CN113265606A - 一种调控铝硅镀层热成形钢表面颜色为蓝色或淡蓝色的热处理方法及热成形钢 - Google Patents

一种调控铝硅镀层热成形钢表面颜色为蓝色或淡蓝色的热处理方法及热成形钢 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种调控铝硅镀层热成形钢表面颜色为蓝色或淡蓝色的热处理方法及热成形钢，所述热处理方法包括以下步骤：基板热浸镀之后进行光整、拉矫；然后经900～930℃的加热炉加热，出炉后转移至模具中进行平板淬火，经该方法可生产得到表面颜色为蓝色或淡蓝色的铝硅镀层热成形钢；使用本发明所述的热处理方法来处理特定基板成分的钢板，可以得到高强度的表面颜色为蓝色或浅蓝色的铝硅镀层热成形钢，本发明生产得到了表面颜色为蓝色或浅蓝色的1500MPa级热成形钢及表面颜色为蓝色或浅蓝色的1800MPa级热成形钢，其可广泛应用于汽车结构件、加强件和防撞件。

Description

一种调控铝硅镀层热成形钢表面颜色为蓝色或淡蓝色的热处 理方法及热成形钢
技术领域
本发明属于铝硅镀层热成形钢技术领域，具体涉及一种调控铝硅镀层热成形钢表面颜色为蓝色或淡蓝色的热处理方法及热成形钢。
背景技术
提高汽车的安全性能、节能减排(保护环境)是世界各国对整个汽车制造行业的硬性要求，应用(超)高强度钢是提高汽车的安全性能的必由之路，应用(超)高强度钢是实现整车轻量化以达到节能减排效果的最有效途径，乘用车重量每下降10.0％，油耗和尾气排放能降低6.0％～8.0％左右。因此，钢铁企业(超)高强度汽车用钢的研发及应用技术对于汽车制造行业快速发展有着显著的推动作用。
超高强度的铝硅镀层热成形钢广泛用于汽车结构件、加强件和防撞件(如B柱、防撞梁等)，为保证汽车安全性能和轻量化要求的优选材料。但铝硅镀层热成形钢在热成形过程中会存在色差问题，不同基体材料厚度、不同镀层重量的铝硅镀层热成形钢在不同的热处理工艺条件下，热成形零部件表面颜色存在明显的不同。通用、大众、宝马、克莱斯勒、本田等汽车制造商对铝硅镀层的高温相结构、镀层表面颜色有着特殊的要求，通常要求铝硅镀层热成形钢零部件表面颜色为蓝色、浅蓝色。同时，普通客户也要求铝硅镀层热成形钢零部件表面颜色为蓝色、浅蓝色。
但是现有技术中并没有公开过如何调控超高强度的铝硅镀层热成形钢的表面颜色为蓝色或浅蓝色的方法。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种调控铝硅镀层热成形钢表面颜色为蓝色或淡蓝色的热处理方法，经该方法可生产得到表面颜色为蓝色或淡蓝色的铝硅镀层热成形钢。
本发明还提供了一种表面镀层颜色为蓝色或淡蓝色的铝硅镀层热成形钢，该热成形钢的抗拉强度等级可达到1500MPa或1800MPa，可以同时满足客户对于热成形钢高强度及表面颜色为蓝色或淡蓝色的需求。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种调控铝硅镀层热成形钢表面颜色为蓝色或淡蓝色的热处理方法，所述热处理方法包括以下步骤：基板热浸镀之后进行光整、拉矫；然后经900～930℃的加热炉加热，出炉后转移至模具中进行平板淬火。
所述基板的厚度为0.8～2.0mm；热浸镀后形成的镀层厚度为40～150g/m2。
在0.80mm≤基板厚度＜1.25mm时，40g/m2≤镀层重量＜60g/m2，加热4.0～5.0min，可以得到蓝色或者浅蓝色镀层；60g/m2≤镀层重量＜100g/m2，加热3.0～5.0min，可以得到蓝色或者浅蓝色镀层；100g/m2≤镀层重量＜160g/m2，加热3.0～4.0min，可以得到蓝色或者浅蓝色镀层；
在1.25mm≤基板厚度＜2.00mm，40g/m2≤镀层重量＜60g/m2，加热5.0～6.0min，可以得到蓝色或者浅蓝色镀层；60g/m2≤镀层重量＜100g/m2，加热4.0～5.0min，可以得到蓝色或者浅蓝色镀层；100g/m2≤镀层重量＜160g/m2，加热4.0～6.0min，可以得到蓝色或者浅蓝色镀层。
加热时，加热炉内的气氛为空气。炉内露点为-5.0℃，有利于保护铝硅镀层热成形钢在炉内高温加热时的表面质量。
出炉后在5～10s之内转移至模具中进行平板淬火。转移时间若过长，则出炉高温铝硅镀层热成形钢料片会在空气环境里发生缓冷，不能及时进行平板淬火，影响马氏体相变进程，进而显著降低成品强度。
所述平板淬火的条件为：保压时间为10～15s，保压压力为600～800t，淬火冷却速度29～65℃/s。保压时间过短，保压压力过小，会直接影响淬火过程中铝硅镀层热成形钢马氏体组织的含量，进而降低成品的强度。保压时间过长，会影响热成形生产线生产效率，保压压力过大，对设备加压能力要求就越高。淬火冷却速度小于29℃/s，会直接影响淬火过程中铝硅镀层热成形钢马氏体组织的生成量，进而降低成品的强度。淬火冷却速度大于65℃/s，此时淬火过程中铝硅镀层热成形钢马氏体组织已经全部生成，若再增加冷却速度，对马氏体组织生成量已经无影响，同时对设备冷却能力要求就更高。
热浸镀采用的镀液的化学成分及重量百分比为：Si 8.9～9.9％，余量为Al及不可避免的杂质。
所述铝硅镀层中，Al元素含量为40.0～44.5％，Si元素含量为1.9～4.8％，Fe元素含量为38.9％～41.5％，O元素含量为11.8～16.6％。
所述热浸镀的温度为645～655℃，镀后冷却光整延伸率为1.5～2.1％，以消除屈服平台，提高钢的屈服强度，赋予镀层表面粗糙度1.60～2.50μm，有利于后续涂装质量。拉矫延伸率为0～0.5％，有利于优化板形。
本发明提供的一种表面镀层颜色为蓝色或淡蓝色的铝硅镀层热成形钢，所述铝硅镀层热成形钢基板包括以下重量百分比的化学成分：C 0.20～0.25％、Si0.20～0.35％、Mn0.95～1.35％、Ti 0.025～0.050％、Als 0.02～0.06％、Cr 0.10～0.25％、、V 0.025～0.045％、Nb 0.031～0.05％、B 0.0015～0.0035％、P≤0.020％、S≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述铝硅镀层热成形钢是由所述基板在热浸镀之后经上述热处理方法生产得到。所述铝硅镀层热成形钢的屈服强度为1060～1100MPa，抗拉强度为1525～1570MPa，延伸率为6.5～7.5％，冷弯角为55～60°，显微硬度为490～500HV0.2。
本发明提供的另一种表面镀层颜色为蓝色或淡蓝色的铝硅镀层热成形钢，所述铝硅镀层热成形钢基板包括以下重量百分比的化学成分：C 0.20～0.35％、Si0.20～0.50％、Mn 0.95～1.50％、Als 0.02～0.06％、Cr 0.10～0.45％、Mo 0.35～0.50％、V 0.025～0.15％、Nb 0.015～0.05％、P≤0.020％、S≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述铝硅镀层热成形钢是由所述基板在热浸镀之后经上述热处理方法生产得到。所述铝硅镀层热成形钢的屈服强度为1190～1300MPa，抗拉强度为1810～1920MPa，延伸率为5.0～6.0％，冷弯角为45～55°，显微硬度为570～610HV0.2。
在进行热浸镀之前，基板经退火处理，所述退火的条件为：退火炉内加热段温度为750～765℃，均热段加热温度为750～760℃，缓冷段温度为705～725℃，快冷段温度为635～655℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1.基板热浸镀之后进行光整、拉矫；然后经900～930℃的加热炉加热，出炉后转移至模具中进行平板淬火，通过控制加热炉的加热时间，可以生产得到满足客户需求的表面颜色为蓝色或浅蓝色的铝硅镀层热成形钢；
2.使用本发明所述的热处理方法来处理特定基板成分的钢板，可以得到高强度的表面颜色为蓝色或浅蓝色的铝硅镀层热成形钢，本发明生产得到了表面颜色为蓝色或浅蓝色的1500MPa级热成形钢及表面颜色为蓝色或浅蓝色的1800MPa级热成形钢，其可广泛应用于汽车结构件、加强件和防撞件。
附图说明
图1为实施例11的1500MPa级铝硅镀层热成形钢的金相组织；
图2为实施例29的1800MPa级铝硅镀层热成形钢的金相组织；
图3为实施例5的铝硅镀层热成形钢的镀层相结构；
图4为实施例5的铝硅镀层热成形钢沿镀层深度方向的各元素线扫描图；
图5为基板厚度1.40mm、镀层重量150g/m2、加热时间5.0min、不同加热温度条件下的铝硅镀层热成形钢的镀层元素含量曲线图；
图6为基板厚度1.80mm、镀层重量150g/m2、加热温度930℃、不同加热时间条件下的铝硅镀层热成形钢的镀层元素含量曲线图。
具体实施方式
实施例1-24均是以得到屈服强度为1060～1100MPa，抗拉强度为1525～1570MPa，延伸率为6.5～7.5％，冷弯角为55～60°，显微硬度为490～500HV0.2的表面镀层颜色为蓝色或淡蓝色的铝硅镀层热成形钢为目的的。
实施例25-29均是以得到屈服强度为1190～1300MPa，抗拉强度为1810～1920MPa，延伸率为5.0～6.0％，冷弯角为45～55°，显微硬度为570～610HV0.2的表面镀层颜色为蓝色或淡蓝色的铝硅镀层热成形钢为目的的。
为实现上述目的，实施例1-24及对比例1-68中的铝硅镀层热成形钢的基板包括以下重量百分比的化学成分：C 0.20～0.25％、Si 0.20～0.35％、Mn 0.95～1.35％、Ti0.025～0.050％、Als 0.02～0.06％、Cr 0.10～0.25％、、V 0.025～0.045％、Nb0.031～0.05％、B 0.0015～0.0035％、P≤0.020％、S≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
实施例25-29中的铝硅镀层热成形钢的基板包括以下重量百分比的化学成分：C0.20～0.35％、Si 0.20～0.50％、Mn 0.95～1.50％、Als 0.02～0.06％、Cr0.10～0.45％、Mo 0.35～0.50％、V 0.025～0.15％、Nb 0.015～0.05％、P≤0.020％、S≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
基板进行热浸镀前，退火炉内加热段温度为750～765℃，均热段加热温度为750～760℃，缓冷段温度为705～725℃，快冷段温度为635～655℃。
热浸镀采用的镀液的化学成分及重量百分比为：Si 8.9～9.9％，余量为Al及不可避免的杂质。
热浸镀温度为645～655℃，镀后冷却光整延伸率为1.5～2.1％，拉矫延伸率为0～0.5％。
热浸镀之后经高温加热→平板淬火工艺进行处理，具体为：
(1)高温加热，采用箱式加热炉加热，炉内保护气体为干燥空气，露点为-5.0℃，加热温度900～930℃，加热时间3.0～6.0min。
(2)平板淬火，铝硅镀层热成形钢料片出炉至模具的转移时间为5～10s，平板淬火保压时间为10～15s，保压压力为600～800t，淬火冷却速度29～65℃/s。
下面结合实施例对本发明进行详细说明。
各实施例及对比例中对应基板厚度和镀层重量的铝硅镀层热成形钢的基板成分及重量百分比均如表1所示，余量均为铁及不可避免的杂质。
表1
Figure BDA0003088034100000061
Figure BDA0003088034100000071
各实施例及对比例中对应基板厚度和镀层重量的铝硅镀层热成形钢的基板在进行热处理之前分别经表2中的参数进行了退火、热浸镀。
表2
Figure BDA0003088034100000072
各实施例及对比例中的铝硅镀层热成形钢在不同热处理工艺条件下的镀层颜色，如表3所示。
表3
Figure BDA0003088034100000073
Figure BDA0003088034100000081
Figure BDA0003088034100000091
Figure BDA0003088034100000101
Figure BDA0003088034100000111
各实施例及对比例中的铝硅镀层热成形钢料片出炉后，都在5～10s时间内转移至模具进行平板淬火，保压时间为10～15s，保压压力为600～800t，淬火冷却速度29～65℃/s。
从表3中的数据可以看出：对于基板厚度为1.00mm，镀层重量为150g/m2的铝硅镀层热成形钢，得到表面为浅蓝色、蓝色镀层的条件为加热温度900～930℃、加热时间3.0～4.0min；其原始镀层厚度为22.0～22.5μm，热成形后镀层增厚了6.5～11.5μm。
基板厚度为1.40mm，镀层重量为80g/m2的铝硅镀层热成形钢，得到浅蓝色、蓝色镀层的条件为加热温度900～930℃、加热时间4.0～5.0min；其原始镀层厚度为12.0～12.5μm，，热成形后镀层增厚了4.5～6.5μm。
基板厚度为1.40mm，镀层重量为150g/m2的铝硅镀层热成形钢，得到浅蓝色、蓝色镀层的条件为加热温度900～930℃、加热时间4.0～6.0min；其原始镀层厚度为22.0～22.5μm，热成形后镀层增厚了9.5～15.5μm。
基板厚度为1.80mm，镀层重量为40g/m2的铝硅镀层热成形钢，得到浅蓝色、蓝色镀层的条件为加热温度900～930℃、加热时间5.0～6.0min；其原始镀层厚度为8.1～8.6μm，热成形后镀层增厚了4.5～5.0μm。
基板厚度为1.80mm，镀层重量为150g/m2的铝硅镀层热成形钢，得到浅蓝色、蓝色镀层的条件为加热温度900～930℃、加热时间4.0～6.0min；其原始镀层厚度为22.0～22.5μm，热成形后镀层增厚了9.0～15.0μm。
图3为实施例5中的铝硅镀层热成形钢成品的镀层相结构，可以看出，实施例5热成形工艺条件下的铝硅镀层相结构完整，镀层与基体界面处结合层为Fe2Al5相，厚度为3.90μm。Fe2Al5相显著增强基体与铝硅镀层之间的结合力，使得镀层在热成形过程中不发生剥落。
图4为实施例5的铝硅镀层热成形钢成品沿镀层深度方向的各元素线扫描图，可以看出Fe元素从基体逐渐向镀层表面进行迁移，同时，镀层中含有O元素，Fe原子与O原子在高温条件下发生反应，在镀层表面生成一层薄的蓝色氧化物(Fe3O4)层。
图5为基板厚度1.40mm、镀层重量150g/m2、加热时间5.0min、不同加热温度条件下的镀层元素含量曲线图，可以看出，随着加热温度的增加，镀层中Fe、O元素含量逐渐增多，900～930℃加热温度条件下得到的铝硅镀层是最好的，若加热温度继续升高，奥氏体晶粒会开始粗化，成品冷弯性能会降低。
图6为基体材料厚度1.80mm、镀层重量150g/m2、加热温度930℃、不同加热时间条件下的镀层元素含量曲线图，可以看出，随着加热时间的增加，镀层中Fe、O元素含量增多，但在加热时间6.0min后，Fe、O元素含量变化趋于稳定。
各实施例及对比例中的铝硅镀层热成形钢的成品力学性能如表4所示。
表4
Figure BDA0003088034100000121
Figure BDA0003088034100000131
Figure BDA0003088034100000141
Figure BDA0003088034100000151
Figure BDA0003088034100000161
从表4中可以看出，按照本发明实施例1-24中的方法生产的表面镀层颜色为蓝色或浅蓝色的铝硅镀层热成形钢同时具有较高的强度，其抗拉强度等级为1500MPa，其屈服强度为1060～1100MPa，抗拉强度为1525～1570MPa，延伸率为6.5～7.5％，冷弯角为55～60°，显微硬度为490～500HV0.2。本发明生产的1500MPa表面镀层颜色为蓝色或浅蓝色的铝硅镀层热成形钢的金相组织为完全的板条马氏体，如图1所示。
按照本发明实施例25-29中的方法生产的表面镀层颜色为蓝色或浅蓝色的铝硅镀层热成形钢同时具有较高的强度，其抗拉强度等级为1800MPa，其屈服强度为1190～1300MPa，抗拉强度为1810～1920MPa，延伸率为5.0～6.0％，冷弯角为45～55°，显微硬度为570～610HV0.2。本发明生产的1800MPa表面镀层颜色为蓝色或浅蓝色的铝硅镀层热成形钢的金相组织为完全的板条马氏体，如图2所示。
从对比例5、6、19、45、59、60可以看出如果铝硅镀层热成形钢料片的加热时间过短，奥氏体化程度不够，影响后续平板淬火时马氏体相的形成及马氏体相的比例，从而显著降低成品的强度。同时，也得不到蓝色或浅蓝色的镀层。
上述参照实施例对一种调控铝硅镀层热成形钢表面颜色为蓝色或淡蓝色的热处理方法及热成形钢进行的详细描述，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，所有属于本发明总体构思下的技术变化及修改，均应属本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种调控铝硅镀层热成形钢表面颜色为蓝色或浅蓝色的热处理方法，其特征在于，所述热处理方法包括以下步骤：基板热浸镀之后进行光整、拉矫；然后经900～930℃的加热炉加热，出炉后转移至模具中进行平板淬火。
2.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述基板的厚度为0.8～2.0mm；热浸镀后形成的镀层厚度为40～150g/m2。
3.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，在0.80mm≤基板厚度＜1.25mm时，40g/m2≤镀层重量＜60g/m2，加热4.0～5.0min，可以得到蓝色或者浅蓝色镀层；60g/m2≤镀层重量＜100g/m2，加热3.0～5.0min，可以得到蓝色或者浅蓝色镀层；100g/m2≤镀层重量＜160g/m2，加热3.0～4.0min，可以得到蓝色或者浅蓝色镀层；
在1.25mm≤基板厚度＜2.00mm，40g/m2≤镀层重量＜60g/m2，加热5.0～6.0min，可以得到蓝色或者浅蓝色镀层；60g/m2≤镀层重量＜100g/m2，加热4.0～5.0min，可以得到蓝色或者浅蓝色镀层；100g/m2≤镀层重量＜160g/m2，加热4.0～6.0min，可以得到蓝色或者浅蓝色镀层。
4.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，加热时，加热炉内的气氛为空气，炉内露点为-5.0℃。
5.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，出炉后在5～10s之内转移至模具中进行平板淬火；所述平板淬火的条件为：保压时间为10～15s，保压压力为600～800t，淬火冷却速度29～65℃/s。
6.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述铝硅镀层中，Al元素含量为40.0～44.5％，Si元素含量为1.9～4.8％，Fe元素含量为38.9％～41.5％，O元素含量为11.8～16.6％。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的热处理方法，其特征在于，所述热浸镀的温度为645～655℃，镀后冷却光整延伸率为1.5～2.1％，拉矫延伸率为0～0.5％。
8.一种表面镀层颜色为蓝色或浅蓝色的铝硅镀层热成形钢，其特征在于，所述铝硅镀层热成形钢基板包括以下重量百分比的化学成分：C 0.20～0.25％、Si 0.20～0.35％、Mn0.95～1.35％、Ti 0.025～0.050％、Als 0.02～0.06％、Cr 0.10～0.25％、V 0.025～0.045％、Nb 0.031～0.05％、B 0.0015～0.0035％、P≤0.020％、S≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述铝硅镀层热成形钢是由所述基板在热浸镀之后经权利要求1-7任意一项所述的热处理方法生产得到。
9.一种表面镀层颜色为蓝色或浅蓝色的铝硅镀层热成形钢，其特征在于，所述铝硅镀层热成形钢基板包括以下重量百分比的化学成分：C 0.20～0.35％、Si 0.20～0.50％、Mn0.95～1.50％、Als 0.02～0.06％、Cr 0.10～0.45％、Mo 0.35～0.50％、V 0.025～0.15％、Nb 0.015～0.05％、P≤0.020％、S≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质；所述铝硅镀层热成形钢是由所述基板在热浸镀之后经权利要求1-7任意一项所述的热处理方法生产得到。
10.根据权利要求8或9所述的表面镀层颜色为蓝色或浅蓝色的铝硅镀层热成形钢，其特征在于，在进行热浸镀之前，基板经退火处理，所述退火的条件为：退火炉内加热段温度为750～765℃，均热段加热温度为750～760℃，缓冷段温度为705～725℃，快冷段温度为635～655℃。
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