CN107254632A - 短流程轧制合金化镀层热成形钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种短流程轧制合金化镀层热成形钢的方法,包括电炉或转炉冶炼、精炼、中薄板坯连铸、铸坯均热、轧制、层流冷却、卷取、合金化热浸镀、光整、落料、加热奥氏体化和模具冲压成形淬火的步骤。本发明还公开了上述方法制备得到的短流程轧制合金化镀层热成形钢。本发明相对现有技术减少了冷连轧工序,其工艺流程大大缩短,钢水经连续浇铸成中薄板坯后经短暂加热后直接轧制成薄板,工序成本大幅降低,且带钢的板形良好,厚度精度高,能实现“以热代冷”目的。另外,本发明表面氧化铁皮粒度细小可控,厚度在5μm左右,从而突破了现有技术所生产的产品镀层质量较差的问题。
Description
技术领域
本发明涉及热压成形领域,具体用于汽车部件的短流程轧制合金化镀层热成形钢及其制造方法。
背景技术
热成形钢在高温加热成形后具有很高的抗拉强度和在高温下良好的成形性,从而可以成形复杂形状、超高强度的零件,且具有成形精确,焊接性良好,没有回弹等优点。作为汽车用钢中强度级别最高的钢种,热成形钢被广泛用于汽车防碰撞的安全部件。
随着热成形技术的发展,镀层技术越来越多地应用于热成形钢。镀层既可以防止成形过程中表面氧化和脱碳,又能提高漆装后的防腐蚀性能。其中,热镀锌具有很好的表面质量和优异的抗腐蚀性能,是钢铁材料最常见、最有效、最经济的耐大气腐蚀技术之一。但是由于锌层与钢板的粘附性不良从而影响表面质量,镀锌前的表面状态一般为酸洗冷轧态。其生产工艺流程为:脱硫铁水→转炉冶炼→炉外精炼→连铸→板坯加热→热连轧→酸洗+冷连轧→连续涂镀→精整包装→落料→加热→模具冲压淬火。生产工艺流程较长,成本较高。
现今,随着汽车工业的飞速发展,在保证安全和轻量化的前提下,对于表面质量要求较低的非表面覆盖件等零件,汽车生产厂对于“以热代冷”从而降低生产成本提出了新的要求。随着钢铁工业的发展,中薄板坯连铸连轧工艺得到了长足发展,采用中薄板坯连铸连轧工艺可以直接轧制生产0.8~2.0mm的薄钢板,一些原来只能使用冷轧高强钢的薄规格零件已逐步被采用连铸连轧工艺直接轧制薄钢板所代替。此类热轧态表面与常规热轧和冷轧态表面有较大差异,需要采用新的涂镀工艺获得优良的镀层表面质量。
专利号为CN 103658178A的专利发明了一种短流程生产高强度薄带钢的方法,所发明的带钢屈服强度(ReL)≥550MPa,抗拉强度(Rm)≥600MPa。其强度较低,不能满足汽车车身设计对1300MPa以上超高强度零件的需求。CN 103987868A公开了980MPa以上的最大拉伸强度合金化热浸镀锌钢板,所述母材钢板按质量%计含有C:0.1~0.40%、Si:0.5~3.0%、Mn:1.5~3.0%,O被限制在0.006%以下、P被限制在0.04%以下、S被限制在0.01%以下、Al被限制在2.0%以下、N被限制在0.01%以下。热浸锌镀层含有低于7%的Fe,余量由Zn、Al和不可避免的杂质组成。其经过酸洗冷轧后再合金化镀锌,生产流程较长。
发明内容
本发明的目的在于将短流程生产技术与连续热浸镀技术二者合理有机串接,形成一种新型的短流程轧制合金化镀层热成形钢及其制造方法,达到“以热代冷”1000MPa级以上超高强度热成形钢直接镀锌,提高产品质量、降低能耗、提高生产效率、降低成本的目的。
为实现上述目的,本发明提供的短流程轧制合金化镀层热成形钢的方法包括电炉或转炉冶炼、精炼、中薄板坯连铸、铸坯均热、轧制、层流冷却、卷取、合金化热浸镀、光整、落料、加热奥氏体化和模具冲压成形淬火的步骤:
所述电炉或转炉冶炼步骤中化学成分重量百分数为:C:0.14~0.4%,Si:0.1~0.4%,Mn:0.8~2.0%,Al≤0.08%,N≤0.005%,其余为Fe和不可避免的杂质。
所述轧制过步骤中,终轧温度为850~890℃,带钢成品厚度为0.8~2.0mm,轧制过程中采用支撑辊润滑。
所述合金化热浸镀步骤中,首先,将钢带在0℃~+50℃的露点范围内加热到780℃~840℃,H2体积百分数为25~85%,以10~30℃/s的冷速冷却至高于镀液温度(TD)5~30℃,保温时间不超过100s,随后浸镀到镀液中,镀液温度(TD)为(熔点+20)~(熔点+60)℃,浸镀时间不超过15s,钢带热镀后经气刀吹扫进入感应加热炉进行合金化热处理,再加热温度为460~560℃,保温时间不超过40s,以30~100℃/s的冷速冷却至室温并制成钢卷。
所述奥氏体化和模具冲压成形淬火步骤中,将合金化热浸镀后的钢卷经光整、落料后,在带有氮气保护气氛的加热炉内加热到850~920℃保温1~10min进行奥氏体化,然后快速置于带有冷却装置的模具内进行冲压成形,成形过程中同时发生淬火及低温回火,淬火冷却速度为20~40℃/s。
优选地,所述合金化热浸镀步骤中,所得镀层的化学成分重量百分数为:Al:0.1~0.2%,Fe:5~14%,其余为Zn和不可避免的杂质。
优选地,所述合金化热浸镀步骤中,加热温度为800~820℃,露点范围为+30~+50℃;H2体积百分数为50~70%。
优选地,所述合金化热浸镀步骤中,合金化镀层中Fe含量均值在9~13%,镀层厚度为15~40μm。经高温加热冲压成形后镀层连续完整,且前述的合金化热浸镀组织发生转变,形成新的两相组织Γ-Fe4Zn9(30Zn-70Fe)和α-Fe(Zn)(80Zn-20Fe),该两相组织中Zn含量均整体高于30%,镀层抗腐蚀性能良好。
优选地,所述热合金化浸镀步骤中,浸镀前冷却后的温度为高于镀液温度10~20℃,保温时间为20~30s,浸镀时间为4~8s。
优选地,所述奥氏体化和模具冲压成形淬火步骤中,加热到完全奥氏体化温度870~900℃,保温2~5min后进行高温冲压成形,成形后以30~40℃/s的冷速冷却至室温。
本发明相对现有技术减少了冷连轧工序,其工艺流程大大缩短,钢水经连续浇铸成中薄板坯后经短暂加热后直接轧制成薄板,工序成本大幅降低,且带钢的板形良好,厚度精度高,能实现“以热代冷”目的。另外,本发明表面氧化铁皮粒度细小可控,厚度在5μm左右,从而突破了现有技术所生产的产品镀层质量较差的问题。
按照本发明制造的耐蚀高强度合金化镀层汽车板,强度大于1000MPa。经高温加热冲压成形后镀层连续完整,未发现有扩展至基体的裂纹。且合金化热浸镀组织发生转变,形成两相组织Γ-Fe4Zn9(30Zn-70Fe)和α-Fe(Zn)(80Zn-20Fe),合金相中Zn含量整体高于30%,保证镀层具有良好的防腐性能,成品钢基组织为马氏体,其中马氏体的体积百分数不小于95%。钢板在高温成形后,镀层完整无脱落。
附图说明
图1为本发明基板表面氧化铁皮扫描形貌。
图2为本发明热成形前合金化镀层扫描形貌。
图3为本发明热成形后合金化镀层扫描形貌。
具体实施方式
以下结合附图是具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
本发明的短流程轧制合金化镀层热成形钢的方法,主要包括电炉或转炉冶炼、精炼、中薄板坯连铸、铸坯均热、轧制、层流冷却、卷取、合金化热浸镀、光整、落料、加热奥氏体化、模具冲压成形淬火,具体工艺为:
按照化学成分冶炼并连铸连轧;
所述轧制过程的终轧温度为850~890℃,带钢成品厚度为0.8~2.0mm,轧制过程中采用支撑辊润滑;
将钢带在0℃~+50℃的露点范围内加热到780℃~840℃,H2体积百分数为25~85%,以10~30℃/s的冷速冷却至高于镀液温度(TD)5~30℃,保温时间不超过100s,随后浸镀到镀液中,镀液温度(TD)为(熔点+20)~(熔点+60)℃,浸镀时间不超过15s;钢带热镀后经气刀吹扫进入感应加热炉进行合金化热处理,再加热温度为460~560℃,保温时间不超过40s,以30~100℃/s的冷速冷却至室温并制成钢卷;
根据汽车车身零件尺寸的大小,将板卷落料成相应的规格,在带有氮气保护气氛的加热炉内加热到850~920℃保温1~10min进行奥氏体化,然后快速置于带有冷却装置的模具内进行冲压成形,成形过程中同时发生淬火及低温回火,淬火冷却速度20~40℃/s,成品钢基组织为马氏体,其中马氏体的体积百分数不小于95%。钢板在高温成形后,镀层完整无脱落。
下面对本发明予以详细描述:
合金化镀锌工艺参数、镀层质量及热冲压工艺参数见表1、2。
表1合金化工艺参数
表2(续1)合金化镀层质量及热冲压工艺参数
从图1~3和表1~2可以看出:
轧制后的钢板按照表1、2所示工艺参数合金化热浸镀后,氧化铁皮的成分和形态发生改变,钢基表面氧化铁皮由较为疏松的Fe2O3和Fe3O4转变为细小致密的FeO和少量的Fe3O4(图1),厚度在5~10μm,镀层在钢基表面附着性良好。合金化热浸镀镀层主要由δ相构成,表面有少量ζ相(图2)。钢板在高温(854~920℃)成形后,镀层完整无脱落,微裂纹未扩展至钢基内(图3)。
经过本发明的工艺制造的合金化镀层产品可以改变短流程生产的钢基表面氧化铁皮性状,可耐受高温成形并无镀层脱落或裂纹扩展情况发生,镀层耐蚀性良好,满足现代镀层热成形钢的生产和使用要求。
Claims (7)
1.一种短流程轧制合金化镀层热成形钢的方法,包括电炉或转炉冶炼、精炼、中薄板坯连铸、铸坯均热、轧制、层流冷却、卷取、合金化热浸镀、光整、落料、加热奥氏体化和模具冲压成形淬火的步骤,其特征在于:
所述电炉或转炉冶炼步骤中化学成分重量百分数为:C:0.14~0.4%,Si:0.1~0.4%,Mn:0.8~2.0%,Al≤0.08%,N≤0.005%,其余为Fe和不可避免的杂质;
所述轧制过步骤中,终轧温度为850~890℃,带钢成品厚度为0.8~2.0mm,轧制过程中采用支撑辊润滑;
所述合金化热浸镀步骤中,首先,将钢带在0℃~+50℃的露点范围内加热到780℃~840℃,H2体积百分数为25~85%,以10~30℃/s的冷速冷却至高于镀液温度5~30℃,保温时间不超过100s,随后浸镀到镀液中,镀液温度为(熔点+20)~(熔点+60)℃,浸镀时间不超过15s,钢带热镀后经气刀吹扫进入感应加热炉进行合金化热处理,再加热温度为460~560℃,保温时间不超过40s,以30~100℃/s的冷速冷却至室温并制成钢卷;
所述奥氏体化和模具冲压成形淬火步骤中,将合金化热浸镀后的钢卷经光整、落料后,在带有氮气保护气氛的加热炉内加热到850~920℃保温1~10min进行奥氏体化,然后快速置于带有冷却装置的模具内进行冲压成形,成形过程中同时发生淬火及低温回火,淬火冷却速度为20~40℃/s。
2.根据权利要求1所述的短流程轧制合金化镀层热成形钢的方法,其特征在于:
所述合金化热浸镀步骤中,所得镀层的化学成分重量百分数为:Al:0.1~0.2%,Fe:5~14%,其余为Zn和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的短流程轧制合金化镀层热成形钢的方法,其特征在于:
所述合金化热浸镀步骤中,加热温度为800~820℃,露点范围为+30~+50℃;H2体积百分数为50~70%。
4.根据权利要求1或2所述的短流程轧制合金化镀层热成形钢的方法,其特征在于:
所述合金化热浸镀步骤中,合金化镀层中Fe含量均值在9~13%,镀层厚度为15~40μm。
5.根据权利要求1或2所述的短流程轧制合金化镀层热成形钢的方法,其特征在于:
所述热合金化浸镀步骤中,浸镀前冷却后的温度为高于镀液温度10~20℃,保温时间为20~30s,浸镀时间为4~8s。
6.根据权利要求1或2所述的短流程轧制合金化镀层热成形钢的方法,其特征在于:
所述奥氏体化和模具冲压成形淬火步骤中,加热到完全奥氏体化温度870~900℃,保温2~5min后进行高温冲压成形,成形后以30~40℃/s的冷速冷却至室温。
7.权利要求1至6任一项方法制备得到的短流程轧制合金化镀层热成形钢。
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