CN111434403A - 耐腐蚀热冲压件的制造方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐腐蚀热冲压件的制造方法以及装置，所述制造方法包括以下步骤：将不带有涂镀层的裸钢板落料为预成形的坯料；将所述坯料加热到AC3以上，使所述坯料奥氏体化；将奥氏体化的所述坯料转移至模具中进行热冲压以得到成型构件，其中成型构件的形状与最终产品的零件相近；去除成型构件表面的氧化皮；对去除氧化皮后的成型构件进行电镀，使成型构件的表面具有锌镀层或锌合金镀层。通过本发明获得的热冲压成型构件具有良好的耐腐蚀镀层，从而使该成型构件具备在其服役期间的优异防腐蚀性能。

Description

耐腐蚀热冲压件的制造方法及装置

技术领域

本发明涉及了热冲压成形领域，具体的是一种耐腐蚀热冲压件的制造方法及装置。

背景技术

对于结构强度要求较高的一些零部件(例如，汽车中的顶梁、B柱增强件、保险杠、车门防撞梁等)而言，要获得更长的使用寿命和服役环境适应能力，这些零部件还应具有需要较好的耐腐蚀性。

因此，表层镀有锌的零部件相较于其他结构而言是有优势的。例如，镀有铝硅镀层的零部件，不具有电化学防护，耐电化学腐蚀能力较差。

在现有技术中，相较于诸如锻造、冷冲压等其他制备方法而言，毋庸置疑，采用热冲压的加工方法可以获得更高强度的零部件。

故，为了得到表层镀有锌或锌合金、结构强度高的零部件，现有技术中的加工方法一般采用以下步骤：

1、在钢板上镀(例如涂镀或热镀)上锌或锌合金层形成防腐层；

2、对已经具有防腐层的钢板进行热冲压。

但是，由于锌镀层的熔点较低(大约为780℃左右)，该钢板在热成形过程中会发生锌的蒸发和锌铁镀层的融化，这会导致液态诱导脆性，降低热成形钢的强度。

此外，如果需要对以上述加工方法获得的热冲压成型件进行焊接，则需要预先去除这些成型件的待焊接处的锌或锌合金层，而焊接完成后，焊缝处将无法得到防腐蚀保护。

发明内容

本发明人在经过多年研究和多次反复试验后，现有技术中在热冲压之前镀上防腐层的意义在于避免在热冲压过程中产生的氧化皮。在现有技术中，通常认为氧化皮是生产过程中的弊病，即一旦出现较多的氧化皮，则不利于进行再加工。为了克服这一个问题，一方面如背景技术中提到的在热冲压前镀上防腐层，另一方面还需要控制热冲压之前、热冲压中的各个环节中的含氧量。

但是，随着去氧化皮的技术的进步，本发明人在经过反复试验后发现，本申请中的方法在热冲压之前和之中并不需要抑制氧化皮的产生，而在热冲压形成复杂的三维构件后，依然可以通过抛丸、喷丸或酸洗等方式来去氧化皮并结合后镀层的方式来使制造出符合要求的耐腐蚀热冲压件。因此，本申请采用的制造方法克服了现有技术中的技术偏见。

为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种耐腐蚀热冲压件的制造方法，其用于解决上述问题中的至少一种。

本申请实施例公开了：一种耐腐蚀热冲压件的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：

将不带有涂镀层的裸钢板落料为预成形的坯料；

将所述坯料加热到AC3以上，使所述坯料奥氏体化；

将奥氏体化的所述坯料转移至模具中进行热冲压以得到成型构件，其中成型构件的形状与最终产品的零件相近；

去除成型构件表面的氧化皮；

对去除氧化皮后的成型构件进行电镀，使成型构件的表面具有锌镀层或锌合金镀层。

进一步的，在步骤“去除成型构件表面的氧化皮”包括通过酸洗的方式去除成型构件的氧化皮；或，通过抛丸或喷丸的方式去除的方式去除成型构件的氧化皮。

进一步的，在步骤“将所述坯料加热到AC3以上，使所述坯料奥氏体化”中，该坯料所处的环境为有氧环境。

进一步的，对所述成型构件进行酸洗的时间为1-20分钟。

进一步的，对所述成型构件进行酸洗的酸洗溶液为5-20％的盐酸溶液。

进一步的，在步骤“将奥氏体化的所述坯料转移至模具中进行热冲压以得到成型构件，其中成型构件的形状与最终产品的零件相近”和步骤“去除成型构件表面的氧化皮”之间还包括：对零件进行焊接、激光切边或切孔。

进一步的，所述表面处理包括电镀，对所述成形构件进行电镀所形成的锌合金镀层包括锌铝合金镀层、锌铁合金镀层以及锌镍合金镀层中的一种。

进一步的，步骤“将奥氏体化的所述坯料转移至模具中进行热冲压以得到成型构件”中的成型构件呈具有三维构型的异型件。

进一步的，所述裸钢板包括热轧钢板或冷轧钢板。

本申请实施例还公开了：一种用于制造耐腐蚀热冲压件的装置，其采用上述的制造方法，所述装置包括落料机构、加热机构、成形机构、去氧化皮机构以及表面处理机构，其中：

所述落料机构用于将不带有涂镀层的裸钢板落料为预成形的坯料；

所述加热机构用于将所述坯料加热到AC3以上，使所述坯料奥氏体化；

所述成形机构用于将奥氏体化的所述坯料转移至模具中进行热冲压以得到成型构件，其中成型构件的形状与最终产品的零件相近；

所述去氧化皮机构用于去除成型构件表面的氧化皮；

所述表面处理机构用于对去除氧化皮后的成型构件进行电镀，使成型构件的表面具有锌镀层或锌合金镀层。

本发明的有益效果如下：

1、本发明提供的耐腐蚀热冲压件的制造方法以裸钢板为生产板材，采用先冲压、后镀层的制造方式，相较于直接使用锌或锌合金镀层板进行热冲压加工的方式，本发明提供的制造方法可以保障制得的成型构件的锌或锌合金镀层具有足够的厚度和均匀性，并且，由于该镀层未经过高温加热，镀层组织的致密性不受影响，保持光滑的致密性，其结构和组分也未发生变化，因此其耐腐蚀性能不受影响，十分优异，从而使该成型构件具备在其服役期间的防腐蚀性能。

2、发明提供的耐腐蚀热冲压件的制造方法以裸钢板为生产板材，采用了先冲压、后镀层的制造方式，相较于使用镀锌层钢板为生产板材进行热冲压的制造方法，本发明的制造方法可以避免镀锌层钢板在热成形过程中会发生锌的蒸发和锌铁镀层的融化，继而导致液态诱导脆性、降低热成形钢强度的技术缺陷；并且，本发明的制造方法采用锌或锌合金镀层，相较于采用铝硅镀层钢板的热冲压件，该制造方法获得的成型构件具有电化学腐蚀保护的性能。

3、发明提供的耐腐蚀热冲压件的制造方法以裸钢板为生产板材，采用了先冲压、后镀层的制造方式，还克服了以镀层钢板为生产板材制得的热冲压件之间进行焊接时需要剥离防腐镀层、后续焊缝处得不到防腐保护的问题，即，本发明的制造方法可以在对完成热冲压和去氧化皮后的成型构件与其他零件进行按需焊接，随后再进行防腐镀层，从而克服上述技术缺陷。

4、发明提供的耐腐蚀热冲压件的制造方法以裸钢板为生产板材，由于采用裸钢板落料而成的坯料进行加热及成形，无需考虑加热速度对坯料的镀层(裸钢板无镀层)合金化和熔化的影响，因此，可以20℃/s-50℃/s的速度对坯料进行快速加热，而传统的方法中，为避免铝涂层板的涂层合金化或熔化，通常只能以7-10℃/s的速度对涂层板进行加热，因此，本发明的方法可以将坯料的加热时间缩短约60-120s，提高生产效率，另外，由于坯料表面没有熔融物，因此不会对加热炉和模具表面造成损伤，成形后的零件表面也不会受到划伤。

5、发明提供的耐腐蚀热冲压件的制造方法，采用了低氢脆电镀工艺(电镀前，采用低浓度酸液对成型构件进行短时间酸洗；另外，电镀时，先采用大电流短时间冲镀，使成型构件表面形成致密层，并减少电镀时间，减少氢进入零件基体)和去氢处理，极大降低了成型构件发生氢脆的风险。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，作详细说明如下。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种使用无镀层的热轧钢板或冷轧钢板制造高强度、耐腐蚀的热冲压件的制造方法及装置。

下面将描述该热冲压件的制造方法：

首先，将不带有涂镀层的裸钢板(如22MnB5裸钢板)落料为预成形的坯料，具体而言，所述落料方式可以包括模具落料或激光切割等。

其次，将所述坯料加热到AC3以上，使所述坯料奥氏体化。该步骤的具体过程可以是：将该坯料放入加热炉内并将其加热至AC3(加热时，铁素体转变成奥氏体的终了温度)以上，使坯料奥氏体化并保温，使坯料中的奥氏体均匀化。其中，所述加热炉中坯料的最高温度可以为860℃-1000℃，坯料在加热炉中被加热至880℃-950℃之间。根据不同坯料的料厚，对坯料加热和保温的时间为1-10min。需要说明的是，该步骤中，所述坯料可以在有氧环境下进行加热，准确来说，无需过分或可以限定该步骤中坯料的加热气氛(如真空度等)。

然后，将奥氏体化的所述坯料转移至模具中进行热冲压以得到成型构件，该成型构件的形状应当与最终产品的零件结构相近。该步骤的具体过程可以是：采用端拾器将奥氏体化的坯料快速放入模具中热冲压成型，使之形成成型构件。坯料从加热炉中取出时，其温度可以介于880-950℃之间，坯料在模具中开始成型的温度可以为550-750℃之间，保压时间可以为3-15s，有利于钢板获得优异的成型性能。其中，所述模具具有冷却水路，以使得零件成型时以不低于27℃/s的速度冷却，确保零件具有优异的机械性能。

接着，去除成型构件表面的氧化皮。具体而言，该步骤可以通过酸洗或抛丸/喷丸来完成。

例如，在一个可选的实施方式中，该去氧化皮的步骤是采用盐酸溶液酸洗的方式进行的，考虑到热压零件的氢脆敏感，要严格控制酸洗时间(优选为1-20min)和酸液浓度(优选为5％-20％)。酸洗时间过短，氧化皮得不到充分溶解和剥离，然而，由于热压产品属于超高强度钢产品，如果酸洗时间长，则又需要对产品做加热去氢处理。为确保完全去除氧化皮，该步骤可以采用酸洗法结合电解法和超声波法的方式进行，工艺及参数可参考下表1：

表1

序号	工序	浓度	时间	温度(摄氏度)
					1	电解	3-5％	5min	58
2	酸洗	16％	5min	室温
					3	电解	3-5％	5min	55
4	酸洗	15％	1min	室温
					5	超声波	5％	3min	55

在另一个可选的实施方式中，该步骤可以采用离心式抛丸机的旋转叶轮将铁丸或者其他磨料高速抛射到成型构件的表面上，使成型构件表面的氧化皮剥落。抛丸方式与酸洗相比，具有更好的除锈效果，同时可以减少对环境的污染、提高工作效率、降低劳动强度、对钢板表面起到了强化作用，表面形成一定的粗糙度，可以增加后续表面处理步骤中镀层的附着力。当然的，该实施方式中还可以选用喷丸、砂(又称吹砂、喷珠、喷弹等)的方式去除氧化皮。需要说明的是，对于薄板类的成型构件，应选用酸洗方式，以避免抛丸过程中引起薄板类的成型构件发生变形。

最后，对去除氧化皮后的成型构件进行电镀防腐(当然的，在其他可选的实施方式中，开可以通过涂油的方式对成型构件进行防腐处理)，使成型构件的表面具有锌镀层或锌合金镀层。具体的，该步骤的处理过程可以包括依次进行的：脱脂除油、酸洗、电镀、去氢和钝化。

其中，由于超高强钢具有氢脆敏感性，在成型构件电镀过程中采用低氢脆电镀工艺，根据镀层厚度的要求，先采用5-10A/dm²的电流密度对成型构件冲镀0.5min-2min，使成型构件的表面形成一层致密的薄层电镀层，以阻止氢原子进入钢材基体，然后采用1-3A/dm²的电流密度对成型构件电镀5-15min，使成型构件的表面形成所需厚度的电镀锌层。待成型构件完成电镀后，将成型构件加热至140℃-210℃之间，并在此温度下对零件进行保温10-30min，以对成型构件进行去氢处理，从而提高成型构件的机械性能。优选的，该电镀过程加入辅助阳极、象形阳极。

此外，所述锌合金镀层可以为锌铝合金涂层、锌铁合金涂层或锌镍合金涂层之中的一种。其中，由于纯锌具有牺牲阳极保护效果，但腐蚀速率较快，当铝含量在3％-10％范围内时，锌铝合金涂层具有较高的耐腐蚀性，且随着铝含量的增高，耐蚀性总体呈增加的趋势，但是，当铝的质量百分比在15-25％范围内时，锌铝合金涂层耐蚀性又下降，因此，在所述锌铝合金涂层中，铝的重量百分比优选为3％-10％之间。而含少量的铁的锌铁合金与纯锌涂层相比，耐蚀性提高数倍以上，当铁的质量百分比在10％-18％时，锌铁合金涂层与钢板的结合力最好，不易起皮和开裂脱落；而对于成型后的零件，当锌铁合金涂层中铁含量为0.3％-0.6％时，零件亦可以获得比纯锌涂层耐腐蚀提高5倍的效果。因此，所述锌铁合金涂层中，铁的质量百分比优选为小于1％或10-20％之间。另外，具有锌铁合金涂层的零件，由于具有铁元素，因此零件在后续的焊接工序中，焊接性能更优异。经钝化后，含镍<10％(质量百分比)的合金涂层，耐蚀性比镀锌层提高3-5倍，含镍10％-15％(质量百分比)的锌镍合金涂层的耐腐蚀性是纯锌涂层的6-10倍；而锌镍合金涂层有适度的孔隙，易于除氢，涂层本身氢脆性也较小；而且电镀锌镍合金后耐中性盐雾时间超过720h，可省去电泳涂装工艺，因此，所述锌镍合金涂层中，镍的重量百分优选比为5-15％之间。

综上，即可获得高强度、耐腐蚀的热冲压件。以使该制造方法尤其适用于对呈具有三维构型的异形件进行加工，例如汽车中的顶梁、B柱增强件、保险杠、车门防撞梁等。

另，在步骤“将奥氏体化的所述坯料转移至模具中进行热冲压以得到成型构件，其中成型构件的形状与最终产品的零件相近”和步骤“去除成型构件表面的氧化皮”之间还包括：对零件进行焊接、激光切边或切孔。与对成型构件先电镀再焊接、切边或切孔的工序相比，采用先进行焊接、切边或切孔再进行电镀的方案，可以节约电镀液，更重要的是，可以使得零件的切边或切孔处也能被电镀，产生电镀层，使零件的切边或切孔处因电镀层的保护而提高耐腐蚀性。

在现有技术中，普遍认为的较佳的用于热冲压的钢板为镀层钢板(如涂镀铝或铝硅合金的热冲压成形用钢板、使用锌或锌合金涂镀热轧钢板而制得的镀锌钢板)，因为镀层钢板在进行热冲压加工时，该类钢板在高温加热环境下不会产生氧化皮，进而省去了后续的去氧化皮环节。然而，本发明所提供的实用裸钢板进行热冲压、再进行去氧化皮和防腐的制造方法克服了裸钢不适于热冲压的技术偏见，解决了镀层钢板热冲压的大量技术缺陷，如：

1、相较于采用铝硅镀层钢板的热冲压件，本发明的制造方法获得的成型构件具有电化学腐蚀保护的性能；

2、相较于采用镀锌层钢板的热冲压件，本发明的制造方法可以避免镀锌层钢板在热成形过程中会发生锌的蒸发和锌铁镀层的融化，继而导致液态诱导脆性、降低热成形钢强度的技术缺陷；

3、镀层钢板在其热冲压成形的加热过程中，其镀层被严重破坏，耐腐蚀性远不及原板材，且镀层钢板的热冲压件由于冲压易造成其镀层厚度不足或不均匀，后续服役过程容易发生腐蚀，而本发明的制造方法采用先热冲压、后镀层的方式，保障了镀层的厚度和均匀性；

4、本发明的制造方法还克服了镀层钢板的热冲压件与其他零件进行焊接时需要剥离防腐镀层、后续焊缝处得不到防腐保护的问题，本发明的制造方法可以在对热冲压和完成去氧化皮后的成型构件与其他零件进行按需焊接，随后再进行防腐镀层，从而克服上述技术缺陷。

本发明还提供了一种用于制造耐腐蚀热冲压件的装置，其采用上述的制造方法，其特征在于，所述装置包括落料机构、加热机构、成形机构、去氧化皮机构以及表面处理机构，其中：

所述落料机构用于将不带有涂镀层的裸钢板落料为预成形的坯料；

所述加热机构用于将所述坯料加热到AC3以上，使所述坯料奥氏体化；

所述成形机构用于将奥氏体化的所述坯料转移至模具中进行热冲压以得到成型构件，其中成型构件的形状与最终产品的零件相近；

所述去氧化皮机构用于去除成型构件表面的氧化皮；

所述表面处理机构用于对去除氧化皮后的成型构件进行电镀，使成型构件的表面具有锌镀层或锌合金镀层。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种耐腐蚀热冲压件的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括以下步骤：

将不带有涂镀层的裸钢板落料为预成形的坯料；

将所述坯料加热到AC3以上，使所述坯料奥氏体化；

将奥氏体化的所述坯料转移至模具中进行热冲压以得到成型构件，其中成型构件的形状与最终产品的零件相近；

去除成型构件表面的氧化皮；

对去除氧化皮后的成型构件进行电镀，使成型构件的表面具有锌镀层或锌合金镀层。

2.根据权利要求1所述的耐腐蚀热冲压件的制造方法，其特征在于，在步骤“去除成型构件表面的氧化皮”包括通过酸洗的方式去除成型构件的氧化皮；或，通过抛丸或喷丸的方式去除的方式去除成型构件的氧化皮。

3.根据权利要求1所述的耐腐蚀热冲压件的制造方法，其特征在于，在步骤“将所述坯料加热到AC3以上，使所述坯料奥氏体化”中，该坯料所处的环境为有氧环境。

4.根据权利要求1所述的耐腐蚀热冲压件的制造方法，其特征在于，对所述成型构件进行酸洗的时间为1-20分钟。

5.根据权利要求1所述的耐腐蚀热冲压件的制造方法，其特征在于，对所述成型构件进行酸洗的酸洗溶液为5-20％的盐酸溶液。

6.根据权利要求1所述的耐腐蚀热冲压件的制造方法，其特征在于，在步骤“将奥氏体化的所述坯料转移至模具中进行热冲压以得到成型构件，其中成型构件的形状与最终产品的零件相近”和步骤“去除成型构件表面的氧化皮”之间还包括：对零件进行焊接、激光切边或切孔。

7.根据权利要求1所述的耐腐蚀热冲压件的制造方法，其特征在于，所述表面处理包括电镀，对所述成形构件进行电镀所形成的锌合金镀层包括锌铝合金镀层、锌铁合金镀层以及锌镍合金镀层中的一种。

8.根据权利要求1所述的耐腐蚀热冲压件的制造方法，其特征在于，步骤“将奥氏体化的所述坯料转移至模具中进行热冲压以得到成型构件”中的成型构件呈具有三维构型的异型件。

9.根据权利要求1所述的耐腐蚀热冲压件的制造方法，其特征在于，所述裸钢板包括热轧钢板或冷轧钢板。

10.一种用于制造耐腐蚀热冲压件的装置，其采用如权利要求1至9任一项所述的制造方法，其特征在于，所述装置包括落料机构、加热机构、成形机构、去氧化皮机构以及表面处理机构，其中：

所述落料机构用于将不带有涂镀层的裸钢板落料为预成形的坯料；

所述加热机构用于将所述坯料加热到AC3以上，使所述坯料奥氏体化；

所述成形机构用于将奥氏体化的所述坯料转移至模具中进行热冲压以得到成型构件，其中成型构件的形状与最终产品的零件相近；

所述去氧化皮机构用于去除成型构件表面的氧化皮；

所述表面处理机构用于对去除氧化皮后的成型构件进行电镀，使成型构件的表面具有锌镀层或锌合金镀层。