CN115003836A - 热冲压用镀锌钢板、热冲压部件以及热冲压部件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一个方面的热冲压用镀锌钢板,其基材钢板满足指定的化学成分组成,并且,固溶B量为10ppm以上,在该基材钢板的至少单侧表面具有合金化热浸镀锌层或热浸镀锌层。
Description
技术领域
本发明涉及热冲压用镀锌钢板、使用热冲压用镀锌钢板的热冲压部件以及热冲压部件的制造方法。特别涉及热处理后的拉伸强度TS(Tensile Strenth)低于1,5GPa的钢板且进行热冲压时能够抑制发生液态金属脆化(Liquid Metal Embrittlement:LME)的热冲压用镀锌钢板、使用该热冲压用镀锌钢板的热冲压部件、以及热冲压部件的制造方法。
背景技术
在汽车用零件的制造中,作为能够兼顾高强度化和形状复杂化的技术,提出了在高温下对钢板进行压制成形而制造的热冲压。以下,将供于热冲压的钢板有时称为“毛坯(blanks)”。
热冲压也称为热成形、热压等,是将上述毛坯加热到奥氏体的温度区域、即Ac3相变点以上的高温,进行压制成形的方法。以下,将毛坯的加热工序有时称为“热冲压的加热工序”。以下,将上述热冲压的加热工序和后续的将毛坯压制成形的部件形成工序有时一并称为“热冲压工序”。根据该热冲压技术,能够获得不仅高强度而且形状复杂的汽车用零件等热冲压部件。
利用热冲压工序制造的热冲压部件的拉伸强度TS主要属于1.5GPa以上。但是近年来,还提出了拉伸强度TS低于1.5GPa的各种热冲压部件,如拉伸强度TS为800~1300MPa的钢部件等。
作为所述毛坯,除了使用热轧后酸洗而得到的钢板亦即热轧酸洗钢板、以及进一步冷轧而得到的冷轧钢板以外,从耐腐蚀性、抑制氧化皮的观点出发,还使用对上述热轧酸洗钢板以及冷轧钢板的至少单侧表面实施镀覆的镀覆钢板。上述镀覆钢板主要分为锌系镀覆钢板和铝系镀覆钢板,在本发明中,以镀锌钢板作为对象。
在将如上所述的镀锌钢板应用于热冲压工序的情况下,LME的发生成为问题。形成镀锌层的Zn的熔点为419℃,沸点为907℃,在热冲压的加热温度区域成为液相或气相。所述LME是在对作为毛坯的镀锌钢板进行的热冲压的加热工序中,如上所述熔点低的锌熔化,在部件成形工序中熔化的锌进入基材钢板的晶界而发生。因该LME而发生的裂纹根据裂纹的深度而存在成形部件的耐冲击性以及耐久性较大地受损的问题。以下,将因上述LME发生的裂纹称为“LME裂纹”。
作为避免发生LME裂纹这一问题的技术,提出了例如专利文献1的技术。在该技术中,在热冲压的加热工序中使锌和铁的合金化进展,使LME裂纹深度减小。即,该技术是为了增加镀覆层中的Fe百分比,作为进行部件成形的前处理,加热至300℃以上,并延长此时的加热处理时间,例如设为300~1000秒的技术。但是,在该专利文献1公开的方法中,需要增加热冲压工序、需要多个设定温度不同的加热炉,而且还要延长加热处理时间,因此,难以说具有实用性。
此外,例如,专利文献2中提出了镀镍后进行镀锌处理的方法,专利文献3中提出了通过控制镀锌层中的成分来避免发生LME裂纹的技术。
而且还已知:想要避免发生LME裂纹,基材钢板的化学成分的影响较大,特别重要的是抑制Si量。另一方面,还已知Si有助于提高点焊部的接合强度等,在高强度钢板中是有用的元素(专利文献4)。
至今为止提出的热冲压技术通过热冲压工艺实现组织控制,并控制拉伸强度TS。故此,实际上热冲压部件的拉伸强度TS较大地依赖于热冲压工艺。此外,为了避免发生LME裂纹,一般采用通过控制镀锌层中的成分来改变镀覆层或抑制在高强度钢板中有用的添加元素等方法。
例如,在所述专利文献1中,在热冲压的加热工序中使锌和铁的合金化进展,使LME裂纹深度减小,但是,在不积极进行合金化进展的通常的合金化热浸镀锌钢板中,无法避免发生LME裂纹。此外,该问题在热浸镀锌钢板中也同样发生。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利公表公报特表2012-512747号
专利文献2:日本专利公开公报特开2016-89274号
专利文献3:日本专利公开公报特开2006-037141号
专利文献4:日本专利公开公报特开2007-169679号
发明内容
本发明鉴于如上所述的情况而做出,其目的在于提供不用抑制Si量且不大依赖于基于镀覆层中的化学成分的改变以及热冲压工艺,就能够避免发生LME裂纹的热冲压用镀锌钢板、使用该热冲压用镀锌钢板的热冲压部件、以及热冲压部件的制造方法。
本发明人们发现通过以下的构成能够达到上述目的,并基于该见解进一步进行研究,由此完成了本发明。
即,本发明一个方面涉及热冲压用镀锌钢板,基材钢板以质量%计,满足
C:0.005~0.14%、
Si:1.0~1.7%、
Mn:1.5~3.0%、
Ti:0.010~0.100%、
B:0.0010~0.0100%、
Al:0.01~0.10%、
P:0.10%以下且不含0%、
S:0.010%以下且不含0%、以及
N:0.010%以下且不含0%,
余部为铁和不可避免的杂质,
并且,固溶B量为10ppm以上,
在该基材钢板的至少单侧表面具有合金化热浸镀锌层或热浸镀锌层。
具体实施方式
本发明人们为了实现上述目的从各种角度进行了研究。即,从实现不用抑制Si量且不大依赖于基于镀覆层中的化学成分的改变以及热冲压工艺,就能够避免发生LME裂纹的热冲压用镀锌钢板的观点出发,进行了专心研究。
其结果,发现:如后所述,如果适当调整基材钢板的化学成分组成,并将基材钢板中以固溶状态存在的B(以下,有时称为“固溶B”)确保指定量,则可以成功地实现上述目的,从而完成了本发明。根据本发明,能够提供不用抑制Si量且不大依赖于基于镀覆层中的化学成分的改变以及热冲压工艺,就能够避免发生LME裂纹的热冲压用镀锌钢板。
以下,对于本发明的实施方式进行更具体的说明,但本发明并不限于这些实施方式。
在本实施方式的热冲压用镀锌钢板中,设定基材钢板的化学成分组成的理由如下。以下,化学成分组成中的%是指质量%。
本实施方式的热冲压用镀锌钢板的基材钢板满足C:0.005~0.14%、Si:1.0~1.7%、Mn:1.5~3.0%、Ti:0.010~0.100%、B:0.0010~0.0100%、A1:0.01~0.10%、P:0.10%以下(不含0%)、S:0.010%以下(不含0%)、以及N:0.010%以下(不含0%)。
[C:0.005~0.14%]
C(碳)是避免发生LME裂纹的重要元素。为了避免发生LME裂纹,C量尽可能少为宜,但过度减少C量会导致制造成本增加,因此将其设为0.005%以上。C量优选为0.007%以上,更优选为0.010%以上。但是,如果C量过多,则除了导致钢板的强度上升以外,当对钢板进行点焊时,导致点焊部的十字拉伸强度(十字型拉伸试验方法的十字接头断裂载荷)降低,容易发生LME裂纹,因此其上限需要设为0.14%以下。C量优选为0.13%以下,更优选为0.12%以下。
[Si:1.0~1.7%]
Si(硅)是在对钢板进行点焊时提高点焊部的十字拉伸强度的重要元素。此外,其是还有助于降低热冲压部件的热冲压工艺依赖性,实现硬度稳定性的元素。为了使其发挥该效果,Si量需要设为1.0%以上。Si量优选为1.05%以上,更优选为1.1%以上。但是,如果Si量过多,则会引起因制造钢板时氧化皮增加而导致酸洗性变差、镀覆性恶化、Ac3相变点上升、点焊部的十字拉伸强度降低等。因此,Si量设为1.7%以下。Si量优选为1.6%以下,更优选为1.5%以下。
[Mn:1.5~3.0%]
Mn(锰)是对提高钢板的淬透性、降低成形后的硬度不均而言有用的元素。为了使其发挥该效果,Mn量需要设为1.5%以上。Mn量优选为1.7%以上,更优选为2.0%以上。但是,如果Mn量过多而超过3.0%,则其效果饱和,成为成本增加的要因。因此,Mn量需要设为3.0%以下,优选为2.8%以下,更优选为2.6%以下。
[Ti:0.010~0.100%]
在本实施方式中,Ti(钛)是重要的元素。通过含有Ti而促进TiN的生成,抑制发生LME裂纹的固溶B量增加。为了使其发挥该效果,Ti量需要设为0.010%以上。Ti量优选为0.012%以上,更优选为0.015%以上。但是,如果Ti量过多,则容易生成TiC,钢组织微细化,使淬透性降低。因此,Ti量需要设为0.100%0以下,优选为0.095%以下,更优选为0.090%以下。
[B:0.0010~0.0100%]
在本实施方式中,B(硼)是重要的元素。已知B是强化晶界的元素,对淬透性有效果。在本实施方式中,发现通过使基材钢板含有B,能够抑制在热冲压的加热工序中发生LME裂纹。为了使其发挥该效果,B量需要设为0.0010%以上。B量优选为0.0012%以上,更优选为0.0015%以上。但是,如果B量过多,则成为因硼化合物的生成等而引起铸造时的表面龟裂等的要因。因此,B量需要设为0.0100%以下。B量优选为0.0090%以下,更优选为0.0085%以下。
[Al:0.01~0.10%]
Al(铝)是作为脱氧剂起作用的元素。为了使其发挥该效果,Al量需要设为0.01%以上。Al量优选为0.015%以上,更优选为0.020%以上。但是,如果过多含有Al,则导致制造成本增加,因此Al量设为0.10%以下。Al量优选为0.080%以下,更优选为0.070%以下。
[P:0.10%以下(不含0%)]
P(磷)是不可避免地含有的元素,由于其是使钢板的焊接性变差的元素,因此优选尽可能限制其含量。为了不让钢板的焊接性变差,P量需要设为0.10%以下。P量优选为0.050%以下,更优选为0.020%以下。需要说明的是,P是钢中不可避免地混入的杂质,在工业生产中不可能使其量成为0%,通常含有0.0005%以上。
[S:0.010%以下(不含0%)]
S(硫)是不可避免地含有的元素,使钢板的焊接性变差。因此,S量设为0.010%以下。S量优选为0.0080%以下,更优选为0.0050%以下。由于S量尽可能少为佳,因此下限没有特别限定,在工业生产中不可能使其量成为0%,通常含有0.0001%以上。
[N:0.010%以下(不含0%)]
N(氮)是不可避免地含有的元素,如果过多含有,则容易生成BN,使固溶B量降低。因此,N量设为0.010%以下。N量优选为0.008%以下,更优选为0.005%以下。由于N量尽可能少为佳,因此下限没有特别限定,在工业生产中不可能使其量成为0%,通常含有0.0001%以上。
[固溶B:10ppm(质量ppm)以上]
如上所述,为了抑制热冲压的加热工序中发生LME裂纹,确保以固溶状态存在的指定量的B是重要的。根据该观点,固溶B需要设为10ppm以上。固溶B量优选为20ppm以上,更优选为50ppm以上。固溶B量的上限没有任何限制,但在所含有的B全部固溶的情况下大概成为100ppm以下。
需要说明的是,用于确保10ppm以上的固溶B量的方法没有任何限制,但为了抑制因B和N反应而生成BN,有效的是使N尽可能与Ti反应而成为TiN。例如,当设基材钢板中的Ti量(质量%)为[Ti]、N量(质量%)为[N]时,如果以使它们满足[Ti]≥(47.8/14)[N]的关系的方式控制Ti量和N量,就能够确保所含的B有效地成为固溶B。
本实施方式的热冲压用镀锌钢板中使用的基材钢板的基本成分如上所述,余部为铁和除上述P、S、N以外的不可避免的杂质。作为该不可避免的杂质,除了如下地抑制为宜的O(氧)以外,在不损害本发明的效果的范围内,可以容许混入根据原料、材料、制造设备等的状况而被带入的偶存元素(tramp element)(Pb、Bi、Sb、Sn、V等)。
[O;0.010%以下(不含0%)]
O是不可避免地含有的元素,如果过多含有,则会形成氧化物,存在使固溶Si降低之虞。因此,O量优选为0.010%以下。O量更优选为0.005%以下,进一步优选为0.003%以下。由于O量尽可能少为佳,因此下限没有特别限定,在工业生产中不可能使其量成为0%,通常含有0.0001%以上。
本实施方式的热冲压用钢板中使用的基材钢板中,还可以含有选自由Cr(铬)和Mo(钼)构成的组中的1种以上作为其它元素,通过含有这些元素,可以进一步改善钢板的特性。
[选自由Cr:0.5%以下(不含0%)和Mo:0.5%以下(不含0%)构成的组中的1种以上]
Cr和Mo与Mn同样是提高淬透性的元素,提高热冲压工序后的钢板强度。该效果随着其含量的增加而增大,但过多含有会导致成本增加,因此优选均为0.5%以下。更优选均为0.4%以下。这些可以含有任1种,也可以2种都含有。
本实施方式的热冲压用镀锌钢板包含热浸镀锌钢板(GI钢板)或合金化热浸镀锌钢板(GA钢板),其以热轧钢板或冷轧钢板作为基材钢板,并在该基材钢板的至少单侧表面具有热浸镀锌层(GI:Hot Dip-Galvanized)或合金化热浸镀锌层(GA:Alloyed Hot Dip-Galvanized)。
基材钢板具有如上所述的化学成分组成的本实施方式的热冲压用镀锌钢板能够使在基材钢板的Ac3相变点进行热压后的最大拉伸强度为800MPa以上且1300MPa以下。即,通过采用如上所述的构成的热冲压用镀锌钢板,不大依赖于热冲压工艺,就能制造热冲压工序后的最大拉伸强度为800MPa以上且1300MPa以下的热冲压部件。
本实施方式的热冲压用镀锌钢板作为通过与热处理后的拉伸强度为1000MPa以上的钢板组合来制造拼焊部件的钢板而有用。在通常的热冲压工序中,热冲压的加热工序时的温度被设定为奥氏体的单相区温度(即,高于Ac3相变点的温度)。并且,用模具将加热到该温度区域的钢板边冷却边压制成形,从而使其成为热压制部件。
关于热冲压工序后的拉伸强度为1000MPa以上的钢板而言,该钢板的Ac3相变点被设定为比较低的温度。因此,将热冲压工序后的拉伸强度为1000MPa以上的钢板、和包含Ac3相变点不同于该钢板的基材钢板的本实施方式的热冲压用镀锌钢板,通过焊接等进行拼焊,然后,加热至高于任一钢板的Ac3相变点的温度范围后进行热压,就可以得到具有拉伸强度为1000MPa以上的区域和拉伸强度为800MPa以上且1300MPa以下的区域的拼焊材料。在该拼焊材料中,哪一方区域成为高强度侧或低强度侧根据各钢板的Ac3相变点与热冲压的加热工序温度之间的关系而决定。
需要说明的是,在本说明书中,Ac3相变点是基于下述式(1)计算的值。下述式(1)是基于《莱斯利钢铁材料学》(丸善株式会社,1985年5月31日出版,第273页)所示的式,并考虑本实施方式的热冲压用镀锌钢板中使用的基材钢板的化学成分组成而简化的式。
Ac3相变点=910-203×[C]1/2+44.7×[Si]-30×[Mn]+700×[P]+400×[Al]+400×[Ti] (1)
上述式(1)中,[C]、[Si]、[Mn]、[P]、[Al]、[Ti]是以质量%计分别表示C、Si、Mn、P、Al、Ti的含量的值。
如根据上述拼焊材料的制造方法明确:本实施方式的热冲压部件的制造方法包含将如上所述的热冲压用镀锌钢板加热至基材钢板的Ac3相变点以上和进行热压的操作。此外,通过使用本实施方式的热冲压用镀锌钢板,得到发挥所需的特性的热冲压部件。
制造本实施方式中使用的基材钢板按照通常的顺序制造即可。例如,将满足如上所述的化学成分组成的钢材按照常规方法熔炼,通过连铸得到板坯等钢片,然后加热到1300℃以下,接着进行热轧并卷取后进行酸洗,实施冷轧而作为冷轧钢板。然后,根据需要对冷轧钢板进行退火处理,将其作为基材钢板。对如此获得的基材钢板的至少单侧表面进行热浸镀锌处理或合金化热浸镀锌处理。
本说明书如上所述地公开了各种实施方式的技术,将其中的主要的技术概括如下。
本实施方式的热冲压用镀锌钢板的基材钢板以质量%计满足
C:0.005~0.14%、
Si:1.0~1.7%、
Mn:1.5~3.0%、
Ti:0.010~0.100%、
B:0.0010~0.0100%、
Al:0.01~0.10%、
P:0.10%以下且不含0%、
S:0.010%以下且不含0%、以及
N:0.010%以下且不含0%,
余部为铁和不可避免的杂质,
并且,固溶B量为10ppm以上,
在该基材钢板的至少单侧表面具有合金化热浸镀锌层或热浸镀锌层。
通过采用该构成,能够实现不用抑制Si量且不大依赖于基于镀覆层中的化学成分的改变以及热冲压工艺,就能够避免发生LME裂纹的热冲压用镀锌钢板。
在本实施方式的热冲压用镀锌钢板中,能够使基材钢板还含有选自由Cr和Mo构成的组中的1种以上,其中,Cr:0.5%以下且不含0%,Mo:0.5%以下且不含0%。通过含有这些成分,能够进一步提高热冲压工序后的热冲压部件的强度。
作为优选的实施方式,具有如上所述的化学成分组成,在基材钢板的Ac3相变点以上进行热压后的最大拉伸强度为800MPa以上且1300MPa以下。即,通过使用本实施方式的热冲压用镀锌钢板,不大依赖于热冲压工艺,就能够制造热冲压工序后的最大拉伸强度为800MPa以上且1300MPa以下的热冲压部件。
本实施方式的热冲压用镀锌钢板作为通过与热冲压工序后的拉伸强度为1000MPa以上的钢板组合来制造拼焊部件的钢板而有用。
本实施方式的热冲压部件的制造方法包含将如上所述的热冲压用镀锌钢板加热至基材钢板的Ac3相变点以上和进行热压的操作。即,通过包含将本实施方式的热冲压用镀锌钢板加热至基材钢板的Ac3相变点以上和进行热压的操作,从而不仅能够制造拼焊材料,而且还能够制造发挥所需的特性的热冲压部件。
以下,基于实施例更具体地示出本发明的作用效果,但不言而喻,本发明并不限定于下述实施例,根据前述及后述的要旨进行设计变更均包含在本发明的技术范围内。
实施例
将下述表1所示的化学成分组成(钢种A~M)的各种钢材在工厂中熔炼,经过铸造、热轧、冷轧以及镀覆工序,制造了GA钢板。这些成分表示代表成分值。此外,表1中所示的Ac3相变点是基于所述式(1)计算出的值。表1中,[-]栏表示未添加,或者低于测定极限。此外,P、S、V、N是如上所述的不可避免的杂质,P、S、V、N栏中所示的值表示不可避免地包含的量。需要说明的是,在满足[Ti]≥[47.8/14]×[N]的情况下,可以视为添加的B全部以固溶状态存在,但在表1种将基于Ti量和N量求出的固溶B量作为推测值而示出。此外,余部含有铁和上述所示的不可避免的杂质以外的不可避免的杂质。
模拟热冲压的加热工序,加热至900℃进行奥氏体化处理后,冷却至800℃,在该温度下进行了拉伸试验。需要说明的是,作为拉伸试验片,准备了GA钢板的试验片以及通过酸洗除去了GA层的试验片(退镀材料)这2种试验片,进行了拉伸试验结果的比较。将使用表1所示的钢种A~C以及K~M时的结果(试验No.1~6)与适用钢种以及Si量一起示于下述表2。
下述表2所示的板厚是GA钢板的厚度。此外,下述表2所示的ΔTS/TS表示{(退镀材料的拉伸强度TS-GA钢板的拉伸强度TS)/(退镀材料的拉伸强度TS)}×100。也就是表示:ΔTS/TS的值的绝对值越小(例如,5以下),在800℃下的拉伸试验中,有镀/无镀的差异越小,因发生LME裂纹导致的拉伸强度的降低少越。需要说明的是,表2的试验No.1~3所示的GA钢板在800℃下的拉伸强度TS示出191~213MPa的值,但该拉伸强度TS在设想热冲压工序的条件的情况下,常温下的最大拉伸强度TS为800~1300MPa。
表2
从这些结果可以考察到以下情况。试验No.1~3是满足本发明中规定的任何要件的实施例,可知ΔTS/TS值(绝对值)为5以下,LME裂纹的发生减少了。
相对于此,试验No.4~6是不满足本发明中规定的任一要件的比较例,未能获得所期望的特性。
试验No.4未能确保固溶B量(表1的钢种K),LME裂纹的发生没有减少。试验No.5、6因固溶B量和Si量、C量的任意一个或全部的影响(表1的钢种L、M),LME裂纹的发生没有减少。
需要说明的是,使用表1的钢种D~J的试验中,ΔTS/TS值(绝对值)为5以下,LME裂纹的发生减少了,但其是可预测到因以下理由会发生某些问题的例子。
在使用钢种D的例子中,LME裂纹发生减少了,但这是因为Ti和B都含在其中,固溶B多所致。但是,即使Si量过多但由于C量也多,因此Ac3相变点降低,此外C量超过本发明中规定的上限,十字拉伸强度有可能降低(例如,“成分元素对高强度薄钢板的点焊特性的影响”电阻焊接研究委员会资料RW-78-75,第15页,图11,昭和50年12月4日出版)。此外,估计常温下的拉伸强度成为1500MPa左右,在优选范围外。
在使用钢种E~I的例子中,LME裂纹发生减少了,但这是因为Si量减少所致。但是,因Si量减少,十字拉伸强度、硬度稳定性可能会变差。
在使用钢种J的例子中,LME裂纹发生减少了,但这是因为C量相对较少所致。但是,由于Si量超过本发明中规定的上限,因此Ac3相变点高于907℃,推测需要加热到锌镀层蒸发的程度,预测无法实施有效的热冲压。
本申请以2020年1月31日申请的日本国专利申请特愿2020-014489为基础,其内容包含在本申请中。
为了表述本发明,在上文中参照具体例等并通过实施方式适当且充分地说明了本发明,但是应该认识到只要是本领域技术人员就能够容易地对上述的实施方式进行变更和/或改良。因此,本领域技术人员实施的变形实施方式或改良实施方式,只要是没有脱离权利要求书记载的权利要求的保护范围的水平,则该变形实施方式或该改良实施方式可解释为被包含在该权利要求的保护范围内。
产业上的可利用性
本发明在有关热冲压用镀锌钢板、使用该热冲压用镀锌钢板的热冲压部件以及它们的制造方法等的技术领域中具有广泛的产业上的可利用性。
Claims (6)
1.一种热冲压用镀锌钢板,其特征在于,
基材钢板以质量%计,满足
C:0.005~0.14%、
Si:1.0~1.7%、
Mn:1.5~3.0%、
Ti:0.010~0.100%、
B:0.0010~0.0100%、
Al:0.01~0.10%、
P:0.10%以下且不含0%、
S:0.010%以下且不含0%、以及
N:0.010%以下且不含0%,
余部为铁和不可避免的杂质,
并且,固溶B量为10ppm以上,
在该基材钢板的至少单侧表面具有合金化热浸镀锌层或热浸镀锌层。
2.根据权利要求1所述的热冲压用镀锌钢板,其特征在于,
所述基材钢板还含有选自由Cr和Mo构成的组中的1种以上,其中,Cr:0.5%以下且不含0%,Mo:0.5%以下且不含0%。
3.一种热冲压用镀锌钢板,其特征在于,
具有权利要求1或2所述的化学成分组成,并且在基材钢板的Ac3相变点以上进行热压后的最大拉伸强度为800MPa以上且1300MPa以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的热冲压用镀锌钢板,其特征在于,
该钢板用于通过与热冲压后的拉伸强度为1000MPa以上的钢板组合来制造拼焊部件。
5.一种热冲压部件的制造方法,其特征在于包括:
将权利要求1至4中任一项所述的热冲压用镀锌钢板加热至基材钢板的Ac3相变点以上;并且
进行热压。
6.一种热冲压部件,其特征在于,
使用权利要求1至4中任一项所述的热冲压用镀锌钢板。
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