CN108642422A - 一种热成形钢板用镀液、热成形钢板及热成形部件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热成形钢板用镀液、热成形钢板及热成形部件。所述镀液包括以下化学成分及重量百分比：Al：0.10‑0.25％；Mg：0.01‑0.20％；REM：0.01‑0.25％；余量为锌和不可避免的杂质。本发明提供的镀液所形成热成形钢板的Zn基镀层在热成形加热过程中，即使在大于900℃高温、长时间加热的情况下，镀层表面会形成一层由MgO、Al2O3及GeO2或Y2O3组成致密连续的氧化层，可较好地阻止锌的挥发、氧化，并且镀层中添加的Mg与稀土元素显著提高了热成形部件的耐腐蚀性能。

Description

一种热成形钢板用镀液、热成形钢板及热成形部件
技术领域
本发明涉及一种热成形钢板用镀液、热成形钢板及热成形部件。
背景技术
随着汽车工业的快速发展，世界各国对汽车的安全、节能和排放的要求日益严格。采用热成形技术生产超高强度钢，既可减轻汽车重量、实现节能减排，又可提高汽车的安全性。该技术将成形与强化分为两个步骤生产超高强度汽车零部件的一种新工艺，具有超高强度、成型精度高、避免高强度钢冷成型回弹等优点。
但钢板在热成形加热过程中，钢板表面氧化和脱碳，影响了钢板的强度，热成形部件需要经过喷丸或酸洗处理，针对以上问题表面带镀层的热成形钢被相继开发出来，目前应用最为广泛的是Al-Si镀层。而Zn基镀层(GI、GA)相比Al-Si镀层具有牺牲阳极保护作用，目前成为国内外研究热点并取得一定进展。
但是，由于Zn较低的熔点与较低挥发温度，锌基镀层在热成形过程中存在熔化、挥发的现象，从而造成镀层粘附模具，对模具造成损伤。研究发现，当加热温度大于600℃时，镀层中的Al开始扩散至镀层表面形成Al2O3层，该层可抑制锌高温挥发。但当加热温度过高，如大于900℃或加热时间过长如大于5min，镀层表面Al2O3层消失，镀层存在挥发的风险。此时，镀层表面形成较厚ZnO层，造成镀层中Zn含量降低，降低了镀层的耐腐蚀性能，同时对后续的焊接性造成不良影响。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种热成形钢板用镀液、热成形钢板及热成形部件。所述热成型钢板在所述镀液中热浸镀形成的镀层，具有良好耐腐蚀性能，即使在900℃较高温度下该镀层表面可形成一层致密连续的氧化层，可较好地阻止锌的挥发、氧化，且在热成形过程中该氧化层附着性良好。
本发明采取的技术方案为：
一种热成形钢板用镀液，所述镀液包括以下化学成分及重量百分比：Al：0.10-0.25％；Mg：0.01-0.20％；REM：0.01-0.25％；余量为锌和不可避免的杂质。
其中，镀液中添加0.10-0.25％范围的Al后在钢基与镀层间形成抑制层可阻止锌铁反应形成过厚的合金层，且热成形过程中镀层表面形成Al2O3阻止锌的挥发；如果Al含量小于0.10％，形成抑制层不够致密；但过量的Al大于0.25％造成锌液流动性降低易造成镀层偏厚，且对锌锅与铁质设备腐蚀速度加快；
镀液中添加0.01-0.20％范围的Mg可增加镀液流动性，且热成形过程中镀层表面形成MgO阻止锌的挥发,表面形成MgO层提高了热成形部件耐腐蚀性能；如果Mg含量小于0.01％，热成形过程中不能形成连续、致密MgO层；Mg含量过高大于0.20％，会使碳钢在热镀锌时镀层活性急剧增大从而造成镀层外观变差；
镀液中添加0.01-0.25％含量范围的REM可细化镀层组织并在热成形过程中提高镀层表面氧化膜的致密性，提高其抗高温氧化性能；如果REM含量过高大于0.25％，镀层中形成REM-Zn，影响镀层性能。
进一步地，所述REM为Ge、Y中的一种或两种。
进一步地，所述镀液优选为包括以下化学成分及重量百分比：Al：0.14-0.22％；Mg：0.04-0.16％；Ge：0.04-0.12％，和/或Y：0.04-0.07％。
本发明还提供了一种锌系镀覆热成形钢板，包括基板和镀层，所述镀层由基板在所述镀液中热浸镀形成。
进一步地，所述基板包括以下化学成分及重量百分比：C：0.10-0.25、Si：0.10-0.50、Mn：0.80-1.50、P：≤0.03、S：≤0.03、Al：≤0.10、Cr：0.10-0.50、Mo：≤0.03、B：0.0004-0.01、N：≤0.01、Ti：0.01-0.10，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，所述基板优选为包括以下化学成分及重量百分比：C：0.20-0.24、Si：0.14-0.32、Mn：0.96-1.20、P：0.004-0.01、S：0.003-0.01、Al：0.04-0.06、Cr：0.14-0.32、Mo：0.002-0.004、B：0.002-0.004、N：≤0.01、Ti：0.036-0.052，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，所述热浸镀的工艺为：热浸镀温度：440～480℃；热浸镀时间：3～10s；钢带入锅温度：460±20℃。优选为热浸镀温度455～465℃，热浸镀时间4～8s。
进一步地，所述镀层的厚度为单面5～15μm。镀层过薄，耐腐蚀性能降低；镀层过厚，成本增加。
本发明还提供了一种由所述锌系镀覆热成形钢板经热成形后形成的部件。
进一步地，所述热成形的工艺为：加热温度800-1000℃；加热时间3-10min；热成形温度≥500℃；冷却速度≥30℃/s。
进一步地，所述热成形的工艺优选为：加热温度848-1000℃；加热时间3-6min；热成形温度500-700℃；冷却速度32-35℃/s。
本发明提供的镀液所形成热成形钢板的Zn基镀层在热成形加热过程中，由于Fe的扩散，镀层逐渐变成Fe-Zn合金或αFe(Zn)的固溶体，即使镀层形成裂纹和基体暴露，镀层仍能提供阴极保护作用。同时，在热成形过程中，即使在大于900℃高温、长时间加热的情况下，镀层表面会形成一层由MgO、Al2O3及GeO2或Y2O3组成致密连续的氧化层，可较好地阻止锌的挥发、氧化，并且镀层中添加的Mg与稀土元素显著提高了热成形部件的耐腐蚀性能。
附图说明
图1为实施例3中的锌系镀覆热成形钢板在热成形加工后的镀层的TEM图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
一种锌系镀覆热成形钢板，包括基板和镀层，所述镀层由基板在镀液中热浸镀形成。
各实施例中镀液的化学成分及重量百分比如表1所示，所述基板的化学成分及重量百分比如表2所示，热浸镀工艺参数如表3所示，钢板的耐腐蚀性能及镀层的附着性测试结果如表5所示。
表1镀液成分及重量百分比，wt％
实施例 Al Mg Ge Y
实施例1 0.15 0.15 0.05 -
实施例2 0.18 0.12 - 0.06
实施例3 0.17 0.05 0.10 -
实施例4 0.20 0.08 0.05 0.05
表2基板化学成分及重量百分比，wt％
实施例 C Si Mn P S Al Cr Mo B N Ti
实施例1 0.23 0.15 1.20 0.01 0.003 0.05 0.25 0.002 0.002 ≤0.01 0.042
实施例2 0.22 0.17 1.08 0.005 0.008 0.06 0.15 0.003 0.003 ≤0.01 0.043
实施例3 0.24 0.30 1.12 0.006 0.010 0.04 0.2 0.002 0.003 ≤0.01 0.050
实施例4 0.23 0.25 0.96 0.004 0.008 0.05 0.3 0.004 0.004 ≤0.01 0.036
表3热浸镀工艺参数
实施例 热浸镀温度 热浸镀时间
实施例1 440 10
实施例2 460 5
实施例3 480 3
实施例4 455 7
各实施例得到的锌系镀覆热成形钢板经热成形工艺后进一步加工成热形成的部件。热成型工艺参数如表4所示，得到的热成型部件的性能如表5所示。从表5中可以看出，按照本发明的方法得到的热成型部件的机械性能良好，且耐腐蚀性能优良，镀层的附着力良好。
实施例3中的热成形部件的镀层的TEM照片如图1所示，从图中可以看出，在经过950℃加热时间6min后，镀层表面形成了连续致密的氧化层，可较好地阻止锌的挥发、氧化。
表4热成形工艺
实施例 加热温度(℃) 加热时间(min) 热成形温度(℃) 冷却速度(℃/s)
1 850 3 550 32
2 900 4 650 35
3 950 6 650 33
4 1000 5 700 32
表5各实施例中热成形部件的性能测试结果
上述参照实施例对一种热成形钢板用镀液、热成形钢板及热成形部件进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种热成形钢板用镀液，其特征在于，所述镀液包括以下化学成分及重量百分比：Al：0.10-0.25％；Mg：0.01-0.20％；REM：0.01-0.25％；余量为锌和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的热成形钢板用镀液，其特征在于，所述REM为Ge、Y中的一种或两种。
3.根据权利要求1或2所述的热成形钢板用镀液，其特征在于，所述镀液包括以下化学成分及重量百分比：Al：0.14-0.22％；Mg：0.04-0.16％；Ge：0.04-0.12％，和/或Y：0.04-0.07％。
4.一种锌系镀覆热成形钢板，其特征在于，包括基板和镀层，所述镀层由基板在权利要求1所述的镀液中热浸镀形成。
5.根据权利要求4所述的锌系镀覆热成形钢板，其特征在于，所述基板包括以下化学成分及重量百分比：C：0.10-0.25、Si：0.10-0.50、Mn：0.80-1.50、P：≤0.03、S：≤0.03、Al：≤0.10、Cr：0.10-0.50、Mo：≤0.03、B：0.0004-0.01、N：≤0.01、Ti：0.01-0.10，余量为Fe和不可避免的杂质。
6.根据权利要求4所述的锌系镀覆热成形钢板，其特征在于，所述热浸镀的工艺为：热浸镀温度：440～480℃；热浸镀时间：3～10s；钢带入锅温度：460±20℃。
7.根据权利要求4所述的锌系镀覆热成形钢板，其特征在于，所述镀层的厚度为单面5～15μm。
8.一种由权利要求4所述的锌系镀覆热成形钢板经热成形后形成的部件。
9.根据权利要求8所述的部件，其特征在于，所述热成形的工艺为：加热温度800-1000℃；加热时间3-10min；热成形温度≥500℃；冷却速度≥30℃/s。
10.根据权利要求9所述的部件，其特征在于，所述热成形的工艺为：加热温度848-1000℃；加热时间3-6min；热成形温度500-700℃；冷却速度32-35℃/s。
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