CN114807740A - 一种镀铝钢板、热成形部件及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镀铝钢板，按质量百分比计，镀铝钢板的镀层元素组成包括：Zn+Mg:0.5～20％，Si:0.5～11％，Fe:0.31～3％，Al:71～90％，且Zn/Mg≥1，8≤Al/Si≤180，镀铝钢板的镀层包括表面层和阻挡层，阻挡层的厚度相对标准偏差≤0.3。本发明能够提升镀铝钢板的耐蚀性及镀层强度均匀性。本发明还提供了一种镀铝钢板的制造方法、一种热成形部件及其制造方法。

Description

一种镀铝钢板、热成形部件及制造方法
技术领域
本发明涉及金属镀层钢板领域，特别涉及一种镀铝钢板、热成形部件及制造方法。
背景技术
热镀铝的发展较晚，30年代出现于美国，到50年代随着汽车工业的发展而得到较大发展，镀铝层具有优异的耐蚀性、耐热性，在汽车及家电的隔热件领域具有很好的应用。纯铝层由于加工硬化性难以得到很好应用，普遍是在铝中加入Si来改善加工性，近年来热镀铝硅在热成形件及耐热件方面取得极大应用。热镀锌也是很好的耐腐蚀材料，并且具有牺牲阳极的保护作用，Al-Zn-Si镀层产品在建筑、家电等对耐蚀性要求较高的场合取得很好应用。近年人们又发现Mg具有很好的耐蚀性，且具有优异的切口腐蚀保护作用。
专利CN108118218A公开了Al-Zn-Si-Mg的镀层体系，其中Al含量在55％左右，Zn含量在45％左右。专利CN107849628A公开了热成形用的Al-Zn-Si-Mg镀层，其中2-24％Zn，1.1-7％Si，1.1-8.0％Mg，Al/Zn大于2.9，该专利主要研究的是热冲压过程中的LME问题，对Zn含量有明确的限制，对Al/Zn和Zn/Si比都有明确限制。专利CN107849673A公开了金属涂层的钢板，涂层2-24％Zn，7.1-12.0％Si，1.1-8.0％Mg，Al/Zn大于2.9，这个专利主要关注的是切割边缘腐蚀和划痕腐蚀，仅对Al、Si、Zn、Mg进行了单独限制。专利CN100334250C公开了Al:45-70％，Mg:3-10％，Si:3-10％，Al/Zn：0.89-2.75，主要是得到块状的Mg2Si相，但工业生产中很难实现。本发明针对现有技术成分体系进行了研究，发现现有技术中，镀铝钢板耐蚀性不足、镀层强度呈现较大波动。本发明针对现有技术不足，提出一种新型镀铝钢板。
发明内容
本发明的目的在于解决镀铝钢板耐蚀性不足、镀层强度呈现较大波动的技术问题。本发明提供了一种镀铝钢板，耐蚀性高、镀层强度均匀性好。
为解决上述技术问题，本发明公开了一种镀铝钢板，按质量百分比计，镀铝钢板的镀层元素组成包括：Zn+Mg:0.5～20％，Si:0.5～11％，Fe:0.31～3％，Al:71～90％，且Zn/Mg≥1，8≤Al/Si≤180，镀铝钢板的镀层包括表面层和阻挡层，阻挡层的厚度相对标准偏差≤0.3。
采用上述技术方案，通过对于镀层中Zn+Mg含量的控制、Zn/Mg这一比例的控制以及阻挡层的厚度相对标准偏差的控制，提升了镀铝钢板及由其制造的热成形部件的耐蚀性；通过对于镀层中Zn/Mg这一比例的控制以及阻挡层的厚度相对标准偏差的控制，提升了镀铝钢板的镀层强度均匀性。
可选的，按质量百分比计，镀铝钢板的镀层元素组成包括：Zn+Mg:0.5～20％，Si:0.5～11％，Fe:0.31～3％，Al:71～90％，余量为不可避免的杂质，且Zn/Mg≥1，8≤Al/Si≤180，镀铝钢板的镀层包括表面层和阻挡层，阻挡层的厚度相对标准偏差≤0.3。
可选的，镀铝钢板的镀层厚度为5～50um。
可选的，阻挡层的厚度为1～5um。
可选的，镀铝钢板的基板元素组成包括：C:0.05～0.5％、Si:0.01～2.0％、Mn:0.3～3.0％、P＜0.3％、S＜0.1％、Al:0.005～0.3％、0.01≤Ti＜0.1％、0.0005≤B＜0.1％、0.05≤Cr＜0.5％、0.0005≤Nb＜0.1％、V＜0.1％，Fe。
可选的，镀铝钢板的基板元素组成包括：C:0.05～0.5％、Si:0.01～2.0％、Mn:0.3～3.0％、P＜0.3％、S＜0.1％、Al:0.005～0.3％、0.01≤Ti＜0.1％、0.0005≤B＜0.1％、0.05≤Cr＜0.5％、0.0005≤Nb＜0.1％、V＜0.1％，余量为Fe及不可避免的杂质。
一种上述镀铝钢板的制造方法，包括以下步骤：
炼钢；
热轧；
冷轧，冷轧的变形量为10～70％，轧辊粗糙度为2.0～4.0um，冷轧后的基板表面粗糙度为0.8～1.5um；
连退热镀。
一种热成形部件，由上述镀铝钢板制造。
一种上述热成形部件的制造方法，包括以下步骤：
将镀铝钢板加工成坯料；
将坯料进行热处理，热处理的加热方式为一段式加热或阶梯式加热，当热处理的加热方式为一段式加热时，加热温度为900～1000℃中的某一个温度，总加热时间为10～600s，当热处理的加热方式为阶梯式加热时，加热温度包括700～1000℃中的多个温度，总加热时间为1～15min，其中，多个温度中的最高温度为900～1000℃中的某一个温度，坯料在900～1000℃之间的时间为10～600s；
将坯料转移至模具进行热成形，坯料转移至模具时的温度≥650℃，模具冷却速度≥30℃/s。
可选的，热成形的工艺为热冲压或热辊压。
附图说明
图1示出本发明实施例3的镀铝钢板的镀层表面形貌的扫描图谱。
附图标记：
1.Mg2Si相；2.AlSi相；3.Al相。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
本发明提供了一种镀铝钢板，按质量百分比计，镀铝钢板的镀层元素组成包括：Zn+Mg:0.5～20％，Si:0.5～11％，Fe:0.31～3％，Al:71～90％，且Zn/Mg≥1，8≤Al/Si≤180，镀铝钢板的镀层包括表面层和阻挡层，阻挡层的厚度相对标准偏差≤0.3。
镀层中Si必不可少，主要起到抑制阻挡层厚度的作用，镀层中Si含量过低，阻挡层厚度过厚，镀铝钢板的加工性较差，镀层中的Si来自镀液，镀液中Si含量过高，生产难度大，因此限定镀层中Si含量为0.5～11％。
镀液中的Fe可以防止基板过度融入镀液，同时保护沉没辊等装备，防止镀液对装备的腐蚀，Fe在镀液中的饱和度不超过3％。
镀层中Al含量过高，将导致镀层中Si含量受限，阻挡层过厚，镀铝钢板加工性太差，镀层中Al含量太低，镀层耐热性会降低，不能很好地保护基板在热处理过程中避免氧化及脱碳，因此限定镀层中Al含量为71～90％。
本发明镀层是基于Al基的，镀层中以Al为主，镀层特性还是以Al特性为主，Al/Si太高可能会影响镀层的阻挡层厚度及镀层附着力，Al/Si太低会增加生产难度，同时镀层表面质量会降低，因此限定镀层中Al/Si为8～180。
镀层中Mg的存在可以提升镀铝钢板及由其制造的热成形部件的耐蚀性，镀层中Mg含量太低，耐蚀性不能被明显提高，镀层中Mg含量随镀液中Mg含量的升高而升高，但Mg在铝硅镀液中的溶解度有限，Mg在铝硅镀液中的含量越高，渣越容易出现，造成生产困难；镀层中Zn的存在可以改善Mg造成的生产困难，进一步提升镀铝钢板及由其制造的热成形部件的耐蚀性，同时改善镀铝钢板及由其制造的热成形部件的可磷化性，因此限定镀层中Zn+Mg含量为0.5～20％，同时限定镀层中Zn/Mg≥1。
镀层中Zn/Mg≥1，可以降低MgZn2的生成比例，从而提升镀铝钢板及由其制造的热成形部件的耐蚀性。
铝硅镀层中Mg和Zn的加入，会提升镀层表面强度，而本发明发现控制镀层中Zn/Mg≥1，可改善镀铝钢板的镀层强度均匀性。
提高阻挡层的厚度均匀性既可提升镀铝钢板及由其制造的热成形部件的耐蚀性，又可改善镀铝钢板的镀层强度均匀性，因此限定阻挡层的厚度相对标准偏差≤0.3。
相比现有的Al-Si-Zn-Mg镀层钢板，本发明通过对于镀层中Zn+Mg含量的控制、Zn/Mg这一比例的控制以及阻挡层的厚度相对标准偏差的控制，提升了镀铝钢板及由其制造的热成形部件的耐蚀性；通过对于镀层中Zn/Mg这一比例的控制以及阻挡层的厚度相对标准偏差的控制，提升了镀铝钢板的镀层强度均匀性。
可选的，按质量百分比计，镀铝钢板的镀层元素组成包括：Zn+Mg:0.5～20％，Si:0.5～11％，Fe:0.31～3％，Al:71～90％，余量为不可避免的杂质，且Zn/Mg≥1，8≤Al/Si≤180，镀铝钢板的镀层包括表面层和阻挡层，阻挡层的厚度相对标准偏差≤0.3。
可选的，镀铝钢板的镀层厚度为5～50um。
可选的，阻挡层的厚度为1～5um。
可选的，镀铝钢板的基板元素组成包括：C:0.05～0.5％、Si:0.01～2.0％、Mn:0.3～3.0％、P＜0.3％、S＜0.1％、Al:0.005～0.3％、0.01≤Ti＜0.1％、0.0005≤B＜0.1％、0.05≤Cr＜0.5％、0.0005≤Nb＜0.1％、V＜0.1％，Fe。
可选的，镀铝钢板的基板元素组成包括：C:0.05～0.5％、Si:0.01～2.0％、Mn:0.3～3.0％、P＜0.3％、S＜0.1％、Al:0.005～0.3％、0.01≤Ti＜0.1％、0.0005≤B＜0.1％、0.05≤Cr＜0.5％、0.0005≤Nb＜0.1％、V＜0.1％，余量为Fe及不可避免的杂质。
在基板元素组成中，P、S、V元素为不可避免的杂质，做不到完全被去除。
一种上述镀铝钢板的制造方法，包括以下步骤：
炼钢；
热轧；
冷轧，冷轧的变形量为10～70％，轧辊粗糙度为2.0～4.0um，冷轧后的基板表面粗糙度为0.8～1.5um；
连退热镀。
冷轧后的基板表面粗糙度与阻挡层的形成直接相关，冷轧后的基板表面粗糙度大可以增加形核点，有利于快速形成均匀一致的阻挡层，提高阻挡层的厚度均匀性，减小阻挡层的厚度相对标准偏差，因此，限定冷轧后的基板表面粗糙度≥0.8um，可以使得阻挡层的厚度相对标准偏差≤0.3。而冷轧后的基板表面粗糙度过大会显著增加生产成本，因此限定冷轧后的基板表面粗糙度≤1.5um。
基板表面粗糙度通过冷轧过程中的轧辊粗糙度来控制，控制轧辊粗糙度为2.0～4.0um，可使得冷轧后的基板表面粗糙度为0.8～1.5um。
一种热成形部件，由上述镀铝钢板制造。
热成形部件的显微组织含有马氏体、贝氏体、铁素体中的一种或多种，具体组成含量与基板成分及热成形时的模具冷却速度有关，影响热成形部件的机械性能。
一种上述热成形部件的制造方法，包括以下步骤：
将镀铝钢板加工成坯料；
将坯料进行热处理，热处理的加热方式为一段式加热或阶梯式加热，当热处理的加热方式为一段式加热时，加热温度为900～1000℃中的某一个温度，总加热时间为10～600s，当热处理的加热方式为阶梯式加热时，加热温度包括700～1000℃中的多个温度，总加热时间为1～15min，其中，多个温度中的最高温度为900～1000℃中的某一个温度，坯料在900～1000℃之间的时间为10～600s；
将坯料转移至模具进行热成形，坯料转移至模具时的温度≥650℃，模具冷却速度≥30℃/s。
当热处理的加热方式为一段式加热时，加热温度为900～1000℃中的某一个温度，总加热时间为坯料开始加热至结束的时间。当热处理的加热方式为阶梯式加热时，加热温度包括700～1000℃中的多个温度，总加热时间为坯料开始加热至结束的时间。
可选的，热成形的工艺为热冲压或热辊压。
采用上述技术方案，通过对于镀层中Zn+Mg含量的控制、Zn/Mg这一比例的控制以及阻挡层的厚度相对标准偏差的控制，提升了热成形部件的耐蚀性。
相比较于传统Al-Si镀层钢板，本发明的Al-Si-Zn-Mg镀层钢板耐蚀性更好，因为有锌的牺牲阳极保护作用，还有镁的切口腐蚀保护作用；本发明的Al-Si-Zn-Mg镀层钢板表面质量更好，因为Al-Si-Zn-Mg镀液温度可以较Al-Si镀液温度更低，降低因铝的氧化带来的各类表面缺陷；由本发明的Al-Si-Zn-Mg镀层钢板制造的热成形部件，耐延迟开裂性能也更好，主要原因在于镀层中Mg在热处理过程中会优先附着在镀层表面，Mg具有很好的耐腐蚀作用，同时可以防止氢原子向基板扩散，从而提升热成形部件的耐延迟开裂性能；由本发明的Al-Si-Zn-Mg镀层钢板制造的热成形部件，耐蚀性及可磷化性更好，主要原因在于镀层中Zn有阳极腐蚀作用，可以延迟热成形部件在运输存储过程中出现红锈的时间，同时可有助于生成磷化膜，从而进一步提升热成形部件的耐蚀性。
实施例1-6及对比例1-2
通过下述制造方法，制造实施例1-6及对比例1-2的镀铝钢板及热成形部件。
(1)炼钢，得到元素组成如表1所示的基板；
(2)热轧；
(3)冷轧，冷轧的变形量为10～70％，冷轧的具体工艺参数如表2所示；
(4)连退热镀；
(5)将镀铝钢板加工成坯料；
(6)将坯料进行热处理；
(7)将热处理后的坯料转移至模具进行热成形，得到热成形部件，热处理及热成形的具体工艺参数如表3所示。
按照下述测试方法，测试实施例1-6及对比例1-2的镀铝钢板及热成形部件，测试结果如表2及表3所示。
(1)镀铝钢板的耐蚀性评级
采用中性盐雾试验进行评估，盐雾24小时后，根据每0.6平方米内锈蚀点的个数来评级，锈蚀点数越少，评级越高。5级为最优(锈蚀点数≤5)，1级为最差(锈蚀点数≥12)。
(2)镀铝钢板的镀层强度
镀铝钢板的镀层强度通过镀铝钢板的镀层硬度来表征，根据GBT4340.1-2009测定镀铝钢板的镀层硬度。
(3)热成形部件的耐蚀性评级
采用中性盐雾试验进行评估，待评估的热成形部件不带电泳涂装漆膜，盐雾24小时后，根据截面腐蚀深度来评级，深度越浅，评级越高。5级为最优(腐蚀深度未到基板)，1级为最差(腐蚀深度到达基板)。
(4)热成形部件的耐延迟开裂性
通过热成形部件的吸氢量评估，5级为最优，1级为最差。
(5)热成形部件的机械性能
机械性能采用GBT228-2010拉伸试验。
采用Zeiss场发射电镜对本发明实施例3得到的镀铝钢板的镀层进行扫描得到图1。
表1基板元素组成
编号 C Si Mn P S Al Ti B Cr Nb V
实施例1 0.05 0.05 1.90 0.059 0.038 0.006 0.090 0.0005 0.05 0.0031 0.0051
实施例2 0.23 0.23 1.19 0.015 0.001 0.04 0.010 0.0040 0.23 0.0010 0.0010
实施例3 0.29 0.50 2.51 0.024 0.04 0.08 0.027 0.0052 0.48 0.0005 0.0022
实施例4 0.36 0.36 1.50 0.044 0.03 0.07 0.05 0.0062 0.21 0.0062 0.0012
实施例5 0.50 0.48 0.40 0.081 0.02 0.05 0.09 0.0071 0.20 0.071 0.0021
实施例6 0.15 1.80 2.90 0.039 0.038 0.29 0.090 0.0031 0.15 0.0031 0.0031
对比例1 0.23 0.23 1.19 0.015 0.001 0.04 0.030 0.0040 0.23 0.0010 0.0010
对比例2 0.19 0.18 1.11 0.024 0.004 0.08 0.027 0.0052 0.21 0.0005 0.0022
表2镀层元素组成、冷轧工艺参数及镀铝钢板性能参数
Figure BDA0002922007510000071
Figure BDA0002922007510000081
表3热处理、热成形工艺参数及热成形部件性能参数
Figure BDA0002922007510000082
由表1-3可知，实施例1-6得到的镀铝钢板，耐蚀性评级较优，镀层强度相对标准偏差较小，即镀铝钢板的耐蚀性优良、镀层强度均匀性好，由镀铝钢板制成的热成形部件耐蚀性评级也较优，即热成形部件的耐蚀性也十分优良。图1示出本发明实施例3的镀铝钢板的镀层表面形貌的扫描图谱，从图中可以看到1.Mg2Si相、2.AlSi相及3.Al相的分布，Mg2Si相在图1中的白色颗粒状区域，AlSi相在图1中的深灰色弯曲条状区域，Al相在图1中的浅灰色大块区域。
对比例1的镀层元素组成中不含Zn元素也不含Mg元素，且在冷轧过程中的轧辊粗糙度过低，仅为1.8um，冷轧后的基板表面粗糙度过低，仅为0.5um，得到的镀铝钢板的阻挡层厚度相对标准偏差过大，为0.4，因而镀铝钢板的耐蚀性评级过低，仅为2，耐蚀性差，镀铝钢板的镀层强度相对标准偏差过大，为0.35，镀层强度波动过大。由镀铝钢板制造得到的热成形部件耐蚀性评级仅为2，耐蚀性差，且由于热成形过程中坯料转移至模具时的温度过低，仅为600℃，模具冷却速度过低，仅为20℃/s，因而热成形部件的机械性能也较差。
对比例2的镀层元素组成中Zn/Mg仅为0.5，因而镀铝钢板的耐蚀性评级过低，仅为1，耐蚀性差，镀铝钢板的镀层强度相对标准偏差过大，为0.4，镀层强度波动过大。由镀铝钢板制造得到的热成形部件耐蚀性评级仅为2，耐蚀性差，且由于热成形过程中坯料转移至模具时的温度过低，仅为550℃，模具冷却速度过低，仅为15℃/s，因而热成形部件的机械性能也较差。
综上所述，本发明提供一种镀铝钢板、热成形部件及制造方法，通过对于镀层中Zn+Mg含量的控制、Zn/Mg这一比例的控制以及阻挡层的厚度相对标准偏差的控制，提升了镀铝钢板及由其制造的热成形部件的耐蚀性；通过对于镀层中Zn/Mg这一比例的控制以及阻挡层的厚度相对标准偏差的控制，提升了镀铝钢板的镀层强度均匀性
虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。本领域技术人员可以在形式上和细节上对其作各种改变，包括做出若干简单推演或替换，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种镀铝钢板，其特征在于，按质量百分比计，所述镀铝钢板的镀层元素组成包括：Zn+Mg:0.5～20％，Si:0.5～11％，Fe:0.31～3％，Al:71～90％，且Zn/Mg≥1，8≤Al/Si≤180，所述镀铝钢板的镀层包括表面层和阻挡层，所述阻挡层的厚度相对标准偏差≤0.3。
2.根据权利要求1所述的镀铝钢板，其特征在于，按质量百分比计，所述镀铝钢板的镀层元素组成包括：Zn+Mg:0.5～20％，Si:0.5～11％，Fe:0.31～3％，Al:71～90％，余量为不可避免的杂质，且Zn/Mg≥1，8≤Al/Si≤180，所述镀铝钢板的镀层包括表面层和阻挡层，所述阻挡层的厚度相对标准偏差≤0.3。
3.根据权利要求1～2中任一项所述的镀铝钢板，其特征在于，所述镀铝钢板的镀层厚度为5～50um。
4.根据权利要求3所述的镀铝钢板，其特征在于，所述阻挡层的厚度为1～5um。
5.根据权利要求4所述的镀铝钢板，其特征在于，所述镀铝钢板的基板元素组成包括：C:0.05～0.5％、Si:0.01～2.0％、Mn:0.3～3.0％、P＜0.3％、S＜0.1％、Al:0.005～0.3％、0.01≤Ti＜0.1％、0.0005≤B＜0.1％、0.05≤Cr＜0.5％、0.0005≤Nb＜0.1％、V＜0.1％，Fe。
6.根据权利要求5所述的镀铝钢板，其特征在于，所述镀铝钢板的基板元素组成包括：C:0.05～0.5％、Si:0.01～2.0％、Mn:0.3～3.0％、P＜0.3％、S＜0.1％、Al:0.005～0.3％、0.01≤Ti＜0.1％、0.0005≤B＜0.1％、0.05≤Cr＜0.5％、0.0005≤Nb＜0.1％、V＜0.1％，余量为Fe及不可避免的杂质。
7.一种权利要求1～6中任一项所述的镀铝钢板的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
炼钢；
热轧；
冷轧，所述冷轧的变形量为10～70％，轧辊粗糙度为2.0～4.0um，所述冷轧后的基板表面粗糙度为0.8～1.5um；
连退热镀。
8.一种热成形部件，其特征在于，由权利要求1～6中任一项所述的镀铝钢板制造。
9.一种权利要求8所述的热成形部件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述镀铝钢板加工成坯料；
将坯料进行热处理，所述热处理的加热方式为一段式加热或阶梯式加热，当所述热处理的加热方式为一段式加热时，加热温度为900～1000℃中的某一个温度，总加热时间为10～600s，当所述热处理的加热方式为阶梯式加热时，加热温度包括700～1000℃中的多个温度，总加热时间为1～15min，其中，多个温度中的最高温度为900～1000℃中的某一个温度，坯料在900～1000℃之间的时间为10～600s；
将坯料转移至模具进行热成形，坯料转移至模具时的温度≥650℃，模具冷却速度≥30℃/s。
10.根据权利要求9所述的热成形部件的制造方法，其特征在于，所述热成形的工艺为热冲压或热辊压。
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