CN104233149A - 用于热冲压成形钢的抗高温氧化镀层材料及热浸镀方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于热冲压成形钢的抗高温氧化镀层材料及热浸镀方法，所述热冲压成形钢板进入镀液中热浸镀后，经冷却、热处理，即可得到热镀钢板；所述镀液成分的质量百分比含量为：Si 1.0～15.0%、Cu 0.5～10.0%、Cr 0.1～1.0%、Fe≤1.0%，其余为Al及不可避免的杂质。本镀层中Cu元素与Al元素在镀后冷却过程中形成高熔点的金属间化合物，Cr在镀层表面聚集形成致密的氧化膜，从而极大的提高了镀层的抗高温氧化性能；Cu元素在镀层表层富集极大的提高了镀层耐腐蚀性能。本镀层利用Al、Si、Cr、Cu、Fe之间形成的金属间化合物，提高抗高温氧化性和镀层抗高温腐蚀性能；所得镀层的组织结构合理，与基板结合紧密，具有良好的抗高温氧化性与耐腐蚀性能。

Description

用于热冲压成形钢的抗高温氧化镀层材料及热浸镀方法

技术领域

本发明属于钢铁材料表面防护技术，尤其是一种用于热冲压成形钢的抗高温氧化镀层材料及热浸镀方法。 

背景技术

热冲压成形钢属于抗拉强度超过1500Mpa级别的超高强钢，采用热冲压的方式直接加工成形，主要应用于汽车高强度、难成形零部件的生产，能避免冷成形难以成形、回弹大、零件尺寸和形状稳定性变差等缺点。但该钢板在加热或热成形时工况条件苛刻，加热时容易产生氧化铁皮，冲压时氧化铁皮遇冷容易损伤模具，同时未脱落的氧化铁皮也需要采用喷丸去除，增加设备维护成本，影响生产效率。因此需要采用抗高温氧化、高润滑性、导热性功能于一体的涂层对热成形钢表面进行保护。 

目前，热冲压成形钢表面镀层材料主要有以下几种生产方式：1、采用热喷涂的方式生产，将矿物原料、金属氧化物、金属纳米颗粒、硼化物和石墨等原料磨成粉，然后和水混合成浆料，涂覆在经预处理后的钢板表面，在一定的温度下进行固化，形成抗高温氧化镀层；该方法得到的镀层，优点是抗1000℃左右的高温，缺点是镀层中元素分布与组织不太均匀，表面粗糙度高，不适合做热冲压成形钢的镀层。2、采用电镀的方式进行生产，该方法存在镀层生产成本高，而且废液易污染环境的不足。3、采用热浸镀的方式生产，将钢板浸泡在金属镀液中，钢板出镀液后表面会形成一层薄镀层，镀层凝固后经过适当的热处理具有较强抗高温氧化能力；该方法得到的镀层致密度高，与基体结合紧密，具有较高的抗高温氧化性，加热的过程中不粘炉底辊，冲压时不粘模具，能较好的保护钢基体与冲压模具，非常适合大工业生产。 

现有技术中，专利申请号201410156753.1，提供了一种热冲压成形钢用抗高温氧化镀层材料以及热浸渡工艺，采用Al-Si-Ni-稀土镀层材料，具有较高的抗高温氧化性。但是，该镀层材料需要添加价格较贵的稀土元素镧(La)、铈(Ce)，存在成本较高的不足之处。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有良好的抗高温氧化性与耐腐蚀性能，且成本较低的用于热冲压成形钢的抗高温氧化镀层材料；本发明还提供了一种热冲压成形钢的热浸镀方法。 

为解决上述技术问题，本发明所采取的镀层材料成分的质量百分比含量为：Si 1.0～15.0%、Cu 0.5～10.0%、Cr 0.1～1.0%、Fe≤1.0%，其余为Al及不可避免的杂质。 

优选的，本发明所述成分的质量百分比含量为：Si 10.0%、Cu 3.0%、Cr 0.4%、Fe 0.40%，其余为Al及不可避免的杂质。 

本发明方法为：所述热冲压成形钢板进入镀液中热浸镀后，经冷却、热处理，即可得到热镀钢板； 

所述镀液成分的质量百分比含量为：Si 1.0～15.0%、Cu 0.5～10.0%、Cr 0.1～1.0%、Fe≤1.0%，其余为Al及不可避免的杂质。

进一步的，本发明方法所述钢板进入镀液时的温度为580～750℃，镀液温度为580～750℃。 

进一步的，本发明方法所述镀层厚度控制在10～25μm。 

更进一步的，本发明方法所述镀层厚度控制采用氮气气刀控制，氮气温度为20～150℃。 

进一步的，本发明方法首先采用氮气或惰性气体风冷，冷却速度≤15℃/s，冷却至≤150℃，然后水冷至室温。 

进一步的，本发明方法所述热处理温度为700～1000℃。 

进一步的，本发明方法所述钢板先经清洗后再进入镀液，所述钢板清洗后的单面表面残留≤50mg/m²，钢板表面反射率≥90%。 

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明采用Al、Cu、Cr等元素， Cu元素与Al元素在镀后冷却过程中形成高熔点的金属间化合物，Cr在镀层表面聚集形成致密的氧化膜，这些都极大的提高了镀层的抗高温氧化性能；另外，Cu元素在镀层表层富集极大的提高了镀层耐腐蚀性能。本发明采用Al-Si-Cu的成分设计，利用Al、Si、Cr、Cu、Fe之间形成的金属间化合物，提高抗高温氧化性和镀层抗高温腐蚀性能；所得镀层的组织结构合理，与基板结合紧密，具有良好的抗高温氧化性与耐腐蚀性能。本发明采用常规金属成分，不需添加稀有金属，从而能有效地降低成本，适于大规模工业生产。 

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。 

本用于热冲压成形钢的抗高温氧化镀层材料，采用真空冶炼炉冶炼，其质量百分比含量为：Si 1.0～15.0%，Cu 0.5～10.0%，Cr 0.1～1.0%，Fe≤1.0%，其余为Al及不可避免的杂质；最好为：Si 10.0%、Cu 3.0%、Cr 0.4%、Fe 0.40%，其余为Al及不可避免的杂质。 

本热浸镀方法的镀液采用上述镀层材料，包含如下生产工艺：（1）热冲压成形钢镀层钢板生产流程：热冲压成形基板清洗－连续退火－热浸镀－镀后冷却－镀层热处理； 

（2）热冲压成形钢板清洗流程：碱洗－碱刷洗－碱洗－水刷洗－电解清洗－漂洗－烘干，保证钢板单面表面残留≤50mg/m²，钢板表面反射率≥90%；

（3）热浸镀工艺：钢板入镀液温度580～750℃，热浸镀液体温度580～750℃；

（4）气刀采用氮气喷吹，氮气温度20～150℃，镀层厚度控制在10～25μm；

（5）镀后采用氮气风冷，冷却速度≤15℃/s，钢板冷却至≤150℃，然后水冷至室温；

（6）镀层热处理，热处理温度700～1000℃，无需氮气保护。

实施例1－9：本镀层材料以及热浸镀方法采用下述化学成分及工艺过程。 

各实施例镀液化学成分见表1，镀层生产工艺见表2，所得镀层主要性能指标见表3。 

表1：镀液化学成分（wt%） 

表2：生产工艺(参数)

表2中，进入镀液时钢板的温度在580～750℃的范围内。

表3：镀层主要抗氧化及热冲压性能指标 

Claims (9)

1.一种用于热冲压成形钢的抗高温氧化镀层材料，其特征在于，所述镀层材料成分的质量百分比含量为：Si 1.0～15.0%、Cu 0.5～10.0%、Cr 0.1～1.0%、Fe≤1.0%，其余为Al及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的用于热冲压成形钢的抗高温氧化镀层材料，其特征在于，所述成分的质量百分比含量为：Si 10.0%、Cu 3.0%、Cr 0.4%、Fe 0.40%，其余为Al及不可避免的杂质。

3.一种热冲压成形钢的热浸镀方法，其特征在于：所述热冲压成形钢板进入镀液中热浸镀后，经冷却、热处理，即可得到热镀钢板；

所述镀液成分的质量百分比含量为：Si 1.0～15.0%、Cu 0.5～10.0%、Cr 0.1～1.0%、Fe≤1.0%，其余为Al及不可避免的杂质。

4.根据权利要求3所述的热冲压成形钢的热浸镀方法，其特征在于：所述钢板进入镀液时的温度为580～750℃，镀液温度为580～750℃。

5.根据权利要求3所述的热冲压成形钢的热浸镀方法，其特征在于：所述镀层厚度控制在10～25μm。

6.根据权利要求5所述的热冲压成形钢的热浸镀方法，其特征在于：所述镀层厚度控制采用氮气气刀控制，氮气温度为20～150℃。

7.根据权利要求3所述的热冲压成形钢的热浸镀方法，其特征在于，所述冷却方式为：首先采用氮气或惰性气体风冷，冷却速度≤15℃/s，冷却至≤150℃，然后水冷至室温。

8.根据权利要求3所述的热冲压成形钢的热浸镀方法，其特征在于：所述热处理温度为700～1000℃。

9.根据权利要求3－8任意一项所述的热冲压成形钢的热浸镀方法，其特征在于：所述钢板先经清洗后再进入镀液，所述钢板清洗后的单面表面残留≤50mg/m²，钢板表面反射率≥90%。