無鍍層脫落或裂紋擴(kuò)展情況發(fā)生，鍍層耐蝕性良好，對于生產(chǎn)超高強(qiáng)熱成形鋼有較大的優(yōu)勢。