短流程軋制鋅鋁鎂鍍層熱成形鋼及其制造方法與流程

本發明涉及熱壓成形領域，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：

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，細化晶粒，強化晶界，還能抑制zn-al合金鍍層的晶界腐蝕，消除雜質元素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用前景。

熱成形鋼在高溫加熱成形后具有很高的抗拉強度和在高溫下良好的成形性，從而可以成形復雜形狀、超高強度的零件，且具有成形精確，焊接性良好，沒有回彈等優點。作為汽車用鋼中強度級別最高的鋼種，熱成形鋼被廣泛用于汽車防碰撞的安全部件。隨著熱成形技術的發展，鍍層技術越來越多地應用于熱成形鋼。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。

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

為同時達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熱成形鋼原板，再進行熱涂鍍和熱沖壓，最終獲得力學性能和鍍層質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熱軋和冷軋態表面有較大差異，需要采用新的涂鍍工藝獲得優良的鍍層表面質量。

專利號為cn104419867a的專利發明了1250mpa級超高強鋅鋁鎂鍍層鋼板，鍍層化學成分重量百分數為：al-1～15％、mg-1～5％，al/mg≥1。所發明的帶鋼最大屈服強度為1250mpa，鍍前表面經過冷軋酸洗，且后續未進行熱壓成形。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％。所發明的鍍層al含量過高，不適用于大批量汽車板的連續涂鍍生產管理。

技術實現要素：

本發明的目的在于將短流程生產技術與連續熱浸鍍鋅鋁鎂鍍層技術有機串接，形成一種新型的短流程軋制鋅鋁鎂鍍層熱成形鋼的方法，達到“以熱代冷”1000mpa級以上超高強度熱成形鋼直接熱鍍新型鍍層，提高產品質量、降低能耗、提高生產效率、降低成本的目的。

為實現上述目的，本發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℃的露點范圍內預熱到550℃～750℃，接著在-30℃～0℃的露點范圍內加熱到750℃～950℃，h2體積百分數為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+20)～(熔點+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。

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后進行高溫沖壓成形，成形過程中同時發生淬火及低溫回火，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。

優選地，所述熱浸鍍步驟中，預加熱溫度為575～675℃，露點范圍為+30～+50℃；加熱溫度為780～880℃，露點范圍為-30～-15℃；h2體積百分數為50～70％。

優選地，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后進行高溫沖壓成形，成形后以15～25℃/s的冷速冷卻至室溫。

本發明的有益效果：

1)本發明相對現有技術減少了冷連軋工序，其工藝流程大大縮短，鋼水經連續澆鑄成中薄板坯后經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。本發明通過較高的氫氣還原和兩段露點控制，可使鋼板基體表面，形成細小致密的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燒結作用下，表面變得更加平滑，粗糙度降低，粒度均勻，后續浸鍍過程中鍍液與鋼基表面有較強的吸附力。

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“以熱代冷”目的。

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

5)按照本發明制造的耐蝕高強度鋅鋁鎂鍍層汽車板經高溫加熱沖壓成形后，鍍層連續完整，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，抗拉強度大于1000mpa，鍍層抗腐蝕性能達到普通鍍鋅板的4倍以上。其制造流程短，產品表面質量好，厚度精度高，可耐受較高的加熱溫度，適合生產更高強度的帶鍍層高強鋼，實現“以熱代冷”，大幅節約能源消耗。

總之，本發明制備得到的帶鍍層熱沖壓產品，鍍層可以耐受比普通鍍鋅板更高的加熱溫度，具有強度高、成形性好、高尺寸精度、回彈小、耐蝕性能高等特點，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柱加強板、b柱加強板、c柱加強板、地板中通道、車頂加強梁等安全結構件。

附圖說明

圖1為本發明熱成形前基板表面氧化鐵皮形貌(經15％h2還原)。

圖2為本發明熱成形前基板表面氧化鐵皮形貌(經35％h2還原)。

圖3為本發明熱成形前鍍層表面形貌。

圖4為本發明熱成形后鍍層截面形貌。

具體實施方式

以下結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

本發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℃的露點范圍內加熱到550℃～750℃，再在-30℃～0℃的露點范圍內加熱到750℃～950℃，h2體積百分數為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。鍍液溫度(td)為(熔點+20)～(熔點+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。

根據汽車車身零件尺寸的大小，將板卷落料成相應的規格，在帶有氮氣保護氣氛的加熱爐內加熱到900～970℃保溫1～10min進行奧氏體化，然后快速置于帶有冷卻裝置的模具內進行沖壓成形，成形過程中同時發生淬火及低溫回火，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數不小于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見表1。

表1熱浸鍍和熱沖壓工藝參數

表2(續1)工藝參數

從圖1～4和表1～2可以看出：

鋼板按照表1、2所示工藝參數浸鍍鋅鋁鎂鍍層后，氧化鐵皮的成分和形態發生改變，且隨著爐內還原氣氛h2含量的增加，鋼基表面氧化鐵皮更加細小致密(feo和少量的fe3o4(圖1、2))，厚度在5μm左右。鍍層連續完整，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，未發現微裂紋(圖4)。

因此，經過本發明的工藝制造的鋅鋁鎂鍍層產品可以改變短流程生產的鋼基表面氧化鐵皮性狀，與市場上現有的鍍層產品相比，可耐受更高的高溫成形并無鍍層脫落或裂紋擴展情況發生，鍍層耐蝕性良好，對于生產超高強熱成形鋼有較大的優勢。