CN112695249A - 一种1800MPa级双面非等厚铝-硅镀层热成形钢及其电阻点焊的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种1800MPa级双面非等厚铝‑硅镀层热成形钢及其电阻点焊的方法，可提升传统铝‑硅镀层的冷弯性能并兼顾其良好的电阻点焊的可焊性能，本发明的产品应用于1800MPa级铝‑硅镀层热成形钢的生产，可提升传统铝‑硅镀层热成形钢的冷弯性能，所需焊接方法应用于所述产品在热冲压之后焊装生产的电阻点焊方法，采用本专利所述的焊接工艺，可实现上述产品的有效电阻点焊，且连续焊接条件下电极寿命满足行业的普遍要求，并在冷弯角性能方面得到提升，满足汽车行业对铝‑硅镀层热成形工件日益严苛的安全性能的要求。

Description

一种1800MPa级双面非等厚铝-硅镀层热成形钢及其电阻点焊 的方法
技术领域
本发明属于汽车用超高强度钢的生产和焊接技术领域，具体涉及一种1800MPa级双面非等厚铝-硅镀层热成形钢及其电阻点焊的方法。
背景技术
电阻点焊由于具有生产效率高、易于实现自动化等优点，已经在汽车工业中被广泛使用，同时也是热成形零部件焊装时的主要的焊接方法。
CN101583486B专利提供了一种热冲压涂覆钢片材产品及其制备方法。该专利产品是常规厚度铝-硅镀层热成形钢产品，使用的热冲压涂覆钢片材的预涂层厚度为20～33μm，工业上一般采用25μm厚度的预涂层。热冲压成形后，构件覆盖有30～40μm的涂层，该涂层为4层结构(具体参见CN101583486B专利)，已经在汽车行业的车身安全件上实现了广泛的应用，总所周知，该专利有效实施为大大提高了汽车车身的刚度和强度，可有效保护乘车人员的安全性，为汽车工业的进步做出了突出的贡献。
随着汽车工业对安全性的要求越来越高，对于铝-硅镀层热成形钢零部件的的吸能的要求越来越高，冷弯角作为热成形零部件吸能的最重要的指标之一，CN101583486B专利所述的产品已不能完全满足现有汽车工业对铝-硅镀层热成形钢零件冷弯角的越来越严苛的要求。针对如何在上述专利产品的基础上，在不增加或少量增加工业生产难度的前提下，有效解决冷弯角不能满足日益严苛标准的要求，CN108588612A专利发明一种1500MPa级新型铝-硅镀层热成形钢，上述专利产品采用薄铝-硅镀层设计，该专利热冲压成形用预涂镀钢板的总厚度为0.5mm～3.0mm，所述预涂层的厚度为3～19μm，优选为12～18μm。热冲压以后的零部件镀层结构为三层结构或不连续的四层结构(具体参见CN108588612A专利)该发明专利所述产品的热成形零件最大冷弯角较传统铝-硅提升1～7°，初步给出了满足现有汽车工业对铝-硅镀层热成形钢零件冷弯角的要求的理论方向。
为进一步实现上述专利的工业化应用，本专利发明人所属企业，在充分授权的条件下，开展了CN108588612A专利所述产品的工业化试生产，并对CN108588612A专利产品开展了大量的电阻点焊实验研究。根据反复的科学的实验，发现采用上述专利所述的产品，并在可探索的较优的焊接工艺下，普遍情况下载连续焊接超过100个焊点时，电极就发生了失效，无法获得有效的焊点，导致零件焊接发生失效。经过大量的重复性验证和系统的原因分析，发现CN108588612A专利产品在焊装工序电阻点焊时，因表面是三层镀层结构，相对于传统镀层其最外层不产生或是不连续或，该层会客观导致焊接过程中，镀层表面与电极接触时，存在较高的接触电阻，在焊接阶段，该不连续镀层会与电极表面产生不均衡、不可控的接触电阻热，导致电极端面的局部熔化和工件表面不连续镀层的局部脱落，在重复的该焊接热循环条件下，电极端面的金属产生不可控的变形和凹坑，电极过早发生失效，进而导致焊点失效。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种1800MPa级双面非等厚铝-硅镀层的热成形钢产品及其电阻点焊的方法，可提升传统铝-硅镀层热成形钢的冷弯性能。
本发明的具体技术方案为：
一种1800MPa级双面非等厚铝-硅镀层热成形钢及其电阻点焊的方法，通过以下步骤进行实施，并对具体的步骤进行说明：
1)双面非等厚铝-硅镀层热成形钢产品制备：
热成形钢基材的主要化学成分以重量％计分别为：C：0.28～0.50、Si：0.20～0.80、Mn：0.50～1.20、P：≤0.05、S：≤0.05、Al：≤0.10、Cr：0.10～0.80、Mo：≤0.5、B：≤0.005、N：≤0.01、Nb+V+Ti：0.04～0.10。余量为Fe和不可避免的杂质。热成形钢基材的厚度为0.5mm-2.5mm。
热浸镀工序中，通过工艺的控制，在所述基板表面分别获取“镀层1”和“镀层2”特征的产品，得到双面非等厚铝-硅镀层钢板，所述铝-硅镀层热成形钢“镀层1”的厚度为20-33μm和“镀层2”的镀层厚度为3-19μm，优化的“镀层1”厚度为23-27μm，优化的“镀层2”厚度为7-15μm。
进一步的双面非等厚的镀层主要化学成分以重量％计分别为Si：8～12，余量为Al和不可避免的杂质。
2)热成形工件
采用合适的热成形工艺对上述的双面非等厚铝-硅镀层热成形钢产品进行热冲压，获取基材性能符合行业要求的热成形工件。“镀层1”在热冲压后定义为“镀层11”，进一步的“镀层11”厚度范围为30-40μm，进一步的镀层11为4层结构。“镀层2”在热冲压后定义为“镀层21”，进一步“镀层21”厚度范围为18-30μm，进一步的镀层21为三层结构或不连续的4层结构。
热成形工件的抗拉强度范围为1700MPa-2200MPa，进一步的冷弯角不小于50°。
3)焊接工艺：
通过调整焊接工艺中的焊接电流、焊接时间、电极压力等主要参数和焊后热处理工艺参数，使待焊工件之间形成有效的熔核尺寸。焊接过程采用主焊接和焊后热处理工艺，在主焊接和焊后热处理中间冷却100ms-300ms，其中主焊接焊接电流范围为6.0kA-12.0kA，电极压力范围为4.0kN-8.0kN，焊接时间100ms-500ms；焊后热处理电流范围为3kA-6kA，电极压力为4.0kN-8.0kN，热处理时间80-200ms。
特别的，工件的接头形式为搭接接头，“镀层11”与上电极端面接触，“镀层21”为搭接面。
进一步的，当热成形工件厚度在0.7-1.4mm时，优选的焊接参数如下：焊接时间：150ms-300ms，焊接电流：5.0kA-9.0kA，焊接压力：4.0kN-6.0kN；中间冷却时间100ms-200ms，焊后热处理电流范围为3kA-4kA，电极压力为4.0kN-6.0kN，热处理时间80ms-160ms。
当热成形工件厚度在1.5-2.0mm时，优选的焊接参数如下：焊接时间：180ms-400ms，焊接电流：6.0kA-10.0kA，焊接压力：4.5kN-6.5kN；中间冷却时间150ms-250ms，焊后热处理电流范围为4kA-5kA，电极压力为4.5kN-6.5kN，热处理时间100ms-180ms。
当热成形工件厚度在2.1-2.5mm时，优选的焊接参数如下：焊接时间：200ms-500ms，焊接电流：7.0kA-11.0kA，焊接压力：5.0kN-7.0kN。中间冷却时间200ms-300ms，焊后热处理电流范围为5kA-6kA，电极压力为5.0kN-7.0kN，热处理时间120ms-200ms。
焊后热处理电流通电结束后，推荐的保压时间为200ms～500ms。
与现有技术相比，通过本发明的技术方案，可提升传统铝-硅镀层的冷弯性能并兼顾其良好的电阻点焊的可焊性能，通过采用双面非等厚铝-硅镀层的发明法发，可以使铝-硅镀层热成形钢在电阻点焊可焊性能保证的条件下，有效提升上述产品的冷弯性。具体为将本专利产品的较“镀层11”一侧与焊接电极表面接触，“镀层21”一侧作为两个工件的接触面，采用本专利所述的焊接工艺，可实现上述产品的有效电阻点焊，且连续焊接条件下电极寿命满足行业的普遍要求，并在冷弯角性能方面得到提升，满足汽车行业对铝-硅镀层热成形工件日益严苛的安全性能的要求。
附图说明
附图1中原材料基板示意图；
附图2中热冲压后工件示意图；
1、原材料，12、“镀层1”，13、“镀层2”；
2、热冲压后工件，21、“镀层11”，22、“镀层21”，3、上电极，31、上电极端面，4、下电极，41、下电极端面。
具体实施方式
下面结合说明附图1-2和实施例对本发明做进一步地描述。
实施例1
1)双面非等厚铝-硅镀层热成形钢产品制备：
通过对熔炼工序的控制，获得热成形钢基材的主要化学成分以重量％计分别为：C：0.37、Si：0.35、Mn：0.93、P：0.004、S：0.006、Al：0.05、Cr：0.3、Mo：0.004、B：0.004、N：≤0.01、Nb+V+Ti：0.082，余量为Fe和不可避免的杂质。通过对汽车板生产过程中连铸、热轧、酸轧等工序的控制，获得1.2mm厚度所述成分的性能符合要求的基材。
热浸镀工序中，通过工艺的控制，在所述基板表面分别获取“镀层1”和“镀层2”特征的产品，得到双面非等厚铝-硅镀层钢板，所述铝-硅镀层热成形钢“镀层1”的厚度为19-21μm和“镀层2”的镀层厚度为9-11μm。
进一步的双面非等厚的镀层主要化学成分以重量％计分别为Si：9-10，余量为Al和不可避免的杂质。
2)热成形工件
采用合适的热成形工艺对上述的双面非等厚铝-硅镀层热成形钢产品进行热冲压，获取基材性能符合行业要求的热成形工件。工件的截面示意图如图1所示，“镀层1”在热冲压后定义为“镀层11”，进一步的“镀层11”厚度范围为28-32μm，进一步的镀层11为4层结构。“镀层2”在热冲压后定义为“镀层21”，进一步“镀层21”厚度范围为18-21μm，进一步的“镀层21”最外层为不连续的四层结构。
上述热成形工件的抗拉强度范围为1700MPa-2200MPa，冷弯角不小于50°。
3)焊接工艺：
调整上下电极的位置及方向使上下电极对中，此步骤的主要目的是保证在焊接过程加载压力阶段待焊工件与电极断面接触的区域均匀受力，并在焊接过程中的加载电流阶段获得均匀的电流。进一步的电极的端面直径为5.5mm。
通过调整焊接工艺中的焊接电流、焊接时间、电极压力等主要参数和焊后热处理工艺参数，使待焊工件之间形成有效的熔核尺寸。焊接过程采用主焊接和焊后热处理工艺，其中主焊接焊接时间：180ms～220ms；焊接电流：6.2kA～8kA，焊接压力：4.0～5.0kN；中间冷却时间100ms-200ms，焊后热处理电流范围为3kA-4kA，电极压力为4.0kN-5.0kN，热处理时间80-120ms。
特别的，工件的接头形式为搭接接头，“镀层11”与上电极端面接触，“镀层21”为搭接面。如附图2所示。
焊后热处理电流通电结束后，推荐的保压时间为200～500ms。
实施例2
1)双面非等厚铝-硅镀层热成形钢产品制备：
通过对熔炼工序的控制，获得热成形钢基材的主要化学成分以重量％计分别为：C：0.37、Si：0.35、Mn：0.93、P：0.004、S：0.006、Al：0.05、Cr：0.3、Mo：0.004、B：0.004、N：≤0.01、Nb+V+Ti：0.082，余量为Fe和不可避免的杂质。通过对汽车板生产过程中连铸、热轧、酸轧等工序的控制，获得1.5mm厚度所述成分的性能符合要求的基材。
热浸镀工序中，通过工艺的控制，在所述基板表面分别获取“镀层1”和“镀层2”特征的产品，得到双面非等厚铝-硅镀层钢板，所述铝-硅镀层热成形钢“镀层1”的厚度为24-26μm和“镀层2”的镀层厚度为12-14μm。
进一步的双面非等厚的镀层主要化学成分以重量％计分别为Si：9，余量为Al和不可避免的杂质。
2)热成形工件
采用合适的热成形工艺对上述的双面非等厚铝-硅镀层热成形钢产品进行热冲压，获取基材性能符合行业要求的热成形工件。工件的截面示意图如图1所示，“镀层1”在热冲压后定义为“镀层11”，进一步的“镀层11”厚度范围为33-37μm，进一步的镀层11为4层结构。“镀层21”厚度范围为21-25μm，进一步的最外层为不连续的四层结构。
上述热成形工件的抗拉强度范围为1700MPa-2200MPa，冷弯角不小于50°。
3)焊接工艺：
调整上下电极的位置及方向使上下电极对中，此步骤的主要目的是保证在焊接过程加载压力阶段待焊工件与电极断面接触的区域均匀受力，并在焊接过程中的加载电流阶段获得均匀的电流。进一步的电极的端面直径为6mm。
通过调整焊接工艺中的焊接电流、焊接时间、电极压力等主要参数和焊后热处理工艺参数，使待焊工件之间形成有效的熔核尺寸。焊接过程采用主焊接和焊后热处理工艺，其中主焊接焊接时间：180ms-300ms；焊接电流：6.0kA-8.0kA，焊接压力：4.5-5.5kN；中间冷却时间150ms-250ms，焊后热处理电流范围为4kA-5kA，电极压力为4.5kN-5.5kN，热处理时间100ms-140ms。
特别的，工件的接头形式为搭接接头，“镀层11”与上电极端面接触，“镀层21”为搭接面。如附图2所示。
焊后热处理电流通电结束后，推荐的保压时间为200～500ms。
上述实施方式对本发明的目的、实施效果进行了详细阐述，所应理解的是，上述实施方式仅是本发明的具体实施方式，本发明并不受上述方式的限制，凡在本发明的精神和原则之内，或采用了本发明的技术构思和技术方案进行的各种修改、等同替换、改进等，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种1800MPa级双面非等厚铝-硅镀层热成形钢，其特征是，热成形钢基材的主要化学成分以重量％计分别为：C：0.28～0.50、Si：0.20～0.80、Mn：0.50～1.20、P：≤0.05、S：≤0.05、Al：≤0.10、Cr：0.10～0.80、Mo：≤0.5、B：≤0.005、N：≤0.01、Nb+V+Ti：0.04～0.10，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种1800MPa级双面非等厚铝-硅镀层热成形钢的电阻点焊的方法，其特征是，步骤如下：
1)双面非等厚铝-硅镀层热成形钢产品制备：
热成形钢基材的厚度为0.5mm-2.5mm；
热浸镀工序中，通过工艺的控制，在所述基板表面分别获取“镀层1”和“镀层2”特征的产品，得到双面非等厚铝-硅镀层钢板，所述铝-硅镀层热成形钢“镀层1”的厚度为20-33μm和“镀层2”的镀层厚度为3-19μm；
2)热成形工件
采用热成形工艺对上述的双面非等厚铝-硅镀层热成形钢产品进行热冲压，获取基材性能符合行业要求的热成形工件，“镀层1”在热冲压后定义为“镀层11”，“镀层2”在热冲压后定义为“镀层21”；
“镀层11”厚度范围为30-40μm，“镀层11”为4层结构；“镀层21”厚度范围为18-30μm，“镀层21”为三层结构或不连续的4层结构；
热成形工件的抗拉强度范围为1700MPa-2200MPa，进一步的冷弯角不小于50°。
3)焊接工艺：
通过调整焊接工艺中的焊接电流、焊接时间、电极压力等主要参数和焊后热处理工艺参数，使待焊工件之间形成有效的熔核尺寸；焊接过程采用主焊接和焊后热处理工艺，在主焊接和焊后热处理中间冷却100ms-300ms，其中主焊接焊接电流范围为6.0kA-12.0kA，电极压力范围为4.0kN-8.0kN，焊接时间100ms-500ms；焊后热处理电流范围为3kA-6kA，电极压力为4.0kN-8.0kN，热处理时间80-200ms；
工件的接头形式为搭接接头，“镀层11”与上电极端面接触，“镀层21”为搭接面；
焊后热处理电流通电结束后，推荐的保压时间为200ms～500ms。
3.根据权利要求2所述的一种1800MPa级双面非等厚铝-硅镀层热成形钢的电阻点焊的方法，其特征是，所述步骤1)中的“镀层1”厚度为23-27μm，“镀层2”厚度为7-15μm。
4.根据权利要求2或3所述的一种1800MPa级双面非等厚铝-硅镀层热成形钢的电阻点焊的方法，其特征是，所述步骤1)镀层主要化学成分以重量％计分别为Si：8～12，余量为Al和不可避免的杂质。
5.根据权利要求2所述的一种1800MPa级双面非等厚铝-硅镀层热成形钢的电阻点焊的方法，其特征是，所述步骤3)当热成形工件厚度在0.7-1.4mm时，焊接参数如下：焊接时间：150ms-300ms，焊接电流：5.0kA-9.0kA，焊接压力：4.0kN-6.0kN；中间冷却时间100ms-200ms，焊后热处理电流范围为3kA-4kA，电极压力为4.0kN-6.0kN，热处理时间80ms-160ms。
6.根据权利要求2所述的一种1800MPa级双面非等厚铝-硅镀层热成形钢的电阻点焊的方法，其特征是，所述步骤3)当热成形工件厚度在1.5-2.0mm时，焊接参数如下：焊接时间：180ms-400ms，焊接电流：6.0kA-10.0kA，焊接压力：4.5kN-6.5kN；中间冷却时间150ms-250ms，焊后热处理电流范围为4kA-5kA，电极压力为4.5kN-6.5kN，热处理时间100ms-180ms。
7.根据权利要求2所述的一种1800MPa级双面非等厚铝-硅镀层热成形钢的电阻点焊的方法，其特征是，所述步骤3)当热成形工件厚度在2.1-2.5mm时，焊接参数如下：焊接时间：200ms-500ms，焊接电流：7.0kA-11.0kA，焊接压力：5.0kN-7.0kN。中间冷却时间200ms-300ms，焊后热处理电流范围为5kA-6kA，电极压力为5.0kN-7.0kN，热处理时间120ms-200ms。
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