CN113512676A - 一种1500MPa级超高强度Zn-Cr复合镀层热成型钢的生产方法 - Google Patents

一种1500MPa级超高强度Zn-Cr复合镀层热成型钢的生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种1500MPa级超高强度Zn‑Cr复合镀层热成型钢的生产方法，采用中薄板坯直接轧制超高强度热成形钢，经过电镀Cr+Zn的表面复合镀层，在镀锌前电镀薄镀层Cr，利用Cr高熔点以及耐蚀耐磨性能，既可以减少热冲压过程的表面氧化提高产品耐蚀性能，又可以有效避免微裂纹扩散。本发明针对锌基镀层热成型钢存在的微裂纹问题，提供一种可以避免微裂纹的Zn‑Cr复合镀层热成型钢。利用铬熔点高的特征，在热冲压期间形成Zn‑Cr合金层，从而避免锌镀层在热冲压过程中出现的LME现象。

Description

一种1500MPa级超高强度Zn-Cr复合镀层热成型钢的生产方法
技术领域
本发明涉及轧制，及电镀工序的技术领域，尤其涉及一种1500MPa级超高强度Zn-Cr复合镀层热成型钢的生产方法。
背景技术
随着汽车工业发展及国家对汽车工业法律、法规的提高，汽车设计和制造逐渐向节能、环保、安全方向发展。车身轻量化设计成为当前和今后相当长一段时间汽车设计的主流，在不降低车身碰撞安全性的同时大幅降低车身重量。热成形钢既可以满足汽车车身设计对超高强度减薄的需求，又能顺利无回弹完成复杂变形，零件的尺寸精度高。热成形工艺的关键步骤之一是对板的加热到奥氏体化，在加热和冲压过程中不可避免对板料表面产生氧化、脱碳现象，导致零部件精度、模具寿命降低。可以利用现有镀锌机组实现批量生产的锌基镀层热成型钢可以有效的防止零件在热冲压过程中的表面氧化，在随后零件的使用过程中，具有良好的抗腐蚀性能。但是由于锌基镀层的低熔点，在热冲压时会导致表面微裂纹的产生，可能会影响零件的机械性能。目前公开的文献中，关于超高强度热成形钢工艺生产方法的研究，国内外能查阅到相应的文献与专利。但涉及Zn-Cr复合镀层1500MPa级热成型钢的生产方法鲜有报道。因此，亟需发明一种1500MPa级超高强度Zn-Cr复合镀层热成型钢的生产方法，而本专利则填补了此项技术空白。
发明内容
基于以上现有技术的不足，本发明所解决的技术问题在于提供一种钢材的制造方法，为Zn-Cr复合锌基镀层超高强度热成型汽车板，该1500MPa级超高强度Zn-Cr复合镀层热成型钢的生产方法采用中薄板坯直接轧制超高强度热成形钢，经过电镀Cr+Zn的表面复合镀层，在镀锌前电镀薄镀层Cr，利用Cr高熔点(1907℃)以及耐蚀耐磨性能，既可以减少热冲压过程的表面氧化提高产品耐蚀性能，又可以有效避免微裂纹扩散，主要应用于汽车AB柱等结构件，本技术通过中薄板坯直接轧制超高强度热成形钢，与现有冷轧热成形钢相比，其制造流程短，产品表面质量以及厚度精度能够达到同级别冷轧产品的质量要求。热成型钢再进行Zn-Cr复合镀，与现有锌基镀层冷轧热成形钢相比，具备良好的抗LME性。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种1500MPa级超高强度Zn-Cr复合镀层热成型钢的生产方法，该生产方法的主要技术参数及指标为：
1)熔炼成分
Figure BDA0003088692830000021
2)生产工艺
包括电炉冶炼、精炼、中薄板坯连铸、铸坯均热、轧制、层流冷却、清洗、电镀铬、电镀锌工艺；
中包钢水过热度为15～30℃，连铸的铸坯厚度为52～55mm，铸坯入炉前进行除鳞处理，铸坯入炉温度为8500～1050℃，出炉温度为1180～1200℃，轧制过程的终轧温度为820～870℃，带钢终轧后冷却到要求的卷取温度，控制卷取温度为670±15℃，带钢厚度为0.8～2.0mm；
带钢经过清洗工序去除表面油污铁粉后进入电镀铬槽进行电镀铬，得到1-2g/m2的电镀铬层；然后经过电镀锌槽进行电镀锌，得到30-40g/m2的电镀锌层；
最后根据汽车车身零件尺寸的大小，将板卷落料成相应的规格，在带有氮气保护气氛的加热炉内加热到850～920℃保温3～5min进行奥氏体化，然后快速置于带有冷却装置的模具内进行冲压成形，成形过程中同时发生淬火及低温回火，淬火冷却速度20～40℃/s，从而得到板条马氏体组织，获得超高强度零件。
作为上述技术方案的优选，本发明提供的1500MPa级超高强度Zn-Cr复合镀层热成型钢的生产方法进一步包括下列技术特征的部分或全部：
作为上述技术方案的改进，所述生产工艺中，带钢终轧后冷却采用层流冷却、或水幕冷却、或加密冷却的方式。
3、如权利要求1所述的1500MPa级超高强度Zn-Cr复合镀层热成型钢的生产方法，其特征在于：所述电镀铬工艺采用三价铬电镀，电镀液成分为铬酸酐和硫酸的水溶液，提供镀液中的铬离子，CrO3浓度控制在180-220g/l，H2SO4浓度控制在2.5-3.0g/l，PH值控制3.5-4.5，电流密度1.5-2A/dm2，溶液温度20-25℃。
作为上述技术方案的改进，所述电镀锌工艺电镀液成分为硫酸锌水溶液，硫酸锌浓度控制在95g/L，镀液的PH值控制在1.2，镀液的温度在45-55℃。
作为上述技术方案的改进，所述超高强度零件按国标加工成80mm标距拉伸试样(原始标距长度L0＝80mm，b＝20mm)，并按国标进行拉伸试验，产品的力学性能要求如下表所示：
屈服强度R<sub>p0.2</sub> MPa 抗拉强度R<sub>m</sub> MPa 伸长率A<sub>80mm</sub>％
≥1050 ≥1500 ≥6
。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：锌基镀层热成形钢可以有效的防止零件在热冲压过程中的表面氧化。在随后零件的使用过程中，具有良好的抗腐蚀性能。由于锌基镀层的低熔点，在热冲压时会导致表面微裂纹的产生，这可能会影响零件的机械性能。本发明针对锌基镀层热成型钢存在的微裂纹问题，提供一种可以避免微裂纹的Zn-Cr复合镀层热成型钢。利用铬熔点高的特征，在热冲压期间形成Zn-Cr合金层，从而避免锌镀层在热冲压过程中出现的LME现象。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。
具体实施方式
下面详细说明本发明的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本发明的原理，本发明的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。
实施例
基材
钢板采用MnB成分设计：C：0.21～0.25，Si：0.26～0.30，Mn：1.0～1.3，P：≤0.010，S：≤0.005，Als：0.015～0.060，Cr：0.25～0.30，Ti：0.026～0.030，B：0.003～0.004，Nb：0.026～0.030，V：0.026～0.030，N：≤0.005
一种中薄板坯直接轧制0.8～2.0mm薄规格1500MPa级Zn-Cr复合镀层超高强度热成形钢的制造方法，主要包括电炉或转炉冶炼、精炼、中薄板坯连铸、铸坯均热、轧制、层流冷却、卷取、电镀铬及电镀锌，加热奥氏体化、模具冲压成形淬火。
中包钢水过热度为15～30℃；
所述中薄板坯连铸的铸坯厚度为52～55mm，拉速为3.7～7.0m/s；
所述中薄板坯连铸的铸坯入炉前进行除鳞处理；
控制均热炉为弱氧化气氛，炉内残氧量0.5～5.0％；
铸坯入炉温度为850～1050℃，出炉温度为1180～1200℃；
所述轧制过程中轧制道次压下分配为第一道次：52～63％，第二道次：50～60％，末道次：10～16％；控制轧制速度为8～12m/s；
所述轧制过程的除鳞工艺为进轧机之前高压水除鳞，除鳞水压力为280～420bar；F1和F2之间中压水除鳞，除鳞水压力为200～280bar；
所述轧制过程的终轧温度为820～870℃，带钢终轧后采用层流冷却、或水幕冷却、或加密冷却的方式冷却到要求的卷取温度，控制卷取温度为670±15℃，带钢成品厚度为0.8～2.0mm，轧制过程中采用支撑辊润滑；
带钢经过碱洗、刷洗、电解脱脂、漂洗等工序清洗后进入电镀铬槽，采用三价铬电镀，主要成分为铬酸酐和硫酸，提供镀液中的铬离子，CrO3浓度控制在180-220g/l，H2SO4浓度控制在2.5-3.0g/l，PH值控制3.5-4.5，电流密度1.5-2A/dm2，溶液温度20-25℃，得到1-2g/m2的电镀铬层。然后经过电镀锌槽，主要成分为硫酸锌，硫酸锌浓度控制在95g/L，镀液的PH值控制在1.2，镀液的温度在45-55℃，得到30-40g/m2的电镀锌层。
镀层钢卷开卷落料后奥氏体化，奥氏体化温度850～920℃，保温3～5min后模具冲压成形淬火。
得到的超高强度零件按国标加工成80mm标距拉伸试样(原始标距长度L0＝80mm，b＝20mm)，并按国标进行拉伸试验，产品的力学性能要求如下表所示：
屈服强度R<sub>p0.2</sub> MPa 抗拉强度R<sub>m</sub> MPa 伸长率A<sub>80mm</sub>％
≥1050 ≥1500 ≥6
。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下有益效果：锌基镀层热成形钢可以有效的防止零件在热冲压过程中的表面氧化。在随后零件的使用过程中，具有良好的抗腐蚀性能。由于锌基镀层的低熔点，在热冲压时会导致表面微裂纹的产生，这可能会影响零件的机械性能。本发明针对锌基镀层热成型钢存在的微裂纹问题，提供一种可以避免微裂纹的Zn-Cr复合镀层热成型钢。利用铬熔点高的特征，在热冲压期间形成Zn-Cr合金层，从而避免锌镀层在热冲压过程中出现的LME现象。
本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数(如温度、时间等)的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
以上所述是本发明的优选实施方式而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和变动，这些改进和变动也视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种1500MPa级超高强度Zn-Cr复合镀层热成型钢的生产方法，其特征在于，该生产方法的主要技术参数及指标为：
1)熔炼成分
Figure FDA0003088692820000011
2)生产工艺
包括电炉冶炼、精炼、中薄板坯连铸、铸坯均热、轧制、层流冷却、清洗、电镀铬、电镀锌工艺；
中包钢水过热度为15～30℃，连铸的铸坯厚度为52～55mm，铸坯入炉前进行除鳞处理，铸坯入炉温度为8500～1050℃，出炉温度为1180～1200℃，轧制过程的终轧温度为820～870℃，带钢终轧后冷却到要求的卷取温度，控制卷取温度为670±15℃，带钢厚度为0.8～2.0mm；
带钢清洗后进行电镀铬，得到1-2g/m2的电镀铬层；然后经过电镀锌，得到30-40g/m2的电镀锌层；
最后根据汽车车身零件尺寸的大小，将板卷落料成相应的规格，在带有氮气保护气氛的加热炉内加热到850～920℃保温3～5min进行奥氏体化，然后快速置于带有冷却装置的模具内进行冲压成形，成形过程中同时发生淬火及低温回火，淬火冷却速度20～40℃/s，从而得到板条马氏体组织，获得超高强度零件。
2.如权利要求1所述的1500MPa级超高强度Zn-Cr复合镀层热成型钢的生产方法，其特征在于：所述生产工艺中，带钢终轧后冷却采用层流冷却、或水幕冷却、或加密冷却的方式。
3.如权利要求1所述的1500MPa级超高强度Zn-Cr复合镀层热成型钢的生产方法，其特征在于：所述电镀铬工艺采用三价铬电镀，电镀液成分为铬酸酐和硫酸的水溶液，提供镀液中的铬离子，CrO3浓度控制在180-220g/l，H2SO4浓度控制在2.5-3.0g/l，PH值控制3.5-4.5，电流密度1.5-2A/dm2，溶液温度20-25℃。
4.如权利要求1所述的1500MPa级超高强度Zn-Cr复合镀层热成型钢的生产方法，其特征在于：所述电镀锌工艺电镀液成分为硫酸锌水溶液，硫酸锌浓度控制在95g/L，镀液的PH值控制在1.2，镀液的温度在45-55℃。
5.如权利要求1所述的1500MPa级超高强度Zn-Cr复合镀层热成型钢的生产方法，其特征在于：所述超高强度零件按国标加工成80mm标距拉伸试样，并按国标进行拉伸试验，产品的力学性能要求如下表所示：
屈服强度R<sub>p0.2</sub>MPa 抗拉强度R<sub>m</sub>MPa 伸长率A<sub>80mm</sub>％ ≥1050 ≥1500 ≥6
。
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