CN110273111A - 一种宽热成形加热工艺窗口的锌基镀层热成形钢及其制备方法 - Google Patents

一种宽热成形加热工艺窗口的锌基镀层热成形钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种宽热成形加热工艺窗口的锌基镀层热成形钢及其制备方法，所述锌基镀层热成形钢包括以下重量百分比的化学成分：C：0.10％～0.50％、Si：≤2％、Mn：0.5％～2.5％、P：0.030～0.10％、S：≤0.030％、Al：0.030％～0.070％、Cr：0.1％～0.5％、N≤0.009％、Ti：0‑0.1％、B:0.0010％～0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明在传统的热成形钢产品中添加0.030‑0.10％的P元素，使得热成形过程中锌铁合金化反应速率降低，当加热时间较长时、镀层中仍含有较高比例的Γ相，从而使镀层仍具有较高的耐蚀性能，使锌基镀层热成形钢产品的加热工艺窗口相较于传统产品扩大近一倍，同时热成形钢中B元素的存在能有效的防止P在晶界的偏聚所引起的二次加工脆化现象。

Description

一种宽热成形加热工艺窗口的锌基镀层热成形钢及其制备 方法
技术领域
本发明涉及热冲压产品及其制造方法，具体涉及一种宽热成形加热工艺窗口的锌基镀层热成形钢及其制备方法。
背景技术
近年来，高强减薄、节能减排一直是汽车行业的主要发展趋势，其中，热冲压是实现产品高强化的一种常用方式，它是通过热处理和高温成形相结合的方式来实现产品高强度。常用的热冲压产品主要有：前、后门左右防撞杆(梁)、前、后保险杠、A柱加强板、B柱加强板、C柱加强板、板中通道、车顶加强梁等安全结构件，这些热冲压产品具有强度高、形状复杂、成形性好、高尺寸精度、回弹小等特点。
根据零件的服役情况，热冲压用钢表面状态分为裸板和带镀层的钢板，由于带镀层的热冲压钢板相对于裸板可以省掉热冲压后的喷丸处理，正越来越受到重视。最常用的有铝或者铝合金镀层热冲压钢及锌基镀层热冲压钢，锌基镀层热成形钢具备铝硅镀层热成形钢产品所不具备的阴极保护作用，耐蚀性能更佳；同时锌基镀层热成形钢产品相较于Al-Si镀层产品，热成形加热温度低、时间更短(如图1所示)，更节能，因此具有广阔的应用前景。
锌基镀层热成形钢产品相较于与铝硅镀层热成形钢产品虽然加热温度低、加热时间短，有利于节能，但同时其工艺窗口也更窄，尤其是当热成形加热时间窗口过短时，会对热成形零件生产过程产生较大影响。如果热成形线出现故障停机，料片于炉内加热时间超过最大允许时间时，镀层过合金化，Zn-Fe合金层中Γ相比例降低甚至消失，从而导致镀层耐蚀性能的下降。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种宽热成形加热工艺窗口的锌基镀层热成形钢及其制备方法，其加热工艺窗口相较于传统产品扩大近一倍。
本发明采取的技术方案为：
一种宽热成形加热工艺窗口的锌基镀层热成形钢，所述锌基镀层热成形钢包括以下重量百分比的化学成分：C：0.10％～0.50％、Si：≤2％、Mn：0.5％～2.5％、P：0.030～0.10％、S：≤0.030％、Al：0.030％～0.070％、Cr：0.1％～0.5％、N≤0.009％、Ti：0-0.1％、B:0.0010％～0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，所述锌基镀层热成形钢优选为包括以下重量百分比的化学成分：C：0.20％～0.25％、Si：0.2～0.4％、Mn：1.2～1.4％、P：0.0353～0.08％、S：≤0.003％、Al：0.040％～0.050％、Cr：0.15％～0.25％、N≤0.003％、Ti：0.02～0.03％、B：0.0018％～0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提供了所述宽热成形加热工艺窗口的锌基镀层热成形钢的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：铁水预处理、转炉冶炼、合金微调站、LF炉精炼、连铸、热轧、冷轧、连续退火热镀锌。
进一步地，所述铁水预处理步骤中：铁水脱硫后目标[S]≤0.0050％，前扒渣亮面大于70％，后扒渣亮面大于80％；
所述转炉冶炼步骤中：全程吹氩，出钢进行脱氧合金化，同时加强出钢挡渣操作。
所述合金微调站步骤中：加入小铝粒调Als，并进行强搅6min，顶吹6min操作对钢包顶渣初步还原。
所述连铸步骤中：中包目标温度控制在液相线温度以上15～30℃，浇注过程中采用动态轻压下以减少或者消除中心疏松和中心偏析缺陷。
所述热轧步骤中，铸坯出炉温度控制在1250±30℃，目的为减轻铸坯的成分偏析，使奥氏体充分均匀化，以使合金在铸坯各处均匀，防止偏析而导致在轧制冷却过程中在中心形成珠光体带状组织或贝氏体条带。同时也要避免温度过高，时间过长而“过热”，使奥氏体晶粒度过大；
热轧终轧温度控制在880±20℃，，防止形变诱导铁素体相变以及形变过大，铁素体在形变带形核，而形成带状组织；
热轧卷取温度控制在550-680℃，温度过高，形成的铁素体与珠光体粗大，而使之后退火的组织粗大；温度过低，形成贝氏体组织，使冷轧轧制负荷增大，同时因卷取过程中相变导致扁卷产生。
所述冷轧压下率≥40％，以利于退火工艺的进行。
所述连续退火热镀锌具体包括以下步骤：
a、冷轧带钢加热到180℃预热；
b、经过预热的带钢进一步加热到700℃～840℃，并在此温度下保温50s～120s进行退火，退火主要作用是促使冷轧后的钢板组织再结晶，温度过低则再结晶不完全，过高则晶粒粗大；
c、将保温后的带钢缓慢冷却至670℃～710℃；
d、将步骤c冷却后的带钢通过吹气冷却快速冷却至460℃进行热浸镀锌2～10s。
进一步地，所述步骤d之后还包括将热浸镀锌后的热成型钢加热至480～550℃并保温15～30s，完成锌铁合金镀层热成形钢产品的生产。
所述步骤a、b中的加热速度分别为4～8℃/s、2～4℃/s。
所述步骤c、d中的冷却速度分别为2～5℃/s、10-60℃/s。
本发明在传统的热成形钢产品中添加0.030-0.10％的P元素，使得热成形过程中锌铁合金化反应速率降低，当加热时间较长时、镀层中仍含有较高比例的Γ相，从而使镀层仍具有较高的耐蚀性能，使锌基镀层热成形钢产品的加热工艺窗口相较于传统产品扩大近一倍，当其于860℃加热时，最大加热时间可由360s提高至510s；于890℃加热时，最大加热时间可由300s提高至420s，同时热成形钢中B元素的存在能有效的防止P在晶界的偏聚所引起的二次加工脆化现象。
附图说明
图1为锌基镀层热成形钢工艺窗口示意图；
图2为比较例1中的锌基镀层热成形钢产品加热工艺窗口图；
图3为本发明中的锌基镀层热成形钢产品加热工艺窗口图；
图4为热成形后，保留有一定Γ-Fe、具有良好耐蚀性能的镀层腐蚀后形貌，其中A为富Zn的α-Fe，B为Γ-Fe；
图5为热成形后，无Γ-Fe保留、耐蚀性能较差的镀层腐蚀后形貌。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
各实施例和比较例中的锌基镀层热成形钢的成分及重量百分比如表1所示。
表1
实施例 C Si Mn P S Al Cr N Ti B
实施例1 0.22 0.3 1.2 0.04 0.003 0.040 0.2 0.002 0.02 0.0021
实施例2 0.25 0.2 1.4 0.05 0.003 0.050 0.15 0.003 0.025 0.0018
实施例3 0.20 0.4 1.3 0.035 0.006 0.045 0.25 0.001 0.03 0.0030
比较例1 0.23 0.25 1.25 0.011 0.04 0.045 0.2 0.003 0.02 0.0025
各实施例和比较例中的锌基镀层热成形钢的制备方法如下：铁水预处理、转炉冶炼、合金微调站、LF炉精炼、连铸、热轧、冷轧、连续退火热镀锌，主要工艺参数控制如下表2所示。
表2主要工艺参数
实施例1 实施例 实施例 比较例1
铸坯出炉温度/℃ 1223 1248 1276 1248
热轧终轧温度/℃ 863 879 892 875
热轧卷取温度/℃ 575 626 667 625
冷轧压下率/％ 53 48 56 43
退火温度/℃ 721 759 832 760
退火时间/s 120 86 65 85
缓冷温度/℃ 674 692 708 692
缓冷速度/℃/s 2 3 4 5
热浸镀锌温度/℃ 450 450 450 450
热浸镀锌时间/s 6 5 7 8
锌铁合金化温度/℃ 485 521 539 521
锌铁合金化实际时间/s 28 22 18 22
将上述各实施例和比较例得到的锌基镀层热成形钢产品在特定的温度下保温不同的时间后，观察镀层的变化，并评价其腐蚀性能，结果如表3所示。
表3热成形加热后镀层结构、耐蚀性能对比
上述实施例和比较例的锌基镀层热成形钢产品加热工艺窗口分别如图1、2所示，从图中可以看出，相较于比较例，本发明中的锌基镀层热成形钢产品于860℃加热时，最大加热时间可由360s提高至510s；于890℃加热时，最大加热时间可由300s提高至420s，可见本发明中的锌基镀层热成形钢产品具有较宽的加热工艺窗口。
上述实施例和比较例的锌基镀层热成形钢产品的力学性能如表4所示。
表4力学性能
上述参照实施例对宽热成形加热工艺窗口的锌基镀层热成形钢及其制备方法进行的详细描述，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 (9)

1.一种宽热成形加热工艺窗口的锌基镀层热成形钢，其特征在于，所述锌基镀层热成形钢包括以下重量百分比的化学成分：C：0.10％～0.50％、Si：≤2％、Mn：0.5％～2.5％、P：0.030～0.10％、S：≤0.030％、Al：0.030％～0.070％、Cr：0.1％～0.5％、N≤0.009％、Ti：0-0.1％、B:0.0010％～0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的宽热成形加热工艺窗口的锌基镀层热成形钢，其特征在于，所述锌基镀层热成形钢包括以下重量百分比的化学成分：C：0.20％～0.25％、Si：0.2～0.4％、Mn：1.2～1.4％、P：0.0353～0.08％、S：≤0.003％、Al：0.040％～0.050％、Cr：0.15％～0.25％、N≤0.003％、Ti：0.02～0.03％、B：0.0018％～0.0030％，余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的宽热成形加热工艺窗口的锌基镀层热成形钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：铁水预处理、转炉冶炼、合金微调站、LF炉精炼、连铸、热轧、冷轧、连续退火热镀锌。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述热轧步骤中，铸坯出炉温度控制在1250±30℃；热轧终轧温度控制在880±20℃；热轧卷取温度控制在550-680℃。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述冷轧压下率≥40％。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述连续退火热镀锌具体包括以下步骤：
a、冷轧带钢加热到180℃预热；
b、经过预热的带钢进一步加热到700℃～840℃，并在此温度下保温50s～120s进行退火；
c、将保温后的带钢缓慢冷却至670℃～710℃；
d、将步骤c冷却后的带钢通过吹气冷却快速冷却至460℃进行热浸镀锌2～10s。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤d之后还包括将热浸镀锌后的热成型钢加热至480～550℃并保温15～30s，完成锌铁合金镀层热成形钢产品的生产。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于：所述步骤a、b中的加热速度分别为4～8℃/s、2～4℃/s。
9.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于：所述步骤c、d中的冷却速度分别为2～10℃/s、10-60℃/s。
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