CN117327976A - 高冷弯抗拉强度1000MPa级铝合金涂层热成形钢板及生产方法、热成形钢构件和应用 - Google Patents

高冷弯抗拉强度1000MPa级铝合金涂层热成形钢板及生产方法、热成形钢构件和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了高冷弯抗拉强度1000MPa级铝合金涂层热成形钢板及生产方法、热成形钢构件和应用，成分：C0.05～0.15％，Si≤0.50％，Mn1.00～2.50％，Cr≤0.50％，P≤0.05％，S≤0.05％，Al0.01～0.10％，Ti0.01～0.10％，B0.001～0.01％，N≤0.01％，Nb0.01～0.06％，Mo≤0.30％，其余为Fe和不可避免的杂质。与现有技术相比，本发明对化学成分、生产工艺控制，从而对热成形前基体表层氧化状态、FeAlSi抑制层厚度波动控制，最终对热成形后柯肯达尔孔洞尺寸、数量进行控制，保证热成形钢构件冷弯性能、涂装耐腐蚀性能和焊接性能。

Description

高冷弯抗拉强度1000MPa级铝合金涂层热成形钢板及生产方 法、热成形钢构件和应用
技术领域
发明属于冶金技术领域，涉及高冷弯抗拉强度1000MPa级铝合金涂层热成形钢板及生产方法、热成形钢构件和应用。
背景技术
为适应汽车轻量化、降低燃油消耗、减少污染物排放和提高汽车碰撞安全性的要求，汽车用高强度钢板的使用比例越来越大。通常钢的成形性随着强度的提高而下降，可以通过将成形和强化分为两个步骤来解决强度和成形性的矛盾。热成形技术即是通过加热冲压，然后冷却强化来实现高强度汽车零部件的一种新技术。
目前热成形用材主要为安赛乐米塔尔开发的Al-Si涂层热成形钢，并且根据不同的应用场景，安赛乐米塔尔以及国内钢企开发了不同强度级别Al-Si涂层热成形钢，覆盖500～2000MPa。
对于1000MPa级Al-Si涂层热成形钢，现有技术中，2022年11月1日，宝山钢铁股份有限公司公开的公开号为CN115261742A的专利，公开了一种抗拉强度1000MPa热冲压部件及其制造方法，主要采用低碳微合金化设计思路，通过C固溶强化和C/Mn复合提高淬透性确保热冲压部件强度要求，添加微量Nb、Ti、B等微合金元素，并控制0.24％≤C+Mn/6≤0.45％，0.05％≤Nb+Ti+B×10≤0.15％，显著细化热冲压部件晶粒尺寸，保证热冲压部件的原始奥氏体平均晶粒尺寸≤10μm，改善高强度热冲压部件的韧性，VDA冷弯角≥80°。
还有，安赛乐米塔尔开发的1000MPa级Al-Si涂层热成形钢，产品代号1000，热冲压后屈服强度可以达到800MPa以上，抗压强度达到1000MPa以上，VDA冷弯角≥80°。
但是，目前市场上主流1000MPa级Al-Si涂层热成形钢热成形后冷弯角很难稳定控制在80°以上，严重影响了汽车安全性能。更重要的是，当热成形钢预涂覆Al-Si涂层后，热成形后涂层与基体间极易形成柯肯达尔孔洞，较多的柯肯达尔孔洞明显恶化热成形后涂装耐腐蚀性与焊接性能。
发明内容
本发明提供了高冷弯抗拉强度1000MPa级铝合金涂层热成形钢板及生产方法，当预涂层较薄时，本发明通过对原材料基体化学成分、生产工艺进行控制，从而对抗拉强度1000MPa级预涂覆铝合金涂层热成形钢板热成形前基体表层氧化状态、FeAlSi抑制层厚度波动进行控制，最终对热成形后柯肯达尔孔洞尺寸、数量进行控制，保证热成形钢构件具有良好的冷弯性能、涂装耐腐蚀性能和焊接性能。
本发明还有一个目的在于提供热成形钢构件，利用上述高冷弯抗拉强度1000MPa级铝合金涂层热成形钢板经过热成形获得。
本发明还有一个目的在于提供热成形钢构件的应用，用于汽车部件。
本发明具体技术方案如下：
高冷弯抗拉强度1000MPa级铝合金涂层热成形钢板，所述高冷弯抗拉强度1000MPa级铝合金涂层热成形钢板包括基体钢板和铝合金涂层；
所述基体钢板包括以下质量百分比成分：
C：0.05～0.15％，Si：≤0.50％，Mn：1.00～2.50％，Cr：≤0.50％，P：≤0.05％，S：≤0.05％，Al：0.01～0.10％，Ti：0.01～0.10％，B：0.001～0.01％，N：≤0.01％，Nb：0.01～0.06％，Mo：≤0.30％，其余为Fe和不可避免的杂质。
优选的，所述基体钢板包括以下质量百分比成分：
C：0.07～0.12％，Si：0.15％～0.40％，Mn：1.30～1.90％，Cr：≤0.40％，P：≤0.05％，S：≤0.05％，Al：0.01～0.06％，Ti：0.01～0.06％，B：0.001～0.005％，N：≤0.01％，Nb：0.02～0.06％，Mo：≤0.30％，其余为Fe和不可避免的杂质。
所述高冷弯抗拉强度1000MPa级铝合金涂层热成形钢板的基体钢板的成分还满足：100×C/(Mn+Cr+Si)≥3.00；
所述铝合金涂层包括FeAl合金层、FeAlSi抑制层和Al合金层；从基体钢板到表层依次为FeAl合金层(厚度＜1μm)、FeAlSi抑制层和在其外侧的Al合金层。
所述高冷弯抗拉强度1000MPa级铝合金涂层热成形钢板，距离基体钢板表面5μm内的表层无氧化，FeAlSi抑制层厚度波动≤40％；
所述FeAlSi抑制层厚度控制在3～7μm；
所述钢板基材中的关键合金元素及含量设计原理如下：
0.05％≤C≤0.15％：C作为最重要的热成形后强度保证元素，当C含量在0.05％～0.15％之间时，可保证钢板热成形冷却时良好的淬透性以及热成形后机械强度。当C含量低于0.05％时，热成形冷却时淬透性不足，热成形后生成较多的铁素体组织，造成机械强度明显降低，抗拉强度达不到1000MPa。当C含量高于0.15％时，热成形后生成较多的马氏体组织，钢板韧性急剧下降。因此，C含量确定为0.05～0.15％。
Si≤0.50％：当Si含量高于0.50％时，在热轧过程中、退火过程中，热成形钢基体表层(包括表面)会存在一定的Si氧化富集，造成漏镀或者热成形后孔洞。尤其当热轧加热温度过高、卷取温度过高或者退火温度过高、露点过高，上述问题更加明显。因此，Si含量确定为0～0.50％。
1.00％≤Mn≤2.50％、Cr≤0.50％：Mn、Cr元素在热轧过程中、退火过程中亦会在基体表层(包括表面)氧化富集。当Mn含量高于2.50％时或者Cr含量高于0.50％时，上述氧化富集现象特别明显。另外，Mn、Cr具有保证淬透性以及热成形后机械强度的作用，当Mn含量低于1.00％时，热成形冷却时淬透性不足，机械强度明显降低，当Cr含量高于0.50％时，上述作用不再明显。因此，Mn含量确定为1.00～2.50％，Cr含量确定为0～0.50％。
0.01％≤Nb≤0.06％、Mo≤0.30％：热成形钢强度越高，材料韧性越差，目前市场上主流1000MPa级Al-Si涂层热成形钢热成形后冷弯角很难稳定控制在80°以上。本发明通过添加微合金化元素Nb、Mo，在钢中生成细小、弥散析出物，分布在钢基体中，具有细化晶粒，提高强韧性的作用。当Nb含量低于0.01％时，提高强韧性作用不明显，当Nb含量高于0.06％或者Mo含量高于0.30％时，提高强韧性方面的作用趋于饱和，并且此时钢中形成数量较多、尺寸较大的析出物对产品韧性不利。因此，Nb含量确定为0.01～0.06％、Mo含量确定为0～0.30％。
100×C/(Mn+Cr+Si)≥3.00：本发明人研究发现，Mn、Cr、Si三种元素在热轧过程中、退火过程中特别容易在钢基体表层形成上述元素的氧化富集，尤其当热轧加热温度过高、卷取温度过高或者退火温度过高、露点过高，上述现象更加明显，后续热浸镀时，表面浸润性较差，造成漏镀，并且热成形后造成明显孔洞缺陷，降低热成形件涂装耐腐蚀性能和焊接性能。但Mn、Cr、Si三种元素在基体表层氧化富集程度受基体C含量的影响，在热轧、退火过程中，基体表层脱碳与Mn、Cr、Si氧化富集同时发生，脱碳与合金元素氧化都是与环境中氧发生反应的过程，两者相互竞争。不同C含量与不同Mn、Cr、Si含量脱碳与氧化富集反应速率不同，对于1000MPa级Al-Si涂层热成形钢，由于整体C含量较低，Mn、Cr、Si基体表层氧化富集倾向较大。此时为抑制Mn、Cr、Si基体表层氧化富集，需保证基体C、Mn、Cr、Si含量满足：100×C/(Mn+Cr+Si)≥3.00，此时基体表层脱碳程度增大，可明显降低Mn、Cr、Si在基体表层的氧化富集程度。因此，本发明保证C、Mn、Cr、Si含量满足：100×C/(Mn+Cr+Si)≥3.00。
P≤0.05％，S≤0.05％：过量的硫和磷导致韧性下降，P含量为0～0.05％，S含量为0～0.05％。
0.01％≤Al≤0.10％：Al具有脱氧和沉氮的作用，Al是铁素体稳定化元素，当Al元素高于0.10％时，钢容易在热轧时的高温区形成δ铁素体，在热成形过程中，δ铁素体保存下来，恶化产品性能。本发明Al含量确定为0.01～0.10％。
0.01％≤Ti≤0.10％：钢中添加Ti主要是起固N的作用，当Ti含量低于0.01％时，不能充分固N。当Ti含量高于0.10％时，钢中形成数量较多、尺寸较大的Ti的碳化物、氮化物或者碳氮化物，对产品韧性不利。因此，Ti含量确定为0.01～0.10％。
0.001％≤B≤0.01％：B元素提高钢的淬透性，当B含量低于0.001％时，不能充分发挥其在提高钢的淬透性方面的作用，当B含量高于0.01％时，其在提高钢的淬透性作用不再增加，并且此时形成的BN造成产品韧性的降低。因此B含量确定为0.001～0.01％。
N≤0.01％：当N含量高于0.01％时，易与Ti、Nb形成数量较多、尺寸较大的Ti、Nb的氮化物或者碳氮化物，对产品韧性不利。因此，N含量确定为0～0.01％。
本发明提供的高冷弯抗拉强度1000MPa级铝合金涂层热成形钢板的生产方法，生产流程为：炼钢→连铸→热轧→酸洗冷轧→基板清洗→退火→涂镀→光整→卷取。
所述炼钢，按照上述配方成分进行；
所述连铸：将精炼后的钢水注入中间包，中间包再将钢水分配到各个结晶器中，铸件成形并结晶后将铸件拉出、切割成一定长度的板坯。
所述热轧：将板坯放在加热炉中进行加热，出炉后进行轧制，轧制后进行卷取，卷取温度在400～600℃之间。
需要说明的是，热轧卷取温度控制是防止钢基体表层形成明显Si、Mn、Cr氧化富集的关键工艺之一，本发明在限定钢基体Si、Mn、Cr元素含量的基础上，规定了热轧卷取温度上限，显著降低了钢基体表层Si、Mn、Cr氧化富集趋势，保证了最终产品良好的冷弯性能、涂装耐腐蚀性能与焊接性能。另外，卷取温度不宜低于400℃，卷取温度低于400℃，热轧卷中会生成较多的马氏体、贝氏体硬质相，显著增加了热轧卷强度，造成后续酸轧轧制困难。
当基体表层存在氧化时，该氧化区一般集中在距离表面5μm内的表层，通过能谱分析或辉光光谱分析，该氧化区中存在明显的O、Si、Mn、Cr元素富集区域或富集点，上述富集区域或富集点O、Si、Mn、Cr元素含量明显高于基体中心未氧化区，基体中心未氧化区Si、Mn、Cr元素含量参照本发明控制Si：≤0.50％，Mn：1.00～2.50％，Cr：≤0.50％。
所述酸洗冷轧：热轧钢板进一步经酸洗冷轧得到酸洗冷轧钢板，这一过程可去除热轧过程中钢板表面产生的氧化铁皮。为保证镀后良好的表面质量，酸洗冷轧后需保证轧硬卷单面残油量≤250mg/m2，残铁量≤100mg/m2。由于热轧过程钢板表面不同部位存在温度差异，因此不同部位形成的氧化铁皮厚度不均，酸洗后钢板表面存在高低不平。若此时基体表层存在一定程度的合金元素氧化富集，酸洗并不能完全去除基体表层合金元素氧化物，酸轧后，基体表层合金元素氧化区域表面形成凹坑形貌。当酸轧压下率越大时，凹坑数量越多。凹坑区域与正常区域本身存在高低不平，再加上凹坑区域存在未酸洗掉的合金元素，凹坑区域与正常区域在热浸镀时Fe-Al反应速率存在差异，造成热浸镀时凹坑区域与正常区域FeAlSi抑制层厚度差异较大，FeAlSi抑制层厚度波动较大造成热成形过程中不同部位扩散程度的差异，加剧了柯肯达尔孔洞的形成。本发明酸轧压下率≤60％，保证热浸镀后FeAlSi抑制层厚度波动≤40％；优选为控制冷轧压下率50-60％。其中，FeAlSi抑制层厚度波动＝|最大厚度或最小厚度-平均厚度|/平均厚度×100％，平均厚度＝(最大厚度+最小厚度)/2。需要注意的是，基板表层合金元素氧化富集亦会造成热浸镀后FeAlSi抑制层厚度波动过大，为保证热浸镀后FeAlSi抑制层厚度波动≤40％，本发明控制热轧卷取温度≤600℃、退火温度≤830℃、退火露点≤5℃。
所述基板清洗，包括：碱洗→碱刷洗→碱洗→水刷洗→电解清洗→漂洗→烘干，为保证镀后良好的表面质量，清洗后钢板单面残油量≤20mg/m2、单面残铁≤10mg/m2。
所述退火：退火温度控制在700-830℃；退火温度包括退火加热温度和均热温度，均按照此温度范围控制。退火工艺主要目的是使轧硬卷回复再结晶、消除残余应力，并且控制成品卷组织与性能，加热与均热温度不宜低于700℃，加热与均热温度过低，轧硬卷回复再结晶不充分，对成品卷性能不利。
本发明退火段加热温度不超过830℃，均热段温度不超过830℃。另外，退火炉通过调节水蒸气的通入量控制炉内露点，其中退火露点温度≤5℃，即退火加热段、均热段露点不超过5℃，退火炉内气氛为N2和H2，其中H2的体积百分比为5～10％，炉内通入5～10％H2可还原Fe与H2O、O2等生成的铁的氧化物，从而保证良好的热成形前涂层质量，并且加热段、均热段氧含量控制在50ppm以下进一步降低钢基体氧化。
需要说明的是，本发明退火工艺控制也是防止钢基体表层形成明显Si、Mn、Cr等氧化富集的关键工艺之一。本发明在限定钢基体Si、Mn、Cr等元素含量的基础上，规定了加热温度、均热温度、露点、氧含量上限，进一步降低了钢基体表层Si、Mn、Cr等氧化富集趋势，保证了最终产品良好的冷弯性能、涂装耐腐蚀性能与焊接性能。
所述涂镀：镀液为铝合金以及不可避免的杂质，典型镀液包括以下质量百分比成分：5～11％Si、2～4％Fe，余量为Al以及不可避免的杂质。热浸镀镀液温度在600～680℃之间，优选的，热浸镀镀液温度650-680℃；基板入镀液时温度需与热浸镀镀液温度尽量保持一致，以减少钢带的溶解、铝渣的形成，浸镀时间2～10s，热浸镀后采用气刀吹扫氮气或压缩空气对涂层厚度进行控制，预涂层厚度控制在单面7～19μm，热浸镀后FeAlSi抑制层厚度控制在3～7μm，FeAlSi抑制层厚度波动≤40％。
其中，热浸镀镀液温度在600～680℃之间。当热浸镀镀液温度高于680℃时，热浸镀时，镀液与钢基体形成的FeAlSi抑制层厚度波动明显增大，FeAlSi抑制层厚度波动较大造成热成形过程中不同部位扩散程度的差异，加剧了柯肯达尔孔洞的形成。另外，铝硅合金熔点约600℃，热浸镀镀液温度不低于600℃。本发明预涂层厚度控制在单面7～19μm，热浸镀后FeAlSi抑制层厚度控制在3～7μmFeAlSi抑制层厚度波动≤40％。需要说明的是，本发明为实现FeAlSi抑制层厚度波动≤40％，不光需要控制热浸镀镀液温度≤680℃、酸轧压下率≤60％，还需控制基板表层合金元素氧化富集，为此，需控制热轧卷取温度≤600℃、退火温度≤830℃、退火露点≤5℃。
预涂层厚度不宜＜7μm。本发明人发现，初始涂层越薄，柯肯达尔孔洞越明显，这是由于初始涂层越薄，Fe、Al相互扩散行程缩短，相互扩散速率加快，但由于涂层减薄涂层中相对Al含量减少，可用于补充Fe空位的Al减少，此时更加剧了大尺寸柯肯达尔孔洞的形成。另外，涂层厚度＜7μm，易出现漏镀缺陷。
预涂层厚度不宜＞19μm，涂层过厚，降低了最终产品冷弯性能，并且涂层过厚，增加生产成本。
所述光整：涂镀后钢带进行光整，以改善板型以及对涂层表面粗糙度进行控制。
所述卷取：对钢带进行卷取、下线。
本发明提供的热成形钢构件，采用上述高冷弯抗拉强度1000MPa级铝合金涂层热成形钢板经过热成形处理获得；具体包括的工艺流程：落料→热处理→热冲压。
所述落料：将上述高冷弯抗拉强度1000MPa级铝合金涂层热成形钢板冲裁或切割成热成形部件所需形状的坯料。
所述热处理：将坯料放入加热炉中加热并保温，加热炉温度840～970℃，加热炉气氛采用空气或氮气，坯料在加热炉内停留时间2～10min。
目前常用加热炉有箱式加热炉、辊底加热炉，当采用箱式加热炉时，为固定温度加热，而当采用辊底加热炉时，采用分段加热，此时上述加热炉温度指辊底加热炉最高加热温度。
所述热冲压：将热处理后的坯料快速转移至模具中冲压成形并冷却，其中，转移时间不超过15s，冲压成形保压时间5～15s，冷却出模温度不超过250℃，冷却速度≥30℃/s。
所述热成形钢构件，热成形后相互扩散层内，直径在1.0μm以上柯肯达尔孔洞数量不超过15个/100μm；
优选的，所述热成形钢构件，相互扩散层内，直径在1.0μm以上柯肯达尔孔洞数量不超过8个/100μm；
更优选的，所述热成形钢构件，相互扩散层内，直径在1.0μm以上柯肯达尔孔洞数量不超过6个/100μm；
所述热成形钢构件，烘烤后冷弯角≥85°，热成形钢构件经涂装后进行划痕腐蚀测试，最大腐蚀扩展宽度不大于4mm，热成形钢构件可焊性焊接电流范围≥1kA，并且热成形钢构件抗拉强度≥1000MPa。
本发明提供的热成形钢构件的应用，用于汽车部件，尤其是高强汽车部件。
发明人研究发现，当热成形钢预涂覆Al-Si涂层后，热成形后涂层与基体间极易形成柯肯达尔孔洞，孔洞尺寸、数量与原材料涂层或钢基体状态息息相关。当涂层越薄时，热冲压后形成大尺寸孔洞的倾向越大。较多的柯肯达尔孔洞影响热成形后产品冷弯性能，因此目前市场上主流1000MPa级Al-Si涂层热成形钢热成形后冷弯角很难稳定控制在80°以上，严重影响了汽车安全性能。更重要的是，较多的柯肯达尔孔洞明显恶化热成形后涂装耐腐蚀性与焊接性能。
发明人发现，铝合金涂层热成形钢在加热过程中由于Fe、Al扩散速度差异较大，基体表层很容易形成柯肯达尔孔洞，并且当热成形前基体表层(包括表面)存在一定氧化时，柯肯达尔孔洞情况(尺寸、数量)会明显加剧，这可能是由于氧化处Fe、Al相互扩散受阻，Fe扩散形成空位后，Al更难补充到空位上。另外，涂层减薄后，Fe、Al相互扩散行程缩短，相互扩散速率加快，但由于涂层减薄涂层中相对Al含量减少，可用于补充Fe空位的Al减少，此时更加剧了大尺寸柯肯达尔孔洞的形成。并且，发明人研究发现，在热成形加热过程中，钢基体与靠近基体的FeAlSi抑制层相互扩散最为剧烈，预涂覆Al-Si涂层中FeAlSi抑制层厚度均匀性也对柯肯达尔孔洞的形成有着明显的影响作用。当预涂层中FeAlSi抑制层厚度波动较大时，涂层不同部位扩散速率不同，此时亦加剧大尺寸柯肯达尔孔洞的形成。大尺寸柯肯达尔孔洞显著降低了热成形件的涂装耐腐蚀性能和焊接性能。另外，柯肯达尔孔洞亦会对热成形件的冷弯性能造成影响。需要说明的是，孔洞可能会降低冷弯性能或者提高冷弯性能。当热成形后基体与涂层间存在孔洞时，孔洞区基体表层在热成形加热过程中发生脱碳，脱碳后的基体表层较未脱碳区强度低、塑韧性好，但当孔洞尺寸较小、数量较少时，脱碳区域面积较小，脱碳对冷弯性能的提高作用不大，但此时由于孔洞的存在，受力弯曲时，孔洞区域裂纹会从涂层迅速扩展至基体，显著降低冷弯性能；但当孔洞尺寸较大、数量较多时，尤其是孔洞相互连接形成大面积孔洞片区，孔洞片区基体表层在热成形加热过程中发生明显的脱碳，此时脱碳区域面积较大，可提高冷弯性能，但是大面积孔洞片区极大恶化了热成形件的涂装耐腐蚀性能和焊接性能。
也就是说，当预涂层较薄时，为保证铝合金涂层热成形件具有稳定的冷弯性能、良好的涂装耐腐蚀性能和焊接性能，需对柯肯达尔孔洞尺寸、数量进行严格控制，此时需对热成形前基体表层氧化状态、FeAlSi抑制层厚度波动进行综合控制。其中，热成形前基体表层氧化状态主要与基体化学成分、生产工艺有关，生产工艺主要包括热轧工艺、退火工艺，FeAlSi抑制层厚度波动不仅与热轧工艺、退火工艺有关，还与酸轧工艺、热浸镀温度有关。另外，本发明通过添加微合金化元素Nb、Mo，细化晶粒，进一步提高材料韧性。
与现有技术相比，本发明通过对原材料基体化学成分、生产工艺进行控制，从而对热成形前基体表层氧化状态、FeAlSi抑制层厚度波动进行控制，最终对热成形后柯肯达尔孔洞尺寸、数量进行控制，保证热成形钢构件具有良好的冷弯性能、涂装耐腐蚀性能和焊接性能。热成形后相互扩散层内，直径在1.0μm以上柯肯达尔孔洞数量不超过15个/100μm，热成形钢构件烘烤后冷弯角≥85°，热成形钢构件经涂装(磷化、电泳)后进行划痕腐蚀测试，最大腐蚀扩展宽度不大于4mm，热成形钢构件可焊性焊接电流范围≥1kA，并且热成形钢构件抗拉强度≥1000MPa。
附图说明
图1为实施例1热成形前钢基体表层氧化状态及FeAlSi层厚度波动图；
图2为对比例1热成形前钢基体表层氧化状态图；
图3为对比例2热成形前FeAlSi层厚度波动图；
图4为对比例1热成形后柯肯达尔孔洞状态图。
具体实施方式
为了深入说明本发明，结合案例对本发明进行详细阐述。
本发明提供的一种高冷弯抗拉强度1000MPa级铝合金涂层热成形钢板的生产方法，具体流程为：炼钢→连铸→热轧→酸洗冷轧→基板清洗→退火→涂镀→光整→卷取。
1)炼钢：
其优选的基体钢板炼钢成分以质量计控制为：C：0.05～0.15％，Si：≤0.50％，Mn：1.00～2.50％，Cr：≤0.50％，P：≤0.05％，S：≤0.05％，Al：0.01～0.10％，Ti：0.01～0.10％，B：0.001～0.01％，N：≤0.01％，Nb：0.01～0.06％，Mo：≤0.30％，并且100×C/(Mn+Cr+Si)≥3.00，其余为Fe和不可避免的杂质。
作为示例，基体钢成分见表1。本发明为控制Mn、Cr、Si三种元素在热轧过程中、退火过程中在钢基体表层的氧化富集，对三种元素含量及C与Mn+Cr+Si之间的比值作了特别限定，Mn：1.00～2.50％，Cr：≤0.50％，Si：≤0.50％，且100×C/(Mn+Cr+Si)≥3.00。其中，实施钢1、实施钢2、实施钢3为本发明成分，且100×C/(Mn+Cr+Si)≥3.00，对比钢1中100×C/(Mn+Cr+Si)低于本发明下限3.00。
表1基体钢成分(wt％)
表1中基体钢成分中P：≤0.05％，S：≤0.05％。
2)连铸：将精炼后的钢水注入中间包，中间包再将钢水分配到各个结晶器中，铸件成形并结晶后将铸件拉出、切割成一定长度的板坯。
3)热轧：将板坯放在加热炉中进行加热，出炉后进行轧制，轧制后进行卷取，卷取温度在400～600℃之间。
需要说明的是，热轧卷取温度控制是防止钢基体表层形成明显Si、Mn、Cr氧化富集的关键工艺之一，本发明在限定钢基体Si、Mn、Cr元素含量的基础上，规定了热轧卷取温度上限，显著降低了钢基体表层Si、Mn、Cr氧化富集趋势，保证了最终产品良好的冷弯性能、涂装耐腐蚀性能与焊接性能。另外，卷取温度不宜低于400℃，卷取温度低于400℃，热轧卷中会生成较多的马氏体、贝氏体硬质相，显著增加了热轧卷强度，造成后续酸轧轧制困难。
当基体表层存在氧化时，该氧化区一般集中在距离表面5μm内的表层，通过能谱分析或辉光光谱分析，该氧化区中存在明显的O、Si、Mn、Cr元素富集区域或富集点，上述富集区域或富集点O、Si、Mn、Cr元素含量明显高于基体中心未氧化区，基体中心未氧化区Si、Mn、Cr元素含量参照本发明控制Si：≤0.50％，Mn：1.00～2.50％，Cr：≤0.50％。
4)酸洗冷轧：
热轧钢板进一步经酸洗冷轧得到酸洗冷轧钢板，这一过程可去除热轧过程中钢板表面产生的氧化铁皮。为保证镀后良好的表面质量，酸洗冷轧后需保证轧硬卷单面残油量≤250mg/m2，残铁量≤100mg/m2。由于热轧过程钢板表面不同部位存在温度差异，因此不同部位形成的氧化铁皮厚度不均，酸洗后钢板表面存在高低不平。若此时基体表层存在一定程度的合金元素氧化富集，酸洗并不能完全去除基体表层合金元素氧化物，酸轧后，基体表层合金元素氧化区域表面形成凹坑形貌。当酸轧压下率越大时，凹坑数量越多。凹坑区域与正常区域本身存在高低不平，再加上凹坑区域存在未酸洗掉的合金元素，凹坑区域与正常区域在热浸镀时Fe-Al反应速率存在差异，造成热浸镀时凹坑区域与正常区域FeAlSi抑制层厚度差异较大，FeAlSi抑制层厚度波动较大造成热成形过程中不同部位扩散程度的差异，加剧了柯肯达尔孔洞的形成。本发明酸轧压下率≤60％，保证热浸镀后FeAlSi抑制层厚度波动≤40％。其中，FeAlSi抑制层厚度波动＝|最大厚度或最小厚度-平均厚度|/平均厚度×100％，平均厚度＝(最大厚度+最小厚度)/2。需要注意的是，基板表层合金元素氧化富集亦会造成热浸镀后FeAlSi抑制层厚度波动过大，为保证热浸镀后FeAlSi抑制层厚度波动≤40％，本发明控制热轧卷取温度≤600℃、退火温度≤830℃、退火露点≤5℃。
5)基板清洗：
基板清洗包括：碱洗→碱刷洗→碱洗→水刷洗→电解清洗→漂洗→烘干，为保证镀后良好的表面质量，清洗后钢板单面残油量≤20mg/m2、单面残铁≤10mg/m2。
6)退火：退火温度控制在700-830℃；退火温度包括退火加热温度和均热温度，均按照此温度范围控制。
退火工艺主要目的是使轧硬卷回复再结晶、消除残余应力，并且控制成品卷组织与性能，加热与均热温度不宜低于700℃，加热与均热温度过低，轧硬卷回复再结晶不充分，对成品卷性能不利。
本发明退火段加热温度不超过830℃，均热段温度不超过830℃。另外，退火炉通过调节水蒸气的通入量控制炉内露点，退火露点温度≤5℃，即退火加热段、均热段露点不超过5℃，退火炉内气氛为N2+H2，其中H2的体积百分比为5～10％，炉内通入5～10％H2可还原Fe与H2O、O2等生成的铁的氧化物，从而保证良好的热成形前涂层质量，并且加热段、均热段氧含量控制在50ppm以下进一步降低钢基体氧化。
需要说明的是，本发明退火工艺控制也是防止钢基体表层形成明显Si、Mn、Cr等氧化富集的关键工艺之一。本发明在限定钢基体Si、Mn、Cr等元素含量的基础上，规定了加热温度、均热温度、露点、氧含量上限，进一步降低了钢基体表层Si、Mn、Cr等氧化富集趋势，保证了最终产品良好的冷弯性能、涂装耐腐蚀性能与焊接性能。
7)涂镀：所述涂镀：镀液为铝合金以及不可避免的杂质，镀液目标控制在8～10％Si，2～4％Fe，余量为Al以及不可避免的杂质。热浸镀镀液温度在600～680℃之间，基板入镀液时温度需与热浸镀镀液温度尽量保持一致，以减少钢带的溶解、铝渣的形成，浸镀时间2～10s，热浸镀后采用气刀吹扫氮气或压缩空气对涂层厚度进行控制，涂层厚度控制在单面7～19μm，热浸镀后FeAlSi抑制层厚度控制在3～7μm，FeAlSi抑制层厚度波动≤40％。
其中，热浸镀镀液温度在600～680℃之间。当热浸镀镀液温度高于680℃时，热浸镀时，镀液与钢基体形成的FeAlSi抑制层厚度波动明显增大，FeAlSi抑制层厚度波动较大造成热成形过程中不同部位扩散程度的差异，加剧了柯肯达尔孔洞的形成。另外，铝硅合金熔点约600℃，热浸镀镀液温度不低于600℃。本发明FeAlSi抑制层厚度波动≤40％。需要说明的是，本发明为实现FeAlSi抑制层厚度波动≤40％，不光需要控制热浸镀镀液温度≤680℃，还需控制基板表层合金元素氧化富集，为此，需控制热轧卷取温度≤600℃、酸轧压下率≤60％、退火温度≤830℃、退火露点≤5℃。
本发明FeAlSi抑制层厚度波动≤40％。
预涂层厚度不宜＜7μm。本发明人发现，初始涂层越薄，柯肯达尔孔洞越明显，这是由于初始涂层越薄，Fe、Al相互扩散行程缩短，相互扩散速率加快，但由于涂层减薄涂层中相对Al含量减少，可用于补充Fe空位的Al减少，此时更加剧了大尺寸柯肯达尔孔洞的形成。另外，涂层厚度＜7μm，易出现漏镀缺陷。
预涂层厚度不宜＞19μm，涂层过厚，降低了最终产品冷弯性能，并且涂层过厚，增加生产成本。
8)光整：涂镀后钢带进行光整，以改善板型以及对涂层表面粗糙度进行控制。
9)卷取：对钢带进行卷取、下线。
采用上述生产的高冷弯抗拉强度1000MPa级铝合金涂层热成形钢板制得热成形钢构件，具体流程：落料→热处理→热冲压。
所述落料：
将上述一种抗拉强度1000MPa级预涂覆铝合金涂层热成形钢板冲裁或切割成热成形部件所需形状的坯料。本发明钢板厚度选择典型值1.4mm，将钢板加工成尺寸150×300mm的样板。
所述热处理：
将坯料放入加热炉中加热并保温，加热炉温度840～970℃，加热炉气氛采用空气或氮气，坯料在加热炉内停留时间2～10min。
目前常用加热炉有箱式加热炉、辊底加热炉，当采用箱式加热炉时，为固定温度加热，而当采用辊底加热炉时，采用分段加热，此时上述加热炉温度指辊底加热炉最高加热温度。本发明示例采用箱式电阻加热炉对预涂覆钢板进行加热，采用典型加热工艺，即加热温度930℃，加热时间5min。
所述热冲压：
将热处理后的坯料快速转移至模具中冲压成形并冷却，其中，转移时间不超过15s，冲压成形保压时间5～15s，冷却出模温度不超过250℃，冷却速度≥30℃/s。本发明将热处理后的钢板放置在平板淬火模具上压制并保压一定时间，模具内通入冷却水对钢板进行冷却。
按照上述工艺流程制得预涂覆铝合金涂层热成形钢板和热成形钢构件，生产工艺参数、预涂层厚度及FeAlSi厚度波动见表2。
表2生产工艺参数、预涂层厚度、FeAlSi厚度波动
对上述预涂覆铝合金涂层热成形钢板基体表层氧化状态、涂层厚度、FeAlSi层厚度进行观察、分析，对热成形钢构件孔洞情况进行观察、分析，对热成形钢构件冷弯性能进行测试，对热成形钢构件涂装后进行划痕腐蚀测试，并对热成形钢构件焊接性能、力学性能进行测试。
其中，热成形前基体表层氧化状态、涂层厚度、FeAlSi层厚度主要通过扫描电镜进行观察、分析，重点关注基体表层5μm内氧化状态，因为这部分区域强烈影响热成形后孔洞情况，当氧化存在时，氧化主要集中在基体晶界附近，通过能谱分析仪对该区域进行成分分析，氧化严重时，甚至形成类似裂纹状形貌。
热成形钢构件孔洞情况通过扫描电镜进行观察、分析，孔洞主要存在与相互扩散层内，其中，相互扩散层与钢基体相连，一般由αFe+Fe3Al组成，Fe含量不低于80％。需重点关注大尺寸的孔洞，如孔洞直径大于1.0μm，此类孔洞对涂装耐腐蚀性能、焊接性能影响较大，本发明统计相互扩散层内大尺寸孔洞数量，孔洞的直径的确定方法：在相同的视场下，测量孔洞的最长直径和最短直径，并将两者之和的一半作为孔洞直径，孔洞数量的确定方法：在扫描电镜的视场中，沿基体钢表面，对长度为100μm的范围内的孔洞进行计数。需要注意的是，当原材料基体表层氧化严重，热成形后涂层孔洞可能相连形成孔洞区域，此时孔洞数量的确定方法：在扫描电镜的视场中，沿基体钢表面，对长度为100μm的范围内的孔洞区域面积进行统计，孔洞区域面积/1μm2即作为孔洞数量。
热成形钢构件模拟汽车喷漆过程中的烘烤工序，烘烤温度170℃，烘烤时间20min，热成形钢构件烘烤后进行冷弯性能测试，测试标准采用VDA238-100。
热成形钢构件涂装后进行划痕腐蚀测试，涂装包括磷化、电泳，并对涂装后的涂层进行划痕腐蚀测试，评估涂漆粘附性和耐腐蚀性(最大腐蚀扩展宽度不大于4mm时，满足要求)。本发明选择同一条件下3块热成形钢板进行划痕腐蚀测试，取最大腐蚀扩展宽度的平均值评估涂漆粘附性和耐腐蚀性。如表3的磷化药剂及试验参数对热成形后试样进行磷化处理，随后使用得到的磷化板进行电泳(电泳漆型号：关西HT-8000C)，电泳干膜厚度约为18μm。随后使用循环腐蚀方法，单个循环包括8h常温保持(25±3℃，期间4次喷淋盐溶液各3min，盐溶液组成为：0.9wt％的NaCl，0.1wt％的CaCl2，0.075wt％的NaHCO3)，然后经过8小时湿热(49±2℃，100％RH)，最后结果8h干燥(60±2℃，<30％RH)，共计26循环评估耐蚀性。
表3磷化过程参数
热成形钢构件焊接性能测试，采用GWS-5A标准，在三个焊接时间下(240s、270s、300s)测定对应焊接电流范围，仅当三个时间下的焊接电流范围皆大于等于1kA，此时才满足要求。
热成形钢构件力学性能测试，测试标准采用GB/T228.1-2010。
上述氧化状态、孔洞、冷弯性能、划痕腐蚀测试、焊接性能、力学性能测试结果见表4。
表4氧化状态、孔洞、划痕腐蚀测试、焊接性能、力学性能测试结果
本发明通过对原材料基体化学成分、生产工艺进行控制，从而对热成形前基体表层氧化状态、FeAlSi抑制层厚度波动进行控制，最终对热成形后柯肯达尔孔洞尺寸、数量进行控制，保证热成形钢构件具有良好的冷弯性能、涂装耐腐蚀性能和焊接性能，具体地说：
1)基体化学成分：优选的炼钢成分以质量计控制为：C：0.05～0.15％，Si：≤0.50％，Mn：1.00～2.50％，Cr：≤0.50％，P：≤0.05％，S：≤0.05％，Al：0.01～0.10％，Ti：0.01～0.10％，B：0.001～0.01％，N：≤0.01％，Nb：0.01～0.06％，Mo：≤0.30％，并且100C/(Mn+Cr+Si)≥3.00，其余为Fe和不可避免的杂质。
本发明为控制Mn、Cr、Si三种元素在热轧过程中、退火过程中在钢基体表层的氧化富集，对三种元素含量及C与Mn+Cr+Si之间的比值作了特别限定，Mn：1.00～2.50％，Cr：≤0.50％，Si：≤0.50％，且100C/(Mn+Cr+Si)≥3.00。其中，实施钢1、实施钢2、实施钢3为本发明成分，且100C/(Mn+Cr+Si)≥3.00，对比钢1中100C/(Mn+Cr+Si)低于本发明下限3.00。生产工艺控制主要包括热轧卷取温度≤600℃、酸轧压下率≤60％、退火温度≤830℃、退火露点≤5℃、热浸镀镀液温度≤680℃。通过上述控制，保证了原材料基体表层无明显氧化，并且控制FeAlSi抑制层厚度波动≤40％，热浸镀后FeAlSi抑制层厚度控制在3～7μm，预涂层总厚度7～19μm，最终热成形后热成形后相互扩散层内，直径在1.0μm以上柯肯达尔孔洞数量不超过15个/100μm，热成形钢构件烘烤后冷弯角≥85°，热成形钢构件经涂装(磷化、电泳)后进行划痕腐蚀测试，最大腐蚀扩展宽度不大于4mm，热成形钢构件可焊性焊接电流范围≥1kA。
可以看出，当采用本发明基体成分，即实施例1、2、3、4、5、6和对比例1、2、3、4、5，实施例1、2、3、4、5、6采用本发明生产工艺(热轧、酸轧、退火、热浸镀)，保证了原材料基体表层无明显氧化，并且控制FeAlSi抑制层厚度波动≤40％(见图1，实施例1，基体表层5μm无氧化，FeAlSi抑制层厚度4～6μm，FeAlSi抑制层厚度波动20％)，最终热成形后热成形后相互扩散层内，直径在1.0μm以上柯肯达尔孔洞数量不超过15个/100μm，热成形钢构件烘烤后冷弯角≥85°，热成形钢构件经涂装(磷化、电泳)后进行划痕腐蚀测试，最大腐蚀扩展宽度不大于4mm，热成形钢构件可焊性焊接电流范围≥1kA。而对比例1、2、3、4、5未采用本发明生产工艺、预涂层厚度，最终热成形后相互扩散层内，直径在1.0μm以上柯肯达尔孔洞数量超过15个/100μm，热成形钢构件烘烤后冷弯角不能稳定在80°以上，热成形钢构件经涂装(磷化、电泳)后进行划痕腐蚀测试，最大腐蚀扩展宽度大于4mm，且热成形钢构件可焊性焊接电流范围小于1kA。
当未采用本发明基体成分，即对比例6(对比钢1)，此时100C/(Mn+Cr+Si)为2.21，低于本发明下限3.00，即使采用本发明生产工艺、预涂层厚度，原材料基体表层仍存在明显氧化，并且FeAlSi抑制层厚度波动超出40％，造成热成形后相互扩散层内，直径在1.0μm以上柯肯达尔孔洞数量超过15个/100μm，热成形钢构件经涂装(磷化、电泳)后进行划痕腐蚀测试，最大腐蚀扩展宽度大于4mm，热成形钢构件可焊性焊接电流范围小于1kA。
同时，采用本发明基体成分的热成形钢具有良好的淬透性以及热成形后机械强度，热成形后抗拉强度≥1000MPa。
2)生产工艺：热轧工艺与退火工艺控制是防止钢基体表层形成明显Si、Mn、Cr等氧化富集的关键工艺。其中，热轧工艺中，卷取温度≤600℃，退火工艺中，退火温度≤830℃，退火露点≤5℃。控制FeAlSi抑制层厚度波动除了与上述工艺有关，还与酸轧压下率与热浸镀镀液温度有关，其中，酸轧压下率≤60％，镀液温度≤680℃。
可以看出，采用本发明基体成分，但未采用本发明生产工艺，即对比例1、2、3、4，具体地，对比例1热轧卷取温度过高(655℃＞600℃)，对比例2退火温度过高(850℃＞830℃)，对比例3退火露点过高(10℃＞5℃)，造成原材料基体表层存在明显氧化(见图2，对比例1，基体表层氧化处能谱分析点/区域25、点/区域26、点/区域27以及基体中未氧化处能谱分析点/区域28，成分分析结果见表5)，且FeAlSi抑制层厚度波动超出40％(见图3，对比例2)，而对比例4酸轧压下率过高(65％＞60％)、镀液温度过高(695℃＞680℃)，造成FeAlSi抑制层厚度波动超出40％，因此，对比例1、2、3、4热成形后相互扩散层内，直径在1.0μm以上柯肯达尔孔洞数量超过15个/100μm(见图4，对比例1，直径在1.0μm以上柯肯达尔孔洞数量为16个/100μm)，热成形钢构件烘烤后冷弯角不能稳定在80°以上，热成形钢构件经涂装(磷化、电泳)后进行划痕腐蚀测试，最大腐蚀扩展宽度大于4mm，热成形钢构件可焊性焊接电流范围小于1kA。
3)预涂层厚度：本发明涂层厚度控制在单面7～19μm，涂层厚度不宜＜7μm。本发明人发现，初始涂层越薄，柯肯达尔孔洞越明显，这是由于初始涂层越薄，Fe、Al相互扩散行程缩短，相互扩散速率加快，但由于涂层减薄涂层中相对Al含量减少，可用于补充Fe空位的Al减少，此时更加剧了大尺寸柯肯达尔孔洞的形成。另外，涂层厚度＜7μm，易出现漏镀缺陷。
可以看出，对比例5采用本发明基体成分、生产工艺，此时尽管原材料基体表层无明显氧化，并且控制FeAlSi抑制层厚度波动≤40％，但对比例5预涂层厚度过薄(6μm＜7μm)，热成形后相互扩散层内，直径在1.0μm以上柯肯达尔孔洞数量超过15个/100μm，热成形钢构件烘烤后冷弯角＜80°，热成形钢构件经涂装(磷化、电泳)后进行划痕腐蚀测试，最大腐蚀扩展宽度大于4mm，热成形钢构件可焊性焊接电流范围小于1kA。
表5对比例1(图2)中处能谱分析结果
综上所述，采用本发明的原材料基体化学成分、生产工艺、预涂层厚度，对热成形前基体表层氧化状态、FeAlSi抑制层厚度波动进行控制，最终对热成形后柯肯达尔孔洞尺寸、数量进行控制，保证热成形钢构件具有良好的冷弯性能、涂装耐腐蚀性能和焊接性能。具体地，热成形后相互扩散层内，直径在1.0μm以上柯肯达尔孔洞数量不超过15个/100μm，，热成形钢构件烘烤后冷弯角≥85°，热成形钢构件经涂装(磷化、电泳)后进行划痕腐蚀测试，最大腐蚀扩展宽度不大于4mm，热成形钢构件可焊性焊接电流范围≥1kA，并且热成形钢构件抗拉强度≥1000MPa。
上述实施方式对本发明的目的、实施效果进行了详细阐述，所应理解的是，上述实施方式仅是本发明的具体实施方式，本发明并不受上述方式的限制，凡在本发明的精神和原则之内，或采用了本发明的技术构思和技术方案进行的各种修改、等同替换、改进等，均在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.高冷弯抗拉强度1000MPa级铝合金涂层热成形钢板，其特征在于，所述高冷弯抗拉强度1000MPa级铝合金涂层热成形钢板包括基体钢板和铝合金涂层；
所述基体钢板包括以下质量百分比成分：
C：0.05～0.15％，Si：≤0.50％，Mn：1.00～2.50％，Cr：≤0.50％，P：≤0.05％，S：≤0.05％，Al：0.01～0.10％，Ti：0.01～0.10％，B：0.001～0.01％，N：≤0.01％，Nb：0.01～0.06％，Mo：≤0.30％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高冷弯抗拉强度1000MPa级铝合金涂层热成形钢板，其特征在于，所述基体钢板包括以下质量百分比成分：
C：0.07～0.12％，Si：0.15％～0.40％，Mn：1.30～1.90％，Cr：≤0.40％，P：≤0.05％，S：≤0.05％，Al：0.01～0.06％，Ti：0.01～0.06％，B：0.001～0.005％，N：≤0.01％，Nb：0.02～0.06％，Mo：≤0.30％，其余为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的高冷弯抗拉强度1000MPa级铝合金涂层热成形钢板，其特征在于，所述基体钢板的成分还满足：100×C/(Mn+Cr+Si)≥3.00。
4.根据权利要求1所述的高冷弯抗拉强度1000MPa级铝合金涂层热成形钢板，其特征在于，所述高冷弯抗拉强度1000MPa级铝合金涂层热成形钢板，铝合金涂层厚度7～19μm，所述铝合金涂层中FeAlSi抑制层厚度波动≤40％。
5.一种权利要求1-4任一项所述的高冷弯抗拉强度1000MPa级铝合金涂层热成形钢板的生产方法，其特征在于，所述生产方法工艺流程为：炼钢→连铸→热轧→酸洗冷轧→基板清洗→退火→涂镀→光整→卷取。
6.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述热轧，轧制后进行卷取，卷取温度400～600℃。
7.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述酸洗冷轧，酸轧压下率≤60％。
8.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述退火，退火温度在700～830℃，且退火露点≤5℃。
9.根据权利要求5所述的生产方法，其特征在于，所述涂镀，镀液温度在600～680℃之间。
10.一种热成形钢构件，其特征在于，所述热成形钢构件采用权利要求1-4任一项所述的高冷弯抗拉强度1000MPa级铝合金涂层热成形钢板经过热成形处理获得。
11.根据权利要求10所述的热成形钢构件，其特征在于，所述热成形钢构件，热成形后相互扩散层内，直径在1.0μm以上柯肯达尔孔洞数量不超过15个/100μm。
12.根据权利要求10或11所述的热成形钢构件，其特征在于，热成形钢构件烘烤后冷弯角≥85°，热成形钢构件经涂装后进行划痕腐蚀测试，最大腐蚀扩展宽度不大于4mm，热成形钢构件可焊性焊接电流范围≥1kA，并且热成形钢构件抗拉强度≥1000MPa。
13.一种权利要求10-12任一项所述热成形钢构件的应用，其特征在于，用于汽车部件。
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