CN114959440B - 一种热辊弯成形部件及其热辊弯成形方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热辊弯成形部件，热辊弯成形部件包括：基板，基板的成分质量百分比为：C：0.10％～0.80％、Si：0.05％～2.0％、Mn：0.50％～3.0％、P≤0.10％、S≤0.05％、Al：0.01％～0.06％、N≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质；附着量为10～100g/m2的锌系镀层，锌系镀层附着于基板的表面，其中，基板的微观组织包括：铁素体和贝氏体中的至少一种，以及体积百分比为≥90％的马氏体；锌系镀层的微观组织包括：表面氧化层和扩散合金层。还公开了一种热辊弯成形部件的热辊弯成形方法，该热辊弯成形部件具有较好的抗表面氧化性能、较好的表面质量。

Description

一种热辊弯成形部件及其热辊弯成形方法
技术领域
本发明涉及合金钢领域，特别涉及一种热辊弯成形部件及其热辊弯成形方法。
背景技术
汽车轻量、安全、低能耗的发展趋势促进了高强度钢板的发展，采用先进超高强度钢板替代传统的低强度钢板成为趋势。在汽车制造中采用高强度钢板，显著提高汽车的碰撞安全性，但随着钢板强度的提高，零件加工的难度也不断增加。
对冲压成型工艺来说，减薄和高强度是恶化成形性的双重因素，不仅使得车身零件在成形过程中容易开裂，而且容易产生过量回弹，影响车身后续的装配。通过热处理的方式实现零件的高强度是一种加工途径，其中热辊弯成形技术采用热处理和高温成形相结合的方式来实现零件的高强度，能较好地解决高强度与冷成形之间的矛盾。
在热辊弯加热过程中，现有的无镀层热辊弯部件会不可避免地产生表面氧化现象，影响部件的后续焊接性能。
发明内容
本发明的目的在于解决热辊弯成形部件的耐腐蚀性能差的问题。本发明提供了一种热辊弯成形部件及其热辊弯成形方法，热辊弯成形部件具有较好的耐腐蚀性能、较好的表面质量。
为解决上述技术问题，本发明的实施方式公开了一种热辊弯成形部件，热辊弯成形部件包括：
基板，基板的成分质量百分比为：C：0.10％～0.80％、Si：0.05％～2.0％、Mn：0.50％～3.0％、P≤0.10％、S≤0.05％、Al：0.01％～0.06％、N≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质；
附着量为10～100g/m2的锌系镀层，锌系镀层附着于基板的表面，
其中，基板的微观组织包括：铁素体和贝氏体中的至少一种，以及体积百分比为≥90％的马氏体；锌系镀层的微观组织包括：表面氧化层和扩散合金层。
采用上述技术方案，热辊弯成形部件具有较好耐腐蚀性能、较好的表面质量。
进一步地，表面氧化层的厚度为1～5μm，所述表面氧化层的氧化物中合金元素包括Zn、Al、Mn、Mg中的至少一种。
进一步地，扩散合金层包括体积百分比为20％～100％的ɑ-Fe(Zn)和0-80％的Γ-Fe3Zn10。
采用上述技术方案，扩散合金层中Γ-Fe3Zn10含量越高，热辊弯成形部件的耐腐蚀性能越好，表面质量越高。
进一步地，锌系镀层为纯锌镀层、含有10％～20％Fe的锌铁合金镀层、含有Al、Mg的锌系镀层中的一种镀层。
进一步地，基板还包括Nb：0.01％～0.10％，V：0.01％～0.10％，Mo：0.01％～0.10％，B：0.001％～0.010％，Ti：0.01％～0.10％，Cr：0.01％～0.10％，Ni：0.01％～1.0％中的至少一种。
本发明的实施方式还公开了一种热辊弯成形部件的热辊弯成形方法，热辊弯成形部件包括：
基板，基板的成分质量百分比为：C：0.10％～0.80％、Si：0.05％～2.0％、Mn：0.50％～3.0％、P≤0.10％、S≤0.05％、Al：0.01％～0.06％、N≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质；
附着量为10～100g/m2的锌系镀层，锌系镀层附着于基板的表面，
其中，基板的微观组织包括：铁素体和贝氏体中的至少一种，以及体积百分比为≥90％的马氏体；锌系镀层的微观组织包括：表面氧化层和扩散合金层，
热辊弯成形部件的热辊弯成形方法包括以下步骤：
将钢板通过辊压或折弯加工形成管件；
对管件进行感应加热，感应加热的温度大于热辊弯成形部件的奥氏体化温度；
对感应加热后的管件进行弯曲成形；
对弯曲成形后的管件进行淬火强化，得到热辊弯成形部件。
采用上述技术方案，热辊弯成形后的热辊弯成形部件具有较好的抗表面氧化性能、较好的表面质量。
进一步地，表面氧化层的厚度为1～5μm，镀层氧化物中合金元素包括Zn、Al、Mn、Mg中的至少一种。
进一步地，扩散合金层包括体积百分比为20％～100％的ɑ-Fe(Zn)和0-80％的Γ-Fe3Zn10。
采用上述技术方案，扩散合金层中Γ-Fe3Zn10含量越高，热辊弯成形部件耐腐蚀性能越好、表面质量越高。
进一步地，锌系镀层为纯锌镀层、含有10％～20％Fe的锌铁合金镀层、含有Al、Mg的锌系镀层中的一种镀层。
进一步地，基板还包括Nb：0.01％～0.10％，V：0.01％～0.10％，Mo：0.01％～0.10％，B：0.001％～0.010％，Ti：0.01％～0.10％，Cr：0.01％～0.10％，Ni：0.01％～1.0％中的至少一种。
附图说明
图1是本发明实施例提供的热辊弯成形部件中锌系镀层截面的金相图一；
图2是本发明实施例提供的热辊弯形成部件中锌系镀层截面的金相图二。
元件标号说明：
1：α-Fe(Zn)层；2：Γ-Fe3Zn10层；3：表面氧化层。
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。
在下文中，将描述本发明的组分体系。
C：0.10％～0.80％
C含量是决定钢板强度、硬度等力学性能的最主要因素，随着C含量的升高，钢板的强度和硬度提高、钢板的塑性和韧性降低、冷脆倾向性和时效倾向性提高。C含量对钢材淬火后的力学性能有显著影响，原因在于淬火后马氏体组织的硬度大小主要取决于马氏体中C含量的高低。当C含量≥0.10％时，热辊弯成形部件的抗拉强度在1000MPa以上；当C含量＞0.80％时，热辊弯成形部件的韧性明显劣化。因此，C含量设定在0.10％～0.80％，优选地，C含量设定在0.10％～0.50％。
Si：0.05％～2.0％
Si是置换固溶合金元素，它可以促进C在奥氏体中的富集，使得奥氏体稳定性增加，提高钢板的强度，并在一定程度上提高钢板的韧性，当Si含量＜0.05％时，添加效果不充分；当Si含量＞2.0％时，热辊弯成形部件产生红色氧化铁皮的表面缺陷的概率增大，导致钢板的塑性劣化，因此，Si含量设定在0.05％～2.0％。
Mn：0.50％～3.0％
Mn是提高钢板的淬透性、以及有效确保淬火后钢板强度的元素，同时Mn作为扩大奥氏体相区的元素，可以降低Ac3和Ac1点温度，延缓珠光体相变，从而降低热辊弯成形方法中的感应加热温度，而且，在热辊弯成形之前的感应加热过程中Mn会扩散到镀覆覆膜中，在镀层表面形成Mn的氧化物，从而抑制锌氧化层过多地产生，有利于点焊性能。当Mn含量＜0.50％时，添加效果不充分；当Mn含量＞3.0％时，会产生偏析，导致热辊弯成形部件性能下降，因此，Mn含量设定在0.50％～3.0％。
Al：0.01％～0.06％
Al在钢板中具有脱氧的作用。当Sol.Al含量不足0.01％时，难以得到基于上述作用的效果，因此，Sol.Al含量设定在0.01％以上；当Sol.Al含量超过0.06％时，上述作用的效果饱和，且在成本上不利，因此，Sol.Al含量设定在0.06％以下。
N≤0.01％
N含量超过0.01％时，在热轧时会形成AlN的氮化物，导致钢板的冲裁加工性能和淬透性降低。因此，N含量越低越好，N含量设定在≤0.01％。
P：≤0.10％
P在钢中使钢的可塑性及韧性明显下降，特别是在低温下会导致“冷脆”现象，因此要严格控制P含量，限制在0.10％以下。
S：≤0.05％
S含量维持在较低水平，因为由S形成FeS而引起热脆性问题，因而S含量限于0.05％以下。下限不定义，因为由于相同的原因S含量越低越好。在本发明中，在基板钢板中，在上述的必要成分的基础上，可以进一步在规定范围含有以下的任选成分。需要说明的是，与必要成分不同，也可以不含有以下说明的任选成分：Nb：0.01％～0.10％，V：0.01％～0.10％，Mo：0.01％～0.10％，B：0.001％～0.010％，Ti：0.01％～0.10％，Cr：0.01％～0.10％，Ni：0.01％～1.0％中的至少一种。
V：0.01％～0.10％
V是通过形成碳化物使组织微细化的元素。在将钢板加热至Ac3点以上时，微细的V的碳化物抑制再结晶及晶粒生产使奥氏体晶粒细化，改善韧性。当V含量＜0.01％时，添加效果不明显；当V含量＞0.10％时，添加效果饱和且成本增加。
Mo：0.01％～0.10％
Mo与Nb、V一样，是奥氏体细化的元素，在钢中可以提高淬透性，还可以使钢在高温时保持足够的强度和抗蠕变能力。当Mo含量＜0.01％时，添加效果不明显；当Mo含量＞0.10％时，添加效果饱和且成本增加。
Cr：0.01％～0.10％
铬能增加钢的淬透性并有二次硬化作用。铬与铁形成连续固溶体，缩小奥氏体相区域，铬，还可以使珠光体的碳浓度及奥氏体中碳的极限溶解度减少。铬又能提高钢的抗氧化性和耐腐蚀性。当Cr含量＜0.01％时，添加效果不明显；当Cr含量＞0.10％时，添加效果饱和且成本增加。
Ti：0.01％～0.10％
钛是钢中强脱氧剂，它能使钢的内部组织致密，细化晶粒，降低时效敏感性和冷脆性，改善焊接性能。需要添加0.01％以上才能达到所述效果，但是若过多地添加则氮化物变得过剩，会导致韧性的劣化，因此上限规定为0.10％。
Ni：0.01％～1.0％
镍能扩大钢的奥氏体区，是形成和稳定奥氏体的主要合金元素，镍还可以强化铁素体并细化和增多珠光体，提高钢的强度。Ni具有提高淬透性的效果，其效果在0.01％以上很明显，但由于其是高价元素，因此控制在1.0％以下。
Nb：0.01％～0.10％
Nb是钢中重要的微合金元素，在钢中添加微量的Nb可保证钢在碳当量较低的情况下，通过其碳、氮化物质点(尺寸小于5mm)的弥散析出及Nb的固溶，细化晶粒，极大地提高钢的强度、韧性，特别是低温韧性，同时使钢具有良好的冷弯性能和可焊性。因此，Nb含量设定在0.01％～0.10％，优选地，Nb含量在0.02％～0.05％，可有效细化钢基板的原始奥氏体晶粒，目的在于提高热成形后部件的冷弯性能。
B：0.001％～0.010％
B是钢中晶界偏聚强烈的元素，能降低奥氏体的晶界能，抑制先共析铁素体晶核的形成，B提高淬透性的能力很强，有文献指出0.001％～0.003％的B作用可分别相当于0.6％的Mn、0.7％的Cr、0.5％的Mo和1.5％的Ni，只需极少量的B即可节约大量的贵重合金元素。因此，B含量设定在0.001～0.010％，优选地，B含量在0.001～0.004％，过多或过少均对提高淬透性不利，B有提高淬透性的最佳含量，不同于一般合金元素提高淬透性的效果随其在钢中含量增加而增加。
锌系镀层
在本发明中，为了在热辊弯成形过程中抑制氧化皮的产生，在基板表面设置附着量为10～100g/m2的锌系镀层。这里，镀层的附着量(钢板的每个单面)为10～100g/m2，小于10g/m2时，无法充分发挥Zn的牺牲阳极防腐蚀效果，超过100g/m2时，该效果饱和，且导致成本上升。
作为锌系镀层，除纯锌镀层(例如用热镀锌线、电镀锌线形成的镀层)外，还可以是Zn-Fe合金镀层(用热镀锌线实施过合金化处理的镀层)，Zn-Ni合金镀层，Zn-Al合金镀层，Zn-Mg合金镀层，Zn-Al-Mg合金镀层等。此外，还可以使用金属氧化物、聚合物等分散在这种锌系镀层中形成的锌系复合镀层，也可以是将这种锌系镀层多个层叠形成的镀层。
热辊弯成形后的热辊弯成形部件，基板的微观组织包括：铁素体和贝氏体中的至少一种，以及体积百分比为≥90％的马氏体，基板的微观组织中马氏体体积百分比≥90％，保证热辊弯成形后部件的强度。
锌系镀层的微观组织包括：表面氧化层和扩散合金层，具体包括：
热辊弯成形部件在热辊弯成形后，表面氧化层的厚度为1～5μm，镀层氧化物中合金元素包括Zn、Al、Mn、Mg中的至少一种，当表面氧化层的厚度＜1μm时，部件的奥氏体化程度不足；当表面氧化层的厚度＞5μm时，则会影响部件的焊接性能；
扩散合金层包括体积百分比为20％～100％的ɑ-Fe(Zn)和0-80％的Γ-Fe3Zn10，保证热辊弯成形后部件的耐腐蚀性能，当ɑ-Fe(Zn)固溶体在扩散合金层中的体积百分比＜20％时，部件的奥氏体化程度不足。
在本发明提供的热辊弯成形部件的热辊弯成形方法，包括以下步骤：
开卷、矫平：将钢板或钢带开卷并送入矫平机矫平，该钢板或钢带的原始屈服强度为400MPa，抗拉强度为600MPa；
制管：采用辊压、折弯等加工方法，将钢板或钢带加工为指定截面形状，再采用激光焊接或高频焊接等连续焊接方法焊接为管件；
加热：对上述管件进行感应加热，感应加热的温度大于热辊弯成形部件的奥氏体化温度；
弯曲：对感应加热后的管件进行弯曲成形；
淬火：对弯曲成形后的管件进行淬火强化，得到热辊弯成形部件。
其中，对管件进行感应加热，感应加热的温度(≥850℃)大于热辊弯成形部件的奥氏体化温度，控制感应加热功率和管件推进速率，在保证有效感应加热的前提下，感应加热功率和管件推进速率越小，表面氧化层中Γ-Fe3Zn10含量越高，热辊弯成形部件的耐腐蚀性能越好、表面质量越高。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的热辊弯成形部件具有较好的耐腐蚀性能、较好的表面质量，有利于后续进行焊接，对热辊弯部件的推广应用具有重要意义。
在下文中，将通过实施例更加详细描述本发明。
实施例
本发明实施例钢板中基板的化学成分见表1，将钢板(实施例1-6和对比例1-3)通过辊压或折弯加工形成管件；对管件进行感应加热，感应加热的温度(≥850℃)大于热辊弯成形部件的奥氏体化温度，控制感应加热功率和管件推进速率；对感应加热后的管件进行弯曲成形；对弯曲成形后的管件进行淬火强化，得到热辊弯成形部件。
根据GM14872标准，采用ATLAS BCX-3000型循环腐蚀试验设备对本发明中的实施例1-6和对比例1-3进行腐蚀性能对比分析，如表2所示，对比例1的热辊弯成形部件未涂覆镀层，在一个循环腐蚀周期后测得腐蚀增重为8.7g/m2，而采用实施例1-6中的热辊弯成形部件，均涂覆有镀层，实施例1-6中的热辊弯成形部件的腐蚀增重＜1.5g/m2。其中，GI镀层的耐腐蚀性最好，实施例1的热辊弯成形部件的腐蚀增重仅为0.35g/m2，实施例2的热辊弯成形部件的腐蚀增重仅为0.55g/m2。这里，GI为热镀纯锌板镀层；GA为合金化热镀锌板镀层；GA(Zn-10％Fe)是指含有质量百分比为10％Fe的热镀锌板镀层；Zn-1.2％Al-1.2％Mg是指含有质量百分比为1.2％Al和1.2％Mg的锌系镀层。
图1和图2分别为实施例1和实施例2在不同的加热功率下热辊弯成形后镀层截面的金相图，其中实施例1的锌系镀层包括标号为1的α-Fe(Zn)层，体积百分比为40％；标号为2的Γ-Fe3Zn10层，体积百分比为60％；标号为3的表面氧化层，其热辊弯成形部件在热辊弯成形方法中：感应加热功率为13kW，管件推进速率为3mm/s，水冷；实施例2的锌系镀层包括标号为1的α-Fe(Zn)层，体积百分比为80％；标号为2的Γ-Fe3Zn10层，体积百分比为20％；标号为3的表面氧化层，其热辊弯成形部件在热辊弯成形方法中：感应加热功率为14.5kW，管件推进速率为5mm/s，水冷。
Figure BDA0002954085110000081
表2.实施例1-6和对比例1-3的感应加热参数、腐蚀试验结果
Figure BDA0002954085110000091
根据表1和表2可知，实施例1-6提供的热辊弯部件，其表面氧化层中Γ-Fe3Zn10含量越高，热辊弯成形部件的腐蚀增重越小，即耐腐蚀性能越好，而对比例1-3均为无镀层的热辊弯成形部件，该热辊弯成形部件的α-Fe(Zn)和Γ-Fe3Zn10含量均为0，经过热辊弯成形工艺制备的热辊弯成形部件的腐蚀增重均在8g/m2以上，即该热辊弯成形部件的耐腐蚀性能差。
再结合表1和表2中实施例1-6可知，在热辊弯成形部件的热辊弯成形方法中，对管件进行感应加热，感应加热的温度(≥850℃)大于热辊弯成形部件的奥氏体化温度，控制感应加热功率和管件推进速率，在保证有效感应加热的前提下，感应加热功率和管件推进速率越小，表面氧化层中Γ-Fe3Zn10含量越高，热辊弯成形部件的腐蚀增重越小，热辊弯成形部件的耐腐蚀性能越好、表面质量越好。
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 (4)

1.一种热辊弯成形部件，其特征在于，所述热辊弯成形部件包括：
基板，所述基板的成分质量百分比为：C：0.10%~0.80%、Si：0.05%~2.0%、Mn：0.50%~3.0%、P≤0.10%、S≤0.05%、Al：0.01%~0.06%、N≤0.01%，余量为Fe和不可避免的杂质；
附着量为10~100g/m2的锌系镀层，所述锌系镀层附着于所述基板的表面，
其中，所述基板的微观组织包括：铁素体和贝氏体中的至少一种，以及体积百分比为≥90%的马氏体；所述锌系镀层的微观组织包括：表面氧化层和扩散合金层，
所述表面氧化层的厚度为1~5μm，所述表面氧化层的氧化物中合金元素包括Zn、Al、Mn、Mg中的至少一种，
所述扩散合金层包括体积百分比为20%~100%的ɑ-Fe(Zn)和0-80%的Γ-Fe3Zn10，
所述锌系镀层为纯锌镀层、含有10%~20%Fe的锌铁合金镀层、含有Al、Mg的锌系镀层中的一种镀层。
2.根据权利要求1所述的热辊弯成形部件，其特征在于，所述基板还包括Nb：0.01%~0.10%，V：0.01%~0.10%，Mo：0.01%~0.10%，B：0.001%~0.010%，Ti：0.01%~0.10%，Cr：0.01%~0.10%，Ni：0.01%~1.0%中的至少一种。
3.一种热辊弯成形部件的热辊弯成形方法，其特征在于，所述热辊弯成形部件包括：
基板，所述基板的成分质量百分比为：C：0.10%~0.80%、Si：0.05%~2.0%、Mn：0.50%~3.0%、P≤0.10%、S≤0.05%、Al：0.01%~0.06%、N≤0.01%，余量为Fe和不可避免的杂质；
附着量为10~100g/m2的锌系镀层，所述锌系镀层附着于所述基板的表面，
其中，所述基板的微观组织包括：铁素体和贝氏体中的至少一种，以及体积百分比为≥90%的马氏体；所述锌系镀层的微观组织包括：表面氧化层和扩散合金层，
所述表面氧化层的厚度为1~5μm，所述表面氧化层的氧化物中合金元素包括Zn、Al、Mn、Mg中的至少一种，
所述扩散合金层包括体积百分比为20%~100%的ɑ-Fe(Zn)和0-80%的Γ-Fe3Zn10，
所述锌系镀层为纯锌镀层、含有10%~20%Fe的锌铁合金镀层、含有Al、Mg的锌系镀层中的一种镀层，
所述热辊弯成形部件的热辊弯成形方法包括以下步骤：
将钢板通过辊压或折弯加工形成管件；
对所述管件进行感应加热，所述感应加热的温度大于所述热辊弯成形部件的奥氏体化温度；
对所述感应加热后的所述管件进行弯曲成形；
对所述弯曲成形后的所述管件进行淬火强化，得到所述热辊弯成形部件。
4.根据权利要求3所述的热辊弯成形方法，其特征在于，所述基板还包括Nb：0.01%~0.10%，V：0.01%~0.10%，Mo：0.01%~0.10%，B：0.001%~0.010%，Ti：0.01%~0.10%，Cr：0.01%~0.10%，Ni：0.01%~1.0%中的至少一种。
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