CN116121636A - 一种增强氧化层结合力的热冲压用钢及其制造方法 - Google Patents

一种增强氧化层结合力的热冲压用钢及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116121636A
CN116121636A CN202111339222.2A CN202111339222A CN116121636A CN 116121636 A CN116121636 A CN 116121636A CN 202111339222 A CN202111339222 A CN 202111339222A CN 116121636 A CN116121636 A CN 116121636A
Authority
CN
China
Prior art keywords
percent
hot stamping
steel
oxide layer
less
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202111339222.2A
Other languages
English (en)
Inventor
刘浩
谭宁
洪继要
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Original Assignee
Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Baoshan Iron and Steel Co Ltd filed Critical Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority to CN202111339222.2A priority Critical patent/CN116121636A/zh
Publication of CN116121636A publication Critical patent/CN116121636A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/26Methods of annealing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/74Methods of treatment in inert gas, controlled atmosphere, vacuum or pulverulent material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0205Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips of ferrous alloys
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0247Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the heat treatment
    • C21D8/0257Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the heat treatment with diffusion of elements, e.g. decarburising, nitriding
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C33/00Making ferrous alloys
    • C22C33/04Making ferrous alloys by melting
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/08Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing nickel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/12Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/14Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing titanium or zirconium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/16Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/20Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/22Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with molybdenum or tungsten
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/24Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with vanadium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/26Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with niobium or tantalum
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/28Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with titanium or zirconium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/32Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with boron
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/38Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with more than 1.5% by weight of manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/42Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/46Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/50Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/54Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with boron
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/60Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing lead, selenium, tellurium, or antimony, or more than 0.04% by weight of sulfur

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Treatment Of Metals (AREA)

Abstract

本发明涉及到一种增强氧化层结合力的热冲压用钢及其制造方法,该热冲压用钢包括以下重量百分比的化学成分:C:0.08~0.38%,Si:0.1~1.2%,Mn:0.5~3.0%,P≤0.10%,S≤0.05%,Al:0.01~0.30%,Ti:0.01~0.15%,B:0.001~0.05%,N≤0.01%,其余为Fe及其它不可避免的杂质;在制造方法中通过控制退火炉内气氛露点≤0℃、H2含量2~10%控制热冲压用钢表面选择性氧化,促使钢板表面100nm范围内Si元素富集量不低于120%·nm,富集物主要是包括SiO2、Mn2SiO4、MnSiO3在内的复合氧化物。本发明的热冲压用钢及其制造方法在后续的再加热和热冲压过程中有效的增强基体与氧化层的结合力,改善热冲压用钢氧化层脱落的问题,有益于提高热冲压模具使用寿命和热冲压生产节拍。

Description

一种增强氧化层结合力的热冲压用钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域,具体涉及一种增强氧化层结合力的热冲压用钢及其制造方法。
背景技术
随着自然环境恶化和石油能源紧缺问题的日益加剧,环保、安全和节能成为汽车制造业发展的主要方向。热冲压成形件具有性能高强化、高温塑性好、成形能力强、回弹量低等特点,因此其产品成为汽车结构轻量化的重要技术解决方案之一。热冲压产品可广泛应用于白车身A/B柱、防撞梁、中通道等安全结构件,因此热冲压用钢在汽车市场上需求量日益增加。热冲压部件制造中,热冲压用钢板需加热至奥氏体温度区间并进行保温,尽管加热炉会采用氮气保护等相关措施,但是在钢板出炉到模具内完成冲压过程中,热冲压用钢板在高温状态下且裸露在大气环境中,在钢板表面难免产生氧化铁皮的问题,成为困扰热冲压部件生产的痛点。钢板表面产生的氧化铁皮在后续冲压阶段发生脱落,造成模具损耗,需要冲压过程中停机对模具进行吹扫修复处理,降低生产节奏。
目前已公布解决上述难点的问题有两组思路,一方面是表面处理例如镀锌、镀铝硅、有机涂层等,锌基和铝硅镀层热冲压用钢再加热过程中分别存在锌层融化LME和铝硅镀层融化粘辊问题;另一方面是降低表面氧化铁皮脱落的程度,提高氧化铁皮与基板结合的结合力,但其在制造工艺复杂,稳定生产实现难度大。
中国专利CN103614640B公开了“一种抗高温氧化的非镀层热冲压成形用钢”,其化学成分按重量百分比为“C 0.18~0.28,Si 0.05~0.50%,Mn 0.20~0.90%,P≤0.010%,S≤0.005%,Cr 0.20~1.5%,Mo 0.010~0.30%,B 0.0006~0.0030%,Nb+V+Ti 0.02~0.25%,Al 0.010~0.100%,余量为Fe及不可避免的杂质元素”,其设计思路通过添加Cr和Mo昂贵的抗高温氧化的合金元素,提高钢板抗高温氧化的能力,产品成本较高。
中国专利CN107427889B公开了“热冲压用钢板及其制造方法、以及热冲压成型体”,其主要控制热冲压钢板表面粗糙度Rz>2.5μm、表面涂油量50~1500mg/m2等环节实现氧化铁皮与基底界面形成每100μm内3个以上深度为0.2~8.0μm范围的凹凸点,提高氧化铁皮与基板的结合力,其制造工艺复杂,实现难度较大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足,提供一种增强氧化层结合力的热冲压用钢及其制造方法。本发明专利的目的在于通过增强氧化层结合力的方式来提供新的热冲压用钢以有效解决上述难点,利于提高氧化层与基板的结合力,起到改善氧化铁皮脱落的效果。
为了达到上述发明目的,本发明专利提供的技术方案如下:
一种增强氧化层结合力的热冲压用钢,所述热冲压用钢表面100nm深度范围内Si元素富集量分别不低于120%·nm,富集物为包括SiO2、Mn2SiO4、MnSiO3在内的复合氧化物,该富集物处于钢基板与氧化层之间以增强氧化层结合力。
在本发明一种增强氧化层结合力的热冲压用钢中,所述热冲压用钢包括以下重量百分比的化学成分:C:0.08~0.38%,Si:0.1~1.2%,Mn:0.5~3.0%,P≤0.10%,S≤0.05%,Al:0.01~0.30%,Ti:0.01~0.15%,B:0.001~0.05%,N≤0.01%,其余为Fe及其它不可避免的杂质。
在本发明一种增强氧化层结合力的热冲压用钢中,所述热冲压用钢的化学成分还包括以下一种或几种组合:Cr:0.01~2.0%,Ni:0.01~1.0%,Mo:0.01~1.0%,Cu:0.01~1.0%,Nb:0.01~0.10%;V:0.01~0.2%。
在本发明一种增强氧化层结合力的热冲压用钢中,在所述热冲压用钢中,其化学成分重量百分比满足Si/Mn<1/2。
在本发明一种增强氧化层结合力的热冲压用钢中,在所述Si元素富集量统计时,采用辉光放电方法检测热冲压用钢表面元素深度分布,根据GDS曲线表面深度100nm范围内进行Si元素积分获得富集量数据。
在上述热冲压用钢的成分设计中:
C:是提高强度和硬度关键性元素,使热冲压部件抗拉强度达到相应的目标要求。然而随着碳含量的增加,热冲压部件的塑性、韧性和焊接性能等会出现恶化,因此,本发明将C含量控制在0.08~0.38%。
Si:炼钢中具有还原剂和脱氧剂的效果,另外可提高强度和硬度。本发明中Si是关键元素,钢板中的Si元素退火过程中完成钢板表面选择性氧化形成富集,在后续热冲压加热中Si的氧化物SiO2等进一步形成复杂的相结构,例如Fe2SiO4,该复杂相结构的形成位于基板和氧化铁皮界面且具有优异的附着力,因此有利于提高氧化层与基板的结合力,起到改善氧化铁皮脱落的效果。Si含量低于0.1%在退火工序中很难形成表面氧化物的富集,起不到本发明的目的效果,Si含量高于1.2%效果饱和且降低焊接性能,因此本发明Si含量控制在0.1~1.2%。
Mn:具有脱氧和脱硫作用,是奥氏体组织强稳定化元素,其作用仅次于Ni元素,因此可显著增加钢的淬透性,保证钢板的强度和淬透性为热冲压用钢中Mn含量不低于0.5%。另外Mn含量高于3.0%,会显著恶化钢的可制造性和可焊接性,因此,本发明将Mn含量控制在0.5~3.0%。
P、S:钢中P和S都是有害元素,P元素偏析会导致钢在冷加工时容易脆裂即出现冷脆现象;高温状态下S偏析会降低塑性甚至导致热脆现象发生。因此本发明钢中控制P≤0.10%,S≤0.05%。
Al:作为脱氧元素,钢中最好含有0.01%以上的Al,但是,如果钢中含有较多的Al,会造成钢中形成粗大的氧化物,恶化钢的综合性能。因此,本发明Al含量控制在0.01~0.3%。
Ti:与钢中N结合形成TiN抑制B形成BN氮化物,另外Ti析出形成TiC起到细化晶粒和析出强化的效果。Ti含量高于0.01%达到显著的效果,但是Ti含量太高,易形成块状的氮化物恶化韧塑性能。因此,本发明Ti含量控制在0.01~0.15%。
B:在钢中的主要作用是极大地增加钢的淬透性,从而节约其他较稀贵的金属。B的添加有提高淬透性具有最佳的范围区间,高于一定量则淬透性增加效果不明显,因此,本发明中B含量控制在0.001~0.05%。
N:含量超过0.01%时,会形成粗化的氮化物,导致基板钢板的冲裁加工性能和淬透性降低,因此,本发明控制N≤0.01%。
Cr、Ni、Mo、Cu:均为保证热冲压部件强韧性能的有效元素。Cr有效提高钢的淬透性,进一步提高钢的强度和韧性,并防止高温表面氧化。Ni可以提高钢的强度,降低钢的低温脆性转变温度。Mo能显著提高钢的淬透性,细化奥氏体晶粒,防止回火脆性。Cu提高钢的淬透性和强度的同时,还可提升钢的耐腐蚀性能。综合考虑钢的合金成本和元素效果饱和度,本发明还包含Cr:0.01~2.0%,Ni:0.01~1.0%,Mo:0.01~1.0%,V:0.01~0.2%,Cu:0.01~1.0%中一种或几种合金成分。
Nb、V:是钢中重要的微合金元素,形成NbC和VC能有效的细化晶粒,提高钢的强度、韧性,同时使钢具有良好的冷弯性能,细小的碳化物析出作为氢陷阱可降低氢致延迟开裂敏感性。微合金元素添加0.01%以上才能起到显著效果,Nb含量到0.1%和V含量到0.2%以上,再添加上述效果达到饱和,因此本发明中Nb:0.01~0.10%,V:0.01~0.2%。
本发明还涉及一种增强氧化层结合力的热冲压用钢的制造方法,所述热冲压用钢包括以下重量百分比的化学成分:C:0.08~0.38%,Si:0.1~1.2%,Mn:0.5~3.0%,P≤0.10%,S≤0.05%,Al:0.01~0.30%,Ti:0.01~0.15%,B:0.001~0.05%,N≤0.01%,其余为Fe及其它不可避免的杂质,所述热冲压用钢的化学成分还包括以下一种或几种组合:Cr:0.01~2.0%,Ni:0.01~1.0%,Mo:0.01~1.0%,Cu:0.01~1.0%,Nb:0.01~0.10%;V:0.01~0.2%,其制造方法包括以下步骤:冶炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧和退火,在所述退火步骤中,炉内露点≤0℃。
本发明增强氧化层结合力的热冲压用钢的制造方法中,作为热冲压用钢的一种实现形式,若化学成分重量百分比0.1≤Si≤0.6%,则在所述的退火步骤中,炉内露点≤-20℃。
本发明增强氧化层结合力的热冲压用钢的制造方法中,作为热冲压用钢的另一种实现形式,若化学成分重量百分比0.6<Si≤1.2%,则在所述的退火步骤中,炉内露点≤0℃。
在本发明还涉及一种增强氧化层结合力的热冲压用钢的制造方法的退火步骤中,炉内气氛H2控制在2~10%。
在本发明还涉及一种增强氧化层结合力的热冲压用钢的制造方法的退火步骤中,在所述的退火步骤中,退火温度控制在720~800℃。
基于上述技术方案,本发明一种增强氧化层结合力的热冲压用钢及其制造方法在实践中取得了如下有益效果:
1.本发明提供一种增强氧化层结合力的热冲压用钢,该热冲压用钢的成分组成中Si是关键元素,钢板中的Si元素退火过程中完成钢板表面选择性氧化形成富集,在后续热冲压加热中Si的氧化物SiO2等进一步形成复杂的相结构,例如Fe2SiO4,该复杂相结构的形成位于基板和氧化铁皮界面且具有优异的附着力,因此有利于提高氧化层与基板的结合力,起到改善氧化铁皮脱落的效果。
2.本发明为了达到Si元素在钢板表面氧化富集,通过特殊的制造方法实现,具体体现在制造方法的退火步骤中,通过控制退火炉内气氛控制热冲压用钢表面选择性氧化,促使热冲压用钢表面具有一定量的Si氧化物富集,在后续的再加热和热冲压过程中有效的增强基体与氧化层的结合力,改善热冲压用钢氧化层脱落的问题,有益于提高热冲压模具使用寿命和热冲压生产节拍,具有绿色环保节能等优点。
附图说明
图1是本发明中GDS检测实施例与对比例样板表面Si元素深度分布曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明,以更为清楚明了地产生其成分组成和制造方法,但不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明首先提供一种增强氧化层结合力的热冲压用钢,热冲压用钢表面100nm深度范围内Si元素富集量不低于120%·nm,富集物为包括SiO2、Mn2SiO4、MnSiO3在内的复合氧化物,该富集物处于钢基板与氧化层之间以增强氧化层的结合力。通过富集含Si的复合氧化物,可以在钢板加热或热冲压过程中,表面富集氧化物SiO2等进一步形成的复杂相结构,例如Fe2SiO4,该复杂相结构的形成于基板和氧化铁皮界面且具有优异的附着力,因此有利于提高氧化层与基板的结合力,起到改善氧化铁皮脱落的效果。本发明中采用辉光放电方法GDS检测热冲压用钢表面元素深度分布,根据GDS曲线表面深度100nm范围内进行Si元素积分获得富集量数据。针对多组化学成分本发明开展不同工艺尤其调整露点的相关退火生产实验,按照上述计算方法获得表面Si元素富集量不同的产品,后续完成热冲压工序获得零件,结果表明Si元素100nm内富集量不低于120%·nm时获得的热冲压零件表面氧化铁皮结合力较好,未出现明显脱落现象。
在上述增强氧化层结合力的热冲压用钢中,该热冲压用钢包括以下重量百分比的化学成分:C:0.08~0.38%,Si:0.1~1.2%,Mn:0.5~3.0%,P≤0.10%,S≤0.05%,Al:0.01~0.30%,Ti:0.01~0.15%,B:0.001~0.05%,N≤0.01%,其余为Fe及其它不可避免的杂质。
上述热冲压用钢成分按照重量百分比还包括以下一种或几种组合:Cr:0.01~2.0%,Ni:0.01~1.0%,Mo:0.01~1.0%,Cu:0.01~1.0%,Nb:0.01~0.10%;V:0.01~0.2%。
上述热冲压用钢中,化学成分重量百分比满足Si/Mn<1/2,研究表明基板成分Si/Mn≥1/2时,退火样板表面Si、Mn元素富集随着露点降低出现下降的趋势,富集规律不明显,因此不能保证表面生成所需量的符合氧化物富集。
本发明还涉及到一种上述增强氧化层结合力的热冲压用钢的制造方法,该方法包括如下步骤:冶炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧和退火。为了实现本发明增加氧化层结合力的效果,在所述的退火步骤中,需要控制炉内露点≤0℃。露点,又称露点温度,在气象学中是指在固定气压之下,空气中所含的气态水达到饱和而凝结成液态水所需要降至的温度。研究发现退火炉内的气氛对Si元素的选择性氧化具有重要意义,露点高于0℃,Si元素氧化程度较低即在表面富集量少,而且针对较高Si含量的热冲压用钢容易出现Si元素的内氧化,在钢板表面深度250nm内形成Si的内氧化富集,此类内氧化形成Si氧化物富集,在后续热冲压加热过程中很难形成表面复杂相结构,对增加基板和氧化铁皮结合力的效果不足,研究结果确认表面深度100nm范围内的元素富集效果显著。结合相对应的120%·nm的Si的表面富集物的要求,因此选择控制露点不高于0℃。
研究表明,若热冲压用钢的基体中Si含量为0.1~0.6%,优选炉内露点≤-20℃,Si元素氧化富集深度在100nm左右,因此对表面100nm深度范围内Si元素含量进行积分,获得不低于120%·nm的Si元素富集。若热冲压用钢基体中Si含量0.6~1.2%,热冲压用钢表面更易形成Si元素的氧化物富集,优选炉内露点≤0℃,即可获得上述表面Si元素氧化富集的要求。
上述退火步骤中的炉内H2含量的控制主要是增加还原性气氛,H2含量在2~10%可有效的还原钢板表面Fe的氧化物,使钢板表面具有纯Fe、Si的氧化物以及其他金属氧化物,H2含量低于2%效果不佳,高于10%有可能还原Si的氧化物,使热冲压用钢表面不能形成足够量的Si氧化物富集,因此H2含量控制在2~10%。
在上述的退火步骤中,控制退火温度720~800℃。钢板在低于720℃的炉内退火,Si元素朝着钢板表面的富集迁移的动力不足,不能形成有效的氧化物富集量,因此不能实现本发明的效果;若退火温度高于800℃,退火样板强度性能偏低不能稳定保证出厂性能要求且能耗较高。因此本发明控制退火温度在720~800℃。
依照本发明方法制备满足上述表面Si元素富集的热冲压用钢,在后续再加热和热冲压过程中形成的氧化层与基板具有较好的结合力,不易发生脱落。
实施例1
本实施例作为一种增强氧化层结合力的热冲压用钢,该热冲压用钢的化学成分重量百分比:C:0.20%,Si:0.30%,Mn:1.2%,P:0.01%,S:0.005%,Al:0.03%,Ti:0.03%,B:0.005%,Cr:0.2%,N:0.005%余量是Fe及不可避免的夹杂物。
本实施例对上述增强氧化层结合力的热冲压用钢的制造方法,该方法包括冶炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧和退火步骤,其中冶炼、连铸、热轧、酸洗和冷轧为对上述化学成分钢板的常规生产操作,特殊地,在退火步骤实现如下操作;
(1)实施例1:退火工艺控制炉内露点-25℃,H2含量4%;
(2)对比例1-1:退火工艺控制炉内露点-5℃,H2含量4%;
(3)对比例1-2:退火工艺控制炉内露点-25℃,H2含量15%;
在退火步骤操作中,退火温度选定为780℃。
采用辉光放电GDS方法检测热冲压用钢表面元素深度方向分布规律,根据测试元素深度分布曲线在表面深度0~100nm范围内进行Si元素含量积分,按照数学面积积分的计算方法,获得富集量数据,以实施例1为例,0~100nm范围内Si富集量是获得的曲线和X轴、Y轴包围区域面积量。实施例1中Si富集量132%·nm,对比例1-1中Si富集量70%·nm,对比例1-2中Si富集量86%·nm。如图1所示,图1是本发明中采用GDS检测出实施例与对比例样板表面Si元素沿着板厚方向深度分布曲线图,图中明显看出实施例表面100nm内的Si元素富集量显著高于对比例,按照上述方法积分计算富集量实施例满足不低于120%·nm要求。结合扫描电子能谱、俄歇电子能谱开展样品表面氧化物分析,确认出表面氧化物包含SiO2、Mn2SiO4、MnSiO3等Mn-Si复合氧化物。
上述热冲压用钢加热至930℃保温4min后进行热冲压,实施例热冲压部件表面氧化铁皮结合较好,对比例热冲压部件表面氧化铁皮脱落显著。
实施例2
本实施例作为一种增强氧化层结合力的热冲压用钢,该热冲压用钢的化学成分重量百分比:C:0.15%,Si:0.75%,Mn:2.5%,P:0.01%,S:0.004%,Al:0.10%,Ti:0.08%,Nb:0.05%,Cr:0.5%,N:0.005%余量是Fe及不可避免的夹杂物。
对含有上述化学成分的钢板的制造方法,以生产出增强氧化层结合力的热冲压用钢,该方法包括冶炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧和退火步骤,其中冶炼、连铸、热轧、酸洗和冷轧为对上述化学成分钢板的常规生产操作,特殊地,在退火步骤实现如下操作;
(1)实施例2:退火工艺控制炉内露点-15℃,H2含量6%;
(2)对比例2:退火工艺控制炉内露点5℃,H2含量6%;
在上述退火步骤操作中,退火温度选定为750℃。
采用辉光放电GDS方法检测热冲压用钢表面元素深度方向分布规律,根据测试元素深度分布曲线在表面深度0~100nm范围内进行Si元素含量积分,上述按照数学面积积分的计算方法,获得富集量数据,实施例Si富集量156%·nm,对比例Si富集量92%·nm。
结合扫描电子能谱、俄歇电子能谱开展样品表面氧化物分析,确认出表面氧化物包含SiO2、Mn2SiO4、MnSiO3等Mn-Si复合氧化物。
上述热冲压用钢加热至950℃保温3min后进行热冲压,实施例热冲压部件表面氧化铁皮结合较好,对比例热冲压部件表面氧化铁皮脱落显著。
实施例3
本实施例作为一种增强氧化层结合力的热冲压用钢,该热冲压用钢的化学成分重量百分比:C:0.35%,Si:1.0%,Mn:3.0%,P:0.01%,S:0.004%,Al:0.10%,Ti:0.05%,Mo:0.2%,V:0.15%,B:0.03%,N:0.005%余量是Fe及不可避免的夹杂物。
对含有上述化学成分的钢板的制造方法,以生产出增强氧化层结合力的热冲压用钢,该方法包括冶炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧和退火步骤,其中冶炼、连铸、热轧、酸洗和冷轧为对上述化学成分钢板的常规生产操作,特殊地,在退火步骤实现如下操作;
(1)实施例3:退火工艺控制炉内露点-5℃,H2含量5%;
(2)对比例3:退火工艺控制炉内露点5℃,H2含量5%;
在上述退火步骤操作中,退火温度选定为730℃。
采用辉光放电GDS方法检测热冲压用钢表面元素深度方向分布规律,根据测试元素深度分布曲线在表面深度0~100nm范围内进行Si元素含量积分,上述按照数学面积积分的计算方法,获得富集量数据,实施例3中Si富集量178%·nm,对比例Si富集量105%·nm。
结合扫描电子能谱、俄歇电子能谱开展样品表面氧化物分析,确认出表面氧化物包含SiO2、Mn2SiO4、MnSiO3等Mn-Si复合氧化物。
上述热冲压用钢加热至900℃保温6min后进行热冲压,实施例热冲压部件表面氧化铁皮结合较好,对比例热冲压部件表面氧化铁皮脱落显著。
本发明设计出用于增强氧化层的热冲压用钢,按照设计的组成成分制造,制造出的热冲压用钢在后续的再加热和热冲压过程中有效的增强基体与氧化层的结合力,改善热冲压用钢氧化层脱落的问题,有益于提高热冲压模具使用寿命和热冲压生产节拍。

Claims (10)

1.一种增强氧化层结合力的热冲压用钢,其特征在于,所述热冲压用钢表面100nm深度范围内Si元素富集量分别不低于120%·nm,富集物为包括SiO2、Mn2SiO4、MnSiO3在内的复合氧化物,该富集物处于钢基板与氧化层之间以增强氧化层结合力。
2.根据权利要求1所述一种增强氧化层结合力的热冲压用钢,其特征在于,所述热冲压用钢包括以下重量百分比的化学成分:C:0.08~0.38%,Si:0.1~1.2%,Mn:0.5~3.0%,P≤0.10%,S≤0.05%,Al:0.01~0.30%,Ti:0.01~0.15%,B:0.001~0.05%,N≤0.01%,其余为Fe及其它不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述一种增强氧化层结合力的热冲压用钢,其特征在于,所述热冲压用钢的化学成分还包括以下一种或几种组合:Cr:0.01~2.0%,Ni:0.01~1.0%,Mo:0.01~1.0%,Cu:0.01~1.0%,Nb:0.01~0.10%;V:0.01~0.2%。
4.根据权利要求2所述一种增强氧化层结合力的热冲压用钢,其特征在于,在所述热冲压用钢中,其化学成分重量百分比Si/Mn<1/2。
5.根据权利要求1所述一种增强氧化层结合力的热冲压用钢,其特征在于,在所述Si元素富集量统计时,采用辉光放电方法检测热冲压用钢表面元素深度分布,根据GDS曲线在表面深度100nm范围内进行Si元素含量积分获得其富集量数据。
6.一种增强氧化层结合力的热冲压用钢的制造方法,其特征在于,所述热冲压用钢包括以下重量百分比的化学成分:C:0.08~0.38%,Si:0.1~1.2%,Mn:0.5~3.0%,P≤0.10%,S≤0.05%,Al:0.01~0.30%,Ti:0.01~0.15%,B:0.001~0.05%,N≤0.01%,其余为Fe及其它不可避免的杂质,所述热冲压用钢的化学成分还包括以下一种或几种组合:Cr:0.01~2.0%,Ni:0.01~1.0%,Mo:0.01~1.0%,Cu:0.01~1.0%,Nb:0.01~0.10%;V:0.01~0.2%,其制造方法包括以下步骤:冶炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧和退火,在所述退火步骤中,炉内露点≤0℃。
7.根据权利要求6所述一种增强氧化层结合力的热冲压用钢的制造方法,其特征在于,在所述热冲压用钢中,若化学成分重量百分比0.1≤Si≤0.6%,则在所述的退火步骤中,炉内露点≤-20℃。
8.根据权利要求6所述一种增强氧化层结合力的热冲压用钢的制造方法,其特征在于,在所述的热冲压用钢中,若化学成分重量百分比0.6<Si≤1.2%,则在所述的退火步骤中,炉内露点≤0℃。
9.根据权利要求6所述一种增强氧化层结合力的热冲压用钢的制造方法,其特征在于,在所述的退火步骤中,炉内气氛H2控制在2~10%。
10.根据权利要求6至9任一项所述一种增强氧化层结合力的热冲压用钢的制造方法,其特征在于,在所述的退火步骤中,退火温度控制在720~800℃。
CN202111339222.2A 2021-11-12 2021-11-12 一种增强氧化层结合力的热冲压用钢及其制造方法 Pending CN116121636A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111339222.2A CN116121636A (zh) 2021-11-12 2021-11-12 一种增强氧化层结合力的热冲压用钢及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111339222.2A CN116121636A (zh) 2021-11-12 2021-11-12 一种增强氧化层结合力的热冲压用钢及其制造方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116121636A true CN116121636A (zh) 2023-05-16

Family

ID=86299601

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111339222.2A Pending CN116121636A (zh) 2021-11-12 2021-11-12 一种增强氧化层结合力的热冲压用钢及其制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116121636A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2716773B1 (en) Process for producing high-strength hot-dip galvanized steel sheet with excellent material-quality stability, processability, and deposit appearance
US6692584B2 (en) High tensile cold-rolled steel sheet excellent in ductility and in strain aging hardening properties, and method for producing the same
JP5786318B2 (ja) 疲労特性と穴拡げ性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法
EP3045558A1 (en) Hot-dip galvanized steel sheet and galvannealed steel sheet of excellent appearance and plating adhesiveness, and manufacturing method therefor
US20080210348A1 (en) Cr-Al-Steel for High-Temperature Application
WO2001034862A1 (fr) Tole d'acier galvanise trempe presentant un equilibre excellent entre resistance, ductilite et adherence entre acier et couche de placage
EP3584342A1 (en) High-strength steel plate and method for manufacturing same
WO2020136988A1 (ja) 高強度溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法
JP5549921B2 (ja) 熱間プレス部品の製造方法および熱間プレス部品
EP3940091B1 (en) Hot press member, production method for steel sheet for hot press, and production method for hot press member
KR20200013703A (ko) 열간 프레스 부재 및 그 제조 방법 그리고 열간 프레스용 냉연 강판 및 그 제조 방법
KR101033747B1 (ko) 용접성이 우수한 고강도 강재 및 그 제조 방법
WO2020170667A1 (ja) 熱間プレス部材、熱間プレス用冷延鋼板およびそれらの製造方法
WO2020075394A1 (ja) 高強度鋼板およびその製造方法
CN116694886A (zh) 薄钢板的制造方法和镀覆钢板的制造方法
CN111206190B (zh) 一种耐候紧固件用非调质冷镦钢、耐候紧固件及二者的生产方法
KR101650665B1 (ko) 화성 처리성과 연성이 우수한 고강도 합금화 용융 아연도금 강판과 그의 제조방법
EP3396005B1 (en) Mn-containing hot-dip galvannealed steel sheet and manufacturing method therefor
CN110777301B (zh) 一种冷轧搪瓷钢及其制造方法
CN112176257A (zh) 一种屈服强度600MPa级铌钛微合金化耐酸性介质腐蚀的钢板及其生产方法
KR102249246B1 (ko) 고강도 합금화 용융 아연 도금 강판 및 그 제조 방법
CN116121636A (zh) 一种增强氧化层结合力的热冲压用钢及其制造方法
JP7215518B2 (ja) 熱間プレス部材およびその製造方法
EP4215294A1 (en) Hot-pressed member, steel sheet for hot-pressing, and methods for producing same
CN101542006A (zh) 耐硫酸腐蚀性优良的钢及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination