CN111575622B - 一种具有优异涂装性能的热成形零部件用的镀铝钢板及其制造方法及热成形零部件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有优异涂装性能的热成形零部件用的镀铝钢板及其制造方法及热成形零部件，所述制造方法如下：冷轧带钢经清洗→连续退火→热浸镀→镀层厚度控制→合金化→冷却→涂油；热浸镀使用的镀液包括以下重量百分比的成分：Si：3.0～6.0％，Sn、Cu、Mo三者中的任意一种或多种的总含量为0.5～2.5％，剩余部分为Al和不可避免的杂质；此种镀铝钢板在应用于制造热成形零部件，消除了因为微裂纹形成而造成的凹凸不平的油漆外观，提升油漆之后的耐蚀性。

Description

一种具有优异涂装性能的热成形零部件用的镀铝钢板及其制 造方法及热成形零部件

技术领域

本发明属于热成形钢技术领域，具体涉及一种具有优异涂装性能的热成形零部件用的镀铝钢板及其制造方法及热成形零部件。

背景技术

近年以来，节能减排法律法规的严格对车身轻量化提出了较高的要求。为实现车身轻量化的同时保持安全性能，高强度零部件被大量应用于汽车车身制造。冷成形超高强钢由于冲压过程中的回弹效应，在车身超高强零部件中的应用受到局限。热成形技术由于零件尺寸精度高、无回弹效应、强度级别高而得到广泛应用普及。

在热冲压成形过程中，无涂层板的使用在加热过程中需要保护气氛防止钢板表面的氧化，但在热冲压过程中，零部件表面仍会发生部分氧化需要后续进行喷丸处理，才能进行焊装、涂装等后道工序。这大大增加了热成形零部件的成本，同时产生了环保压力。在装车后，热成形零部件通常作用B柱等安全件，这些零件处于在车身空腔位置，容易发生电泳不良的风险，在整车服役过程中，车身处于暴露于腐蚀环境中，零件容易产生锈蚀继而存在引发安全问题的风险。因此，涂层热成形钢被不断开发出来以应对上述问题。其中Al-Si镀层目前使用较广。

然而Al-Si镀层在热成形过程中与空气接触形成硅氧化物薄膜覆盖于表面，这层氧化物不能被磷酸溶解而导致磷化膜无法生成。因此Al-Si镀层热成形钢零部件在装车涂装时，不能形成质量好的磷化膜用来保证电泳漆层的粘附性和耐蚀性。在另外一方面，铝硅镀层在热成形之后镀层间会形成大量裂纹，在电泳过程中，电泳漆渗入微裂纹区，在裂纹区周围形成油漆较薄的区域，在宏观上造成油漆表面凹凸不平的外观，这些区域在腐蚀环境中容易产生锈点。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供的一种具有优异涂装性能的热成形零部件用的镀铝钢板及其制造方法，此种钢板在应用于制造热成形零部件，消除了因为微裂纹形成而造成的凹凸不平的油漆外观，提升油漆之后的耐蚀性。

本发明还提供了一种热成形零部件，采用所述的镀铝钢板经热成形工艺制备得到，其经磷化处理后，再经电泳涂装处理，得到的漆膜的外观平滑、附着力及耐腐蚀性良好。

本发明采取的技术方案为：

一种具有优异涂装性能的热成形零部件用的镀铝钢板的制造方法，包括以下步骤：

(1)将冷轧带钢清洗后进行连续退火，得到基板；

(2)基板在镀液中进行热浸镀，所述镀液包括以下重量百分比的成分：Si：3.0～6.0％，Sn、Cu、Mo三者中的任意一种或多种的总含量为0.5～2.5％，剩余部分为Al和不可避免的杂质；

(3)将热浸镀后的冷轧带钢入合金化炉进行合金化；

(4)冷却；

(5)涂油。

进一步地，步骤(1)中，所述冷轧带钢的制备工艺为：铁水预处理→转炉冶炼→合金微调→精炼→连铸→热轧→酸洗冷轧。

步骤(2)中，基板入镀液温度620～680℃，热浸镀镀液温度600～660℃，浸镀时间2～6s。热浸镀温度过低或时间过短，基体镀层之间的扩散层未充分形成导致漏镀风险增加。热浸镀温度过高或时间过长造成能耗较高及生产效率的降低。

步骤(2)中，所述热浸镀在连续热浸镀产线上进行，连续热浸镀产线配有合金化炉；热浸镀时使用气刀吹扫控制镀层厚度控制。

步骤(3)中，基板以400～500℃温度进入合金化炉，合金化炉温度为550～700℃，合金化时间3～20s。合金化温度过低或时间过短，对热成形后的涂装性能提升作用降低；合金化温度过高，镀层表面质量下降；合金化时间过长则导致生产效率的降低。

步骤(3)中，合金化后镀层的厚度为6～20μm。

步骤(3)中，合金化炉使用还原性气氛或惰性气氛进行保护。所述还原性气氛优选为N₂和H₂的混合气；所述惰性气氛为N₂。

本发明还提供了一种具有优异涂装性能的热成形零部件用的镀铝钢板，采用上述的制造方法制备得到。

进一步地，所述镀铝钢板包括基板和镀层，所述基板包括以下重量百分比的化学成分：C：0.20～0.30％、Si：0.10～0.35％、Mn：0.9～1.60％、P：≤0.05％、S：≤0.05％、Al：≤0.10％、Cr：0.10～0.80％、Mo：≤0.05％、B：0.0004～0.01％、N：≤0.01％、Ti+Nb+V：0.08～0.10％，余量为Fe和不可避免的杂质。

本发明还提供了一种热成形零部件，将所述的镀铝钢板经热成形工艺制备得到。

进一步地，所述热成形工艺为：加热温度860～940℃，加热时间2.0～5.0min，热成形温度680～720℃，保压时间6～9s，热冲压后冷却速率为35～60s，出模温度≤200℃。

本发明提供的技术方案中，使用包括以下重量百分比的成分：Si：3.0～6.0％，Sn、Cu、Mo的总含量为0.5～2.5％，剩余部分为Al和不可避免的杂质的镀液进行热浸镀，这样镀液成分中的Si可在钢板表面形成Fe-Al-Si抑制层，可以有效阻碍脆性相Fe₂Al₅形成，提高镀层粘附性。镀液成分中的Sn、Cu、Mo具有抑制热成形后镀层中微裂纹形成的作用，减小了电泳涂装过程中的电泳漆液渗入微裂纹的几率；同时Sn、Cu、Mo在热成形过程中抑制硅氧化膜的形成，促进热成形后磷化反应的进行。在Si含量低于3％时，Fe-Al合金层变厚，镀层粘附性降低，Si含量大于6％时，影响镀层表面质量，根据以上情况，本发明镀液中添加Si含量控制为3～6％；Sn、Cu、Mo的总含量低于0.5％，它们所发挥的抑制热成形后镀层中微裂纹形成及抑制硅氧化膜的形成的效果不明显，而大于2.5％引起镀层表面质量的下降和镀液成本的增加，因此本发明中需将三者的总含量控制在0.5～2.5％。

本发明在热浸镀产线上进行合金化处理，同时在合金化处理的过程中使用保护气氛保护。这样做的益处在于：由于钢板是以热态进入合金化炉，可以在几秒内达到热成形过程中1～3min才能达到的镀层合金化效果，同时在此过程中钢板被保护性气氛包围，镀层不发生氧化，因此总的暴露于空气中的时间减少，Si的氧化膜形成减少，热成形后钢板可磷化性增强，磷化膜可覆盖部分镀层表面裂纹，提升电泳涂装之后的附着力、耐蚀性。

本发明通过对镀液成分、热浸镀工艺的控制获得了一种镀铝钢板，使用此种钢板制造热成形零部件可消除传统铝硅钢板在电泳之后形成的凹凸不平的外观，提升了电泳涂装之后附着力、耐蚀性。且使用本发明的钢板可以降低热成形过程中的加热时间或加热温度。

附图说明

图1为实施例5中的镀铝钢板热成形后镀层磷化后的表面形貌；

图2为实施例5中的镀铝钢板热成形后镀层磷化后的放大的表面形貌(a)及图中A点(b)和B点(b)处对应的成分；

图3为对比例中的镀铝钢板热成形后镀层磷化后的表面形貌(a)及放大的表面形貌(b)；

图4为实施例5(a)及对比例(b)中的热成形试样电泳涂漆后的外观。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细说明。

通过铁水预处理→转炉冶炼→合金微调→精炼→连铸→热轧→酸洗→冷轧→得到表1中各成分的厚度1.2～2.5mm的冷轧带钢，然后将各冷轧带钢分别经清洗→连续退火→热浸镀→镀层厚度控制→合金化→冷却→涂油并按照表2-3中的参数进行控制，制备得到镀铝钢板。

表1为各实施例和对比例中的基板化学成分及重量百分比(wt％)

表2各实施例和对比例中的镀液化学成分及重量百分比(wt％)

	Si	Sn+Cu+Mo	Al
				实施例1	3.0	0.5	余量
实施例2	3.5	1.5	余量
				实施例3	5.0	1.8	余量
实施例4	6.0	2.0	余量
				实施例5	5.5	2.5	余量
实施例6	6.0	2.3	余量
				对比例1	9.0	/	余量
对比例2	9.0	/	余量

表3各实施例和对比例中的热浸镀生产主要工艺参数

将上述各实施例和对比例得到的镀铝钢板经热成形工艺加工成热成形零部件，具体热成形工艺参数如表4所示，得到的热成形零部件的力学性能如表5所示。

表4热成形工艺

表5热成形后力学性能

	屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	延伸率A<sub>50</sub>/％
				实施例1	1085	1507	6.3
实施例2	985	1398	7.2
				实施例3	1104	1566	6.8
实施例4	1068	1495	6.7
				实施例5	1062	1487	6.2
实施例6	1183	1654	5.9
				对比例1	1034	1408	6.3
对比例2	1041	1416	6.1

使用如表6的磷化药剂及试验参数对热成形后试样进行磷化处理，磷化完成后使用SEM分析表面形貌并参照《GB/T 9792-2003金属材料上的转化膜单位面积膜质量的测定重量法》测定磷化膜重，以实施例5为例，实施例5中的镀铝钢板热成形后镀层磷化后的表面形貌及图中A、B两点的成分如图1、2所示，实施例5在镀层表面形成了磷化膜，磷化膜的晶态以叶片状、颗粒状共同覆盖于钢板表面。由于镀层中元素的添加抑制了铝硅元素的表面氧化，使电泳前处理的磷化反应得以进行，虽然由于硅仍发生了部分氧化使磷化层未能全部覆盖于钢板表面，但磷化膜重大于0.5g/m²，结合镀层本身的粗糙形貌及镀层裂纹的抑制作用，有以下效果：电泳涂漆之后不存在凹凸不平的油漆外观，如图4中(a)所示，并且电泳涂装之后附着力及耐蚀性良好；而对比例中的磷化膜重仅为0.1g/m²，电泳涂漆之后存在凹凸不平的油漆外观，如图3和4(b)所示，并且电泳涂装之后附着力及耐蚀性较差。

使用上述磷化工艺得到磷化板并配套关西LB-810型号电泳漆进行电泳涂装，电泳干膜厚度为18μm，随后进行外观评价、附着力(GB/T 9286-1998)、耐蚀性测试(每循环包括：35±2℃下使用5％NaCl喷雾4h、23±2℃温度50±6％RH湿度存放4h，40±2℃温度100％RH湿度存放16h，共30循环)。

结果列于表7，结果表明实施例提升了可磷化性并消除了凹凸不平的电泳外观，并减少了由于此外观而造成的非划线区的锈点，同时附着力及划痕腐蚀扩展宽度指标优异。

表6磷化过程参数

表7磷化性能、油漆附着力测试结果、耐腐蚀性能测试结果

上述参照实施例对一种具有优异涂装性能的热成形零部件用的镀铝钢板及其制造方法及热成形零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 (6)

1.一种具有优异涂装性能的热成形零部件用的镀铝钢板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）将冷轧带钢清洗后进行连续退火，得到基板；

（2）基板在镀液中进行热浸镀，所述镀液包括以下重量百分比的成分：Si：3.0~6.0%，Sn、Cu、Mo三者中的任意一种或多种的总含量为0.5~2.5%，剩余部分为Al和不可避免的杂质；

（3）将热浸镀后的冷轧带钢入合金化炉进行合金化；

（4）冷却；

（5）涂油，制备得到镀铝钢板；

步骤（2）中，基板入镀液温度620~680℃，热浸镀镀液温度600~660℃，浸镀时间2~6s；

步骤（3）中，基板以400~500℃温度进入合金化炉，合金化炉温度为550~700℃，合金化时间3~20s，合金化后镀层的厚度为6~20μm；

步骤（3）中，合金化炉使用还原性气氛或惰性气氛进行保护；

所述步骤（5）之后还包括对镀铝钢板进行热成形、磷化处理及电泳涂装的步骤，其中磷化处理具体包括以下步骤：依次进行脱脂、去离子水洗、表调、磷化、去离子水洗的步骤；电泳涂装步骤具体为将磷化工艺得到磷化板并配套关西LB-810型号电泳漆进行电泳涂装，电泳干膜厚度为18μm。

2.根据权利要求1所述的具有优异涂装性能的热成形零部件用的镀铝钢板的制造方法，其特征在于，步骤（1）中，所述冷轧带钢的制备工艺为：铁水预处理→转炉冶炼→合金微调→精炼→连铸→热轧→酸洗冷轧。

3.一种具有优异涂装性能的热成形零部件用的镀铝钢板，其特征在于，采用权利要求1或2所述的制造方法制备得到。

4.根据权利要求3所述的具有优异涂装性能的热成形零部件用的镀铝钢板，其特征在于，所述镀铝钢板包括基板和镀层，所述基板包括以下重量百分比的化学成分：C：0.20~0.30%、Si：0.10~0.35%、Mn：0.9~1.60%、P：≤0.05%、S：≤0.05%、Al：≤0.10%、Cr：0.10~0.80%、Mo：≤0.05%、B：0.0004~0.01%、N：≤0.01%、Ti+Nb+V：0.08~0.10%，余量为Fe和不可避免的杂质。

5.一种热成形零部件，其特征在于，所述热成形零部件通过以下步骤制备得到：

（1）将冷轧带钢清洗后进行连续退火，得到基板；

（2）基板在镀液中进行热浸镀，所述镀液包括以下重量百分比的成分：Si：3.0~6.0%，Sn、Cu、Mo三者中的任意一种或多种的总含量为0.5~2.5%，剩余部分为Al和不可避免的杂质；

（3）将热浸镀后的冷轧带钢入合金化炉进行合金化；

（4）冷却；

（5）涂油；

（6）热成形；

步骤（2）中，基板入镀液温度620~680℃，热浸镀镀液温度600~660℃，浸镀时间2~6s；

步骤（3）中，基板以400~500℃温度进入合金化炉，合金化炉温度为550~700℃，合金化时间3~20s，合金化后镀层的厚度为6~20μm；

步骤（3）中，合金化炉使用还原性气氛或惰性气氛进行保护。

6.根据权利要求5所述的热成形零部件，其特征在于，所述热成形工艺为：加热温度860~940℃，加热时间2.0~5.0min，热成形温度680~720℃，保压时间6~9s，热冲压后冷却速率为35~60s，出模温度≤200℃。

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