CN114850271A - 镀层热成形钢去除表面氧化层的方法以及热成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种镀层热成形钢去除表面氧化层的方法以及热成形方法，其方法步骤为：所述镀层热成形钢加热到AC3温度及以上；采用喷吹气体的方式对镀层热成形钢表面进行喷吹，从而去除表面氧化层。本方法利用压缩气体喷吹气体介质冲击经过奥氏体加热至AC3以上出加热炉后的坯料或零件表面，利用高温状态零件在激冷状态表面氧化层与镀层基体膨胀系数的差异使得氧化层破碎、脱落，利用高压介质直接剥离镀层表面的氧化层；能有效地去除表面氧化层，提高了热状态表面质量、降低了摩擦系数，提高了热冲压的稳定性和尺寸精度，提高了模具使用寿命；从而缩短了坯料或零件出加热炉AC3以上温度至热成形和淬火温度之间的过冷奥氏体时间，有效的提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明属于镀层热成形钢零件生产领域，尤其是一种镀层热成形钢去除表面氧化层的方法以及热成形方法。
背景技术
镀层热成形钢在奥氏体化加热和热成形过程中能够有效保护零件基板不产生氧化铁皮，保护热冲压模具，提高零件表面质量，另外镀层极大地提高了零件耐腐蚀性能，因此越来越成为热成形钢制造的主流产品。
镀层热成形钢主要有Al基镀层、Zn基镀层两大系列，由于Al、Zn等元素较活泼，这两类镀层在加热过程中都容易在表面形成Al2O3、ZnO等氧化层，对镀层热成形钢表面质量、焊接性能造成一定的影响。
铝硅镀层热成形钢零件热成形后不采用抛丸工艺，镀层表面产生的Al2O3、SiO2等氧化物使镀层电阻率大大提高，进行点焊的时候焊接电流显著提高，增加了焊接成本、提高了液态金属脆性的风险；锌基镀层热成形钢在奥氏体化加热过程中镀层内部会出现熔化、锌铁扩散，表面会发生较强的氧化、蒸发等现象，造成镀层表面状态凸凹不平，厚度不均等情况，影响零件不同区域的温度均匀性，在热冲压成形时影响冲压的稳定性和模具使用寿命，热成形后较厚的ZnO、Al2O3氧化层往往需要进行抛丸处理。
中国专利申请CN 112139335 A在锌层加热后增加了沸水除氧化层工序，加热后的板料转移至沸水箱中进行高压沸水除氧化层，沸水中添加NaOH有益于去除氧化层，板料出沸水箱后进行气体吹扫；该方法在沸水浴和气体吹扫两个过程都难以控制温降和零件各区域的温度均匀性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种去除效果好的镀层热成形钢去除表面氧化层的方法；本发明还提供了一种镀层热成形钢的热成形方法，以提高提高零件热成形后韧性和安全碰撞性能。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：所述镀层热成形钢加热到AC3温度及以上；采用喷吹气体的方式对镀层热成形钢表面进行喷吹，降低表面氧化层厚度。
本发明所述镀层热成形钢开始喷吹时的温度为AC3-85～AC3+20℃。
本发明所述喷吹气体选用空气、N2、CO2和/或惰性气体。
本发明所述喷吹气体的压力为5～15Ba，气体的温度为20～300℃。
本发明所述喷吹时间为0.5～2s，喷吹角度为45～90°。
本发明热成形方法采用上述方法去除表面氧化层后的镀层热成形钢，其方法为：所述镀层热成形钢在热冲压模具中进行热冲压和淬火。
本发明热成形方法所述热冲压开始温度为AC3-300～AC3-120℃，热冲压+淬火时间≤24s。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明利用压缩气体喷吹气体介质冲击经过奥氏体加热至AC3以上出加热炉后的坯料或零件表面，利用高温状态零件在激冷状态表面氧化层与镀层基体膨胀系数的差异使得氧化层破碎、脱落，利用高压介质直接剥离镀层表面的氧化层；能有效地去除表面氧化层，提高了热状态表面质量、降低了摩擦系数，提高了热冲压的稳定性和尺寸精度，提高了模具使用寿命。本发明能快速有效地去除表面氧化层，从而缩短了坯料或零件出加热炉AC3以上温度至热成形和淬火温度之间的过冷奥氏体时间，有效的提高了生产效率。
本发明通过降低了热成形温度和开始淬火温度，提高了过冷奥氏体稳定性，增加了残余奥氏体残留，缩短了马氏体板条尺寸，从而有效地提高了零件热成形后韧性，提高了零件热成形后韧性和安全碰撞性能，解决了镀层热成形钢AC3温度以上加热后表面质量差、热成形后焊接性能差的问题。
具体实施方式
高温状态下热成形钢镀层表面氧化物剥离效果的材料影响因素主要包括镀层和表面氧化物类型与复合类型、氧化物厚度与分布、氧化物与基板膨胀系数与晶格常数差异等。镀层中SiO2、Fe2O3等氧化物，由于金属原子与氧原子结合生成的氧化物体积远大于金属原子体积，导致镀层结合度和致密性差一些，容易破碎脱落，Al2O3、ZnO、Cr2O3等氧化物，金属原子与氧原子生成的氧化物体积略大于金属原子体积，氧化物与基体镀层结合度致密性好，不容易破碎脱落。一般情况下氧化层越厚，分布均匀性差时更易脱落。氧化物层与镀层基体膨胀系数、晶格常数、应力分布等物理性能有差异，导致氧化层剥离的难易程度不同。
高温状态下热成形钢镀层表面氧化物剥离效果的工艺影响因素与喷吹介质类型、压力、喷吹角度等因素有关。喷吹介质为空气或其它气体介质时对氧化物和镀层的腐蚀作用弱，且不会带来较大的微观应力；喷吹介质为水时，可能会通过镀层微裂纹渗入基板从而腐蚀基板，造成锈蚀，此外还有氢致开裂的风险；喷吹介质为砂或丸时，不会对镀层和基板造成腐蚀，但会引入较大微观应力。
本镀层热成形钢去除表面氧化层的方法如下所述：（1）镀层热成形钢坯料或零件的基板为22MnB5、27MnCrB5、30MnB5或34MnB5热成形钢，镀层类型为GI、GA、Zn-Al-Mg或Al-Si；奥氏体化热处理后镀层表面氧化物包含ZnO、Al2O3、MgO、SiO2、Fe2O3和Cr2O3中的一种或几种；氧化层厚度0.2～3μm。所述镀层热成形钢坯料或零件进行奥氏体化加热，即加热到AC3温度及以上，不要超过AC3+100℃，最好为AC3～AC3+70℃，以避免基板产生过烧和晶粒粗大，以及镀层疏松。
（2）采用机械手臂转移坯料或零件到氧化层去除装置；转移时间≤8s、温降≤70℃。
（3）采用机械装置将坯料或零件固定；固定时间≤2s、温降≤15℃。
（4）采用喷吹气体介质的方式去除坯料或零件上下两个表面的表面氧化层；所述上下两个表面以及表面整体同时进行喷吹；所述镀层热成形钢开始喷吹时的温度为(AC3-85)～(AC3+20)℃；喷吹气体选用空气、N2、CO2和/或惰性气体；所述喷吹气体的压力为5～15Ba，气体的温度为20～300℃，喷吹时间为0.5～2s，喷吹角度为45～90°；喷嘴距离坯料或零件上表面距离20～320mm、距下表面距离10～300mm；喷吹过程中，坯料或零件温降50～210℃。
本镀层热成形钢的热成形方法，采用上述方法去除表面氧化层后的镀层热成形钢，如下所述：（1）将去除表面氧化层后的坯料或零件转移至热冲压模具；转移时间≤2s、温降≤30℃。
（2）进行热冲压和淬火；所述热冲压开始温度为(AC3-300)～(AC3-120)℃，热冲压+淬火时间≤24s。
（3）淬火后的零件奥氏体化加热，得到成品零件；所述成品零件的镀层接触电阻≤2.5mΩ、表面色差△E≤6、伸长率提高20%以上，生产效率提升≥7%。
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例和对比例：下述列举了8个实施例和1个对比例进行对比说明。各实施例镀层热成形钢坯料或零件的基板材质，奥氏体化加热前后镀层类型、镀层厚度及表面氧化物厚度及组成如表1所示；所述镀层热成形钢出奥氏体化加热炉到热成形模具间主要工序时间和温降如表2所示；所述高温去除镀层热成形钢表面氧化层主要工艺参数如表3所示；所述高温去除氧化层后镀层热成形钢坯料或零件经过在模具内经过热冲压和淬火后主要技术指标和工艺指标如表4所示。
表1：各实施例奥氏体化加热前后镀层类型、厚度与氧化层厚度及构成
表2：各实施例主要工序时间和温降参数
所述对比例不去除表面氧化层。
表3：各实施例高温去除镀层热成形钢表面氧化层工艺参数
所述对比例不去除表面氧化层。
表4：各实施例所得热成形钢零件主要技术和工艺指标
表4 中，所述生产效率提升的计算公式为：(实施例用时-对比例用时）/对比例用时。
Claims (7)
1.一种镀层热成形钢去除表面氧化层的方法，其特征在于，其方法步骤为：所述镀层热成形钢加热到AC3温度及以上；采用喷吹气体的方式对镀层热成形钢表面进行喷吹，降低表面氧化层厚度。
2.根据权利要求1所述的镀层热成形钢去除表面氧化层的方法，其特征在于：所述镀层热成形钢开始喷吹时的温度为AC3-85～AC3+20℃。
3.根据权利要求1所述的镀层热成形钢去除表面氧化层的方法，其特征在于：所述喷吹气体选用空气、N2、CO2和/或惰性气体。
4.根据权利要求1、2或3所述的镀层热成形钢去除表面氧化层的方法，其特征在于：所述喷吹气体的压力为5～15Ba，气体的温度为20～300℃。
5.根据权利要求4所述的镀层热成形钢去除表面氧化层的方法，其特征在于：所述喷吹时间为0.5～2s，喷吹角度为45～90°。
6.一种镀层热成形钢的热成形方法，采用权利要求1-5任意一项所述方法去除表面氧化层后的镀层热成形钢，其特征在于：所述镀层热成形钢在热冲压模具中进行热冲压和淬火。
7.根据权利要求6所述的镀层热成形钢的热成形方法，其特征在于：所述热冲压开始温度为AC3-300～AC3-120℃，热冲压+淬火时间≤24s。
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| GR01 | Patent grant | ||
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