CN115125439A - 一种锌基镀层1800Mpa级热冲压成型钢及制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种锌基镀层1800Mpa级热冲压成型钢及制备方法，属于冶金技术领域。其化学成分为C：0.34～0.37%，Mn：1.30～1.50%，S≤0.005%，P≤0.020%，Si：0.20～0.35%，Als：0.030～0.060%，Ti：0.045～0.060%，B：0.0020～0.0040%，Cr：0.15～0.30%，Nb：0.045～0.065%，N≤0.0050%，H≤0.0002%，其余为Fe和不可避免的杂质；其热成形工序包括预热、加热、成型步骤。本发明热成形后的部件抗拉强度＞1800MPa，表面质量良好，兼具高强度、高耐蚀性的特点。
Description
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种锌基镀层1800Mpa级热冲压成型钢及制备方法。
背景技术
近年来，随着国家对环保管控越来越严，对汽车节能减排要求更为严格，为达到这一目的，汽车轻量化成为发展趋势。在车身零件中，因为要求强度更高，冷成形高强钢在冲压过程容易出现冲压开裂问题，因此应用受限。热成型钢由于具有尺寸精度高、强度更高、可以制作成复杂变形的零部件等诸多优点，因此热成形技术获得不断发展，得到广泛应用，热成形钢市场需求量也在不断增加。
目前市场上广泛应用的热成形钢是用22MnB5原料生产的1500Mpa级产品，分为无镀层产品和镀层产品。无镀层产品因为在热冲压表面会发生部分氧化而需要喷丸处理，从而大大增加了生产成本，同时不利于环保要求。因此，涂层产品得到广泛应用，其中主要为铝硅镀层产品。但铝硅镀层产品在热冲压过程中，一是镀层会形成大量裂纹，二是表面形成铝硅氧化物薄膜，不能被磷酸溶解影响后续电泳，表面质量差，耐蚀性差。为解决上述问题，锌基镀层产品得到开发应用。锌基镀层相比铝硅镀层具有牺牲阳极保护作用，即使镀层形成裂纹和基体暴露，镀层仍能提供阴极保护作用，从而提高钢板耐腐蚀性能。目前锌基镀层产品仍有制约其推广应用的技术瓶颈，因为锌基镀层产品的液态金属脆性裂纹问题、锌液的高温蒸发问题。
随着汽车轻量化要求不断提高，抗拉强度≥1800MPa级的热成形钢产品开始得到应用。但由于1800Mpa级热成形产品热轧后强度高、塑性低，导致冷轧轧制难度非常大，制约了其稳定生产。
因此，为解决高强钢冷轧生产、锌基镀层裂纹等技术难题，同时满足高强度、耐蚀性的要求，实现热成形钢高强度、耐蚀性有机结合，成为目前亟待解决的问题。
中国发明专利CN110423945公布了一种抗拉强度1800MPa级以上的冷弯性能优良的含锌涂覆层热成形构件及其制备方法，其化学成分重量百分比：C：0.29-0.35％，Si≤0.5％，Mn：0.5-1.5％，P≤0 .020％，S≤0 .010％，Cr：≤0.50％，Al：0.01-0 .06％，Nb：0.01-0.06％，V：0 .01-0 .06％，Mo≤0.5％。该成分中，未明确H含量控制要求，容易在热冲压过程中出现氢致裂纹问题。添加合金元素V、Mo，导致合金成本增加。未明确镀液及镀层Al及其他成分配比，不易形成稳定的镀层组织，容易在热成形工序出现锌层裂纹问题。该专利提供了一种热成形工艺方法，加热温度850℃-900℃，加热时间2-5min，但是该工艺未考虑解决锌层裂纹问题，未明确热成形温度，加热前未经过预热，且如果热成形温度过高，容易出现锌层裂纹及锌液蒸发问题，导致产品耐蚀性下降。
中国专利CN111876676公布了一种抗拉强度1800MPa级镀铝钢板及其制造方法及热成形零部件，该方法是生产镀铝钢板，而不是镀锌钢板，其生产工艺与镀锌钢板生产工艺有很大不同。
发明内容
本发明提供一种锌基镀层1800Mpa级热冲压成型钢及制备方法，此种钢板应用于制造热成形零部件，经热成形后，抗拉强度＞1800MPa，解决了高强钢冷轧生产难度大的技术难题；同时通过优化热浸镀工艺、热成形工艺，解决了纯锌镀层裂纹、易于蒸发问题，本发明的产品具有高强度、高耐蚀性的特点。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种锌基镀层1800Mpa级热冲压成型钢，其基板化学成分及质量百分含量为C：0.34～0.37%，Mn：1.30～1.50%，S≤0.005%，P≤0.020%，Si：0.20～0.35%，Als：0.030～0.060%，Ti：0.045～0.060%，B：0.0020～0.0040%，Cr：0.15～0.30%，Nb：0.045～0.065%，N≤0.0050%，H≤0.0002%，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明成分设计理由如下：
C：是固溶强化元素，能提高钢的强度。C含量低，导致钢板强度不足，C含量高，可焊性差。因此，将钢种的C含量设计为0.34～0.37%。
Mn：是固溶强化元素，可增加奥氏体稳定性，提高钢板淬透性。Mn也可促使C向奥氏体中转移，净化铁素体基体，提高钢板延展性。Mn含量低，钢板强度不足，Mn含量高，容易在钢中形成偏析，不利于后续热成形生产。因此，将钢种的Mn含量设计为1.30～1.50%。
S、P：是有害元素，含量越低越好。因此，将钢种的S含量设计为≤0.005%，P≤0.020%。
Si：具有稳定奥氏体的作用，同时起到脱氧作用，减少钢中杂质，与钢中C、Mn共同作用，可提高钢的淬透性。Si含量低，不利于稳定奥氏体及脱氧，Si含量高，表面容易产生氧化铁皮，表面质量差，影响镀锌可能导致漏镀。因此，将钢种的Si含量设计为0.20～0.35%。
Als：是脱氧元素，可减少钢中杂质。Als含量低，不利于脱氧，Als含量高，钢中夹杂物多，容易导致后续热冲压加工开裂。因此，将钢种的Als含量设计为0.03～0.06%。
Ti：与钢中N结合形成TiN化合物，抑制脆性BN的析出，改善钢的塑性、韧性，同时可细化晶粒。Ti含量低，钢的塑性、韧性差，强度不足，Ti含量高，导致生产成本增加。因此，将钢种的Ti含量设计为0.045～0.060%。
B：提高钢的淬透性。B含量低，钢的淬透性差，强度不足，B含量高，导致生产成本增加。因此，将钢种的B含量设计为0.002～0.004%。
Cr：提高钢的淬透性。Cr：含量低，钢的淬透性差，强度不足，Cr：含量高，无明显作用，导致生产成本增加。因此，将钢种的Cr含量设计为0.15～0.30%。
Nb：具有细晶强化和析出强化作用，可细化晶粒，提高钢的强度。Nb含量低，晶粒细化作用不明显，导致钢的强度不足，Nb含量高，晶粒细化作用不明显，增加生产成本。因此，将钢种的Nb含量设计为0.045～0.065%
H：是有害元素，H含量过高会出现“氢致裂纹”问题，容易出现开裂，需要严格限定H含量。因此，将钢种的H含量设计为≤0.0002%。
上述锌基镀层1800Mpa级热冲压成型钢的制备方法包括冶炼、连铸、热轧、酸连轧、连续热浸镀锌、光整、热成形工序，所述热成形工序包括预热、加热、成型步骤；
预热：对锌基镀层涂覆钢板进行预热，预热温度为450～650℃，保温240～360s，钢板从室温加热至440℃间的加热速率V1＜16℃/s，温度达到440℃后的加热速率V2＜12℃/s；预热后镀层中Fe含量为10～25wt%；
加热：预热后的钢板加热至890～910℃，保温70～210s；
成型：加热后的钢板转移到成型模具的转移时间8～11s，然后以≥30℃/s的冷却速度快速预冷至560～660℃，然后进行热冲压，热冲压成型温度为500～620℃，保压时间4～18s，保压压力300～1100t，热成型过程中的冷却速率为35～55℃/s。
所述锌基镀层成分中Al为0 .10～0 .40wt％，镀层单面厚度10～20μm。
所述热轧工序，板坯加热温度为1200～1280℃，终轧温度为880～910℃，卷取温度为640～680℃。
所述酸连轧工序，冷轧压下率为50～65%。
所述连续热浸镀锌工序，带钢入锌锅温度为470～500℃，热浸镀温度为440～460℃，均热段温度为760～800℃，先缓冷至650～710℃，缓冷速率15～25℃/s，再快冷至410～440℃，快冷速率40～60℃/s，生产速度90～100m/min；锌液成分为Al：0.15～0.3wt%，Fe≤0.020wt%，RE:0.01～0.06wt％，余量为Zn和不可避免的杂质；其中RE为Ce、Y、La中的一种或两种。
所述光整工序，光整延伸率0.6～0.8%。
本发明热成形后所得产品屈服强度＞1280MPa，抗拉强度为＞1800MPa，延伸率A80≥4％。
本发明热成形工序的设计理由：①预热温度高于锌熔点后，通过减小预热升温速率，使得钢板基材中的Fe原子充分扩散至锌层，形成部分Zn-Fe合金，当镀层中Fe元素含量＞10％时，锌铁合金层可有效提高镀层熔点，避免镀层融化，同时减少Zn元素挥发。同时，钢板经预热处理后，表面形成氧化锌薄膜，阻挡锌层被氧化。通过增加预热，解决了锌基镀层液态金属脆性裂纹问题，同时也避免镀层中Zn的蒸发，提高了钢板耐蚀性。
②加热温度＜890℃，基体组织则无法全部奥氏体化，从而淬火后无法全部获得马氏体组织，导致钢板强度不足；加热温度＞910℃，导致镀层合金化程度高，降低镀层耐蚀性。保温时间＜70s，基体组织无法全部奥氏体化，保温时间＞210s，容易导致奥氏体晶粒变粗大，不利于成品冷弯性能，而且保温时间越长，会导致镀层合金化程度过高，从而降低镀层的耐腐蚀性能。
③加热后的钢板转移到成型模具的时间＜8s，则因表面镀层仍处于熔融态尚未凝固，在后续热冲压成型过程中会出现液态金属脆性裂纹问题。转移时间＞11s，基体组织会转变为铁素体加珠光体，热成型后组织中马氏体含量较少，导致钢板强度不足；其次导致钢板应力大，容易出现冲压开裂问题，容易损坏模具。以≥30℃/s的冷却速度快速预冷至560～660℃：在冲压成形前进行预冷却，有利于固化镀层，可防止在冲压成形时出现的液体金属脆性裂纹问题，也可防止产品表面与冲压模具粘连，保证产品表面质量，提高模具使用寿命。热冲压成型温度为500～620℃，热冲压成型温度＞620℃，容易出现液态金属脆性裂纹问题，在冲压过程中镀层易开裂，热冲压成型温度＜500℃，钢板应力大，不利于冲压成型，容易损坏模具。保压时间4～18s：保压时间＜4s，零件在出成型模具时温度较高，在空气中冷却快，会导致零件出现冷却变形问题，保压时间＞18s，保压时间太长，影响生产效率。热成型过程中的冷却速率为35～55℃/s，有利于完全转变为马氏体组织，提升钢板强度。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：通过成分设计及生产工艺的优化，热成形后得到的部件的屈服强度＞1280MPa，抗拉强度为＞1800MPa，延伸率A80≥4％，满足1800Mpa级热成形钢的性能要求，且热成形部件表面质量良好，解决了锌层裂纹及锌层蒸发等问题，提高了产品表面质量，生产的产品兼具高强度、高耐蚀性的特点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
一种锌基镀层1800Mpa级热冲压成型钢，其基板化学成分及质量百分含量为C：0.34～0.37%，Mn：1.30～1.50%，S≤0.005%，P≤0.020%，Si：0.20～0.35%，Als：0.030～0.060%，Ti：0.045～0.060%，B：0.0020～0.0040%，Cr：0.15～0.30%，Nb：0.045～0.065%，N≤0.0050%，H≤0.0002%，其余为Fe和不可避免的杂质。
上述锌基镀层1800Mpa级热冲压成型钢的制备方法包括冶炼、连铸、热轧、酸连轧、连续热浸镀锌、光整、热成形工序：
（1）热轧工序：板坯加热温度为1200～1280℃，终轧温度为880～910℃，卷取温度为640～680℃。
（2）酸连轧工序：冷轧压下率为50～65%。
（3）连续热浸镀锌工序：带钢入锌锅温度为470～500℃，热浸镀温度为440～460℃，均热段温度为760～800℃，先缓冷至650～710℃，缓冷速率15～25℃/s，再快冷至410～440℃，快冷速率40～60℃/s，生产速度90～100m/min；锌液成分为Al：0.15～0.3wt%，Fe≤0.020wt%，RE:0.01～0.06wt％，余量为Zn和不可避免的杂质；其中RE为Ce、Y、La中的一种或两种。
（4）光整工序：光整延伸率0.6～0.8%。
（5）热成形工序：包括预热、加热、成型步骤；
预热：对锌基镀层涂覆钢板进行预热，预热温度为450～650℃，保温240～360s，钢板从室温加热至440℃间的加热速率V1＜16℃/s，温度达到440℃后的加热速率V2＜12℃/s；预热后镀层中Fe含量为10～25wt%；
加热：预热后的钢板加热至890～910℃，保温70～210s；
成型：加热后的钢板转移到成型模具的转移时间8～11s，然后以≥30℃/s的冷却速度快速预冷至560～660℃，然后进行热冲压，热冲压成型温度为500～620℃，保压时间4～18s，保压压力300～1100t，热成型过程中的冷却速率为35～55℃/s。
所述锌基镀层成分中Al为0 .10～0 .40wt％，镀层单面厚度10～20μm。
本发明热成形后所得产品屈服强度＞1280MPa，抗拉强度为＞1800MPa，延伸率A80≥4％。
实施例1-8锌基镀层基板的化学成分及重量百分比见表1，热轧、酸连轧、连续热浸镀锌、光整工序工艺参数见表2，镀液成分、镀层成分及镀层厚度控制见表3，热成形工艺参数见表4，钢板热成形前后性能见表5。
表1、各实施例锌基镀层基板的化学成分重量百分比（%）
表2、各实施例热轧、酸连轧、连续热浸镀锌、光整工序工艺参数
表3、各实施例镀液成分、镀层成分及镀层厚度控制
表4、各实施例热成形工艺参数
表5、各实施例钢板热成形前后性能
Claims (10)
1.一种锌基镀层1800Mpa级热冲压成型钢，其特征在于，其基板化学成分及质量百分含量为C：0.34～0.37%，Mn：1.30～1.50%，S≤0.005%，P≤0.020%，Si：0.20～0.35%，Als：0.030～0.060%，Ti：0.045～0.060%，B：0.0020～0.0040%，Cr：0.15～0.30%，Nb：0.045～0.065%，N≤0.0050%，H≤0.0002%，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.基于权利要求1所述的锌基镀层1800Mpa级热冲压成型钢的制备方法，其特征在于，其包括冶炼、连铸、热轧、酸连轧、连续热浸镀锌、光整、热成形工序；所述热成形工序包括预热、加热、成型步骤；
预热：对锌基镀层涂覆钢板进行预热，预热温度为450～650℃，保温240～360s；
加热：预热后的钢板加热至890～910℃，保温70～210s；
成型：加热后的钢板转移到成型模具的转移时间8～11s，然后以≥30℃/s的冷却速度快速预冷至560～660℃，然后进行热冲压，热冲压成型温度为500～620℃，保压时间4～18s，热成型过程中的冷却速率为35～55℃/s；
所述锌基镀层成分中Al为0 .10～0 .40wt％，镀层单面厚度10～20μm。
3.基于权利要求2所述的锌基镀层1800Mpa级热冲压成型钢的制备方法，其特征在于，所述热轧工序，板坯加热温度为1200～1280℃，终轧温度为880～910℃，卷取温度为640～680℃。
4.基于权利要求3所述的锌基镀层1800Mpa级热冲压成型钢的制备方法，其特征在于，所述酸连轧工序，冷轧压下率为50～65%。
5.基于权利要求4所述的锌基镀层1800Mpa级热冲压成型钢的制备方法，其特征在于，所述连续热浸镀锌工序，带钢入锌锅温度为470～500℃，热浸镀温度为440～460℃，均热段温度为760～800℃，先缓冷至650～710℃，缓冷速率15～25℃/s，再快冷至410～440℃，快冷速率40～60℃/s，生产速度90～100m/min。
6.基于权利要求5所述的锌基镀层1800Mpa级热冲压成型钢的制备方法，其特征在于，所述光整工序，光整延伸率0.6～0.8%。
7.基于权利要求6所述的锌基镀层1800Mpa级热冲压成型钢的制备方法，其特征在于，所述连续热浸镀锌工序，锌液成分为Al：0.15～0.3wt%，Fe≤0.020wt%，RE:0.01～0.06wt％，余量为Zn和不可避免的杂质。
8.基于权利要求7所述的锌基镀层1800Mpa级热冲压成型钢的制备方法，其特征在于，所述连续热浸镀锌工序，锌液成分中的RE为Ce、Y、La中的一种或两种。
9.基于权利要求8所述的锌基镀层1800Mpa级热冲压成型钢的制备方法，其特征在于，所述热成形工序，预热步骤中钢板从室温加热至440℃间的加热速率V1＜16℃/s，温度达到440℃后的加热速率V2＜12℃/s；成型步骤中保压压力300～1100t。
10.基于权利要求2-9任一项所述的锌基镀层1800Mpa级热冲压成型钢的制备方法，其特征在于，热成形后所得产品屈服强度＞1280MPa，抗拉强度为＞1800MPa，延伸率A80≥4％。
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