TWI797924B - 一種鍍鋁鋼板、熱成形部件及製造方法 - Google Patents

一種鍍鋁鋼板、熱成形部件及製造方法 Download PDF

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劉浩
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大陸商寶山鋼鐵股份有限公司
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    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/34—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the shape of the material to be treated
    • C23C2/36—Elongated material
    • C23C2/40—Plates; Strips
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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Abstract

本發明公開了一種鍍鋁鋼板，包括基板和基板表面的鍍層，鍍層的微觀組織包括Mg 2Si相和AlMgSiFe相，Mg 2Si相的平均晶粒直徑為0.001~5μm。本發明能夠緩解鍍鋁鋼板在熱成形過程中的熔化黏輥問題及氫脆風險問題。本發明還提供了一種上述鍍鋁鋼板的製造方法、一種熱成形部件及其製造方法。

Description

一種鍍鋁鋼板、熱成形部件及製造方法
本發明涉及金屬鍍層鋼板領域，特別涉及一種鍍鋁鋼板、熱成形部件及製造方法。
鍍鋁鋼板由於其良好的耐熱性、耐蝕性，廣泛應用於各種汽車、家電、烤箱烤爐等領域。鍍鋁層由於耐高溫氧化，可避免鋼板在熱處理過程中發生氧化和脫碳，因此，鋁鍍層在熱成形鋼領域（尤其是熱衝壓鋼領域）具有廣泛應用，全球鋁鍍層熱衝壓鋼需求量大概在200萬噸左右。但鋁鍍層鋼板熱成形也面臨一些難題，比如熱處理過程中鋁的熔化黏輥，以及氫脆風險問題。
鋁的熔化黏輥問題降低了生產效率和熱成形部件的品質。為改善鋁的熔化黏輥問題，研究者們一般希望控制加熱升溫曲線，避免快速升溫帶來鋁熔化。如專利CN101583486B明確提出了鍍鋁鋼板在20~700℃之間的加熱速率不能超過12℃/s，專利CN109518114A也公開了階段式加熱方法來避免鋁的熔化黏輥問題，也降低了加熱速率。
氫脆風險問題會降低熱成形部件耐延遲開裂性等性能。為降低鋁矽熱衝壓鋼的氫脆風險，專利CN100471595C公開了一種熱衝壓方法，通過控制熱壓過程的氣氛來降低熱衝壓部件的氫脆風險。專利CN104160050B公開了一種熱衝壓鋼，通過在鋼中增加含Mn夾雜物及Mn氧化物的濃度來降低鋼板的氫脆風險。
本發明針對現有產品及技術的不足，提出了一種鍍鋁鋼板、熱成形部件及製造方法。
本發明的目的在於解決由鍍鋁鋼板製造熱成形部件時在熱處理過程中出現的熔化黏輥問題以及氫脆風險問題。本發明提供了一種鍍鋁鋼板、熱成形部件及製造方法，可緩解鍍鋁鋼板在熱成形過程中的熔化黏輥問題及氫脆風險問題。
本發明提供了一種鍍鋁鋼板，包括基板和基板表面的鍍層，鍍層的微觀組織包括Mg 2Si相和AlMgSiFe相，Mg 2Si相的平均晶粒直徑為0.001~5μm。
採用上述技術方案，可以緩解鍍鋁鋼板製造熱成形部件時在熱處理過程中的熔化黏輥問題及氫脆風險問題，並可以提高由鍍鋁鋼板製造的熱成形部件的耐紅鏽能力。
可選地，鍍層包括鍍層表面層和鍍層阻擋層，鍍層表面層包含Mg 2Si相和AlMgSiFe相。
可選地，鍍層還包括鍍層阻擋層，鍍層阻擋層包括Fe-Al和Fe-Al-Si合金，鍍層阻擋層的厚度≤5μm。
可選地，鍍鋁鋼板的鍍層厚度為5~50μm。
可選地，按品質百分比計，鍍鋁鋼板的基板元素組成包括：C：0.05~0.5%、Si：0.01~2.0%、Mn：0.3~3.0%、Al：0.005~0.3%、0.01%≤Ti＜0.1%、0.0005%≤B＜0.1%、0.05%≤Cr＜0.5%、0.0005%≤Nb＜0.1%，Fe。
可選地，按品質百分比計，鍍鋁鋼板的基板元素組成包括：C：0.05~0.5%、Si：0.01~2.0%、Mn：0.3~3.0%、Al：0.005~0.3%、0.01%≤Ti＜0.1%、0.0005%≤B＜0.1%、0.05%≤Cr＜0.5%、0.0005%≤Nb＜0.1%，餘量為Fe及不可避免的雜質。
可選地，在不可避免的雜質中，按品質百分比計，控制P＜0.3%，S＜0.1%，V＜0.1%。
本發明還提供了一種上述鍍鋁鋼板的製造方法，包括以下步驟： 冶煉； 軋製； 連退熱鍍，退火溫度為710~780℃，鍍液溫度為600~660℃，鍍液溫度-鋼板入鍋溫度≤5℃，鋼板出鍋後冷卻，從鋼板出鍋溫度至鍍層凝固溫度的平均冷卻速度＞15℃/s，從鋼板出鍋溫度至200℃的平均冷卻速度為10~30℃/s。
可選地，鍍液的化學元素組成按品質計包括：Si：5~11%、Mg：0.5~20%。
可選地，鍍液還包括Zn，按品質百分比計，Zn：1~10%。
可選地，上述鍍液的餘量為Al及不可避免的雜質。
可選地，軋製步驟包括熱軋，熱軋的卷取溫度≤630℃。
可選地，軋製步驟包括冷軋，冷軋的變形量為10~70%。
本發明還提供了一種熱成形部件，由上述鍍鋁鋼板製造。
可選地，熱成形部件包括部件表面層和部件內部層，部件表面層的Mg的品質百分比/部件內部層的Mg的品質百分比≥5，熱成形部件的心部硬度HV1≥300。
本發明還提供了一種上述熱成形部件的製造方法，包括以下步驟： 將鍍鋁鋼板加工成坯料； 對坯料進行熱處理，熱處理的加熱方式為一段式加熱或階梯式加熱，當熱處理的加熱方式為一段式加熱時，加熱終止溫度為900~1000℃中的某一個溫度，總加熱時間為10~600s；當熱處理的加熱方式為階梯式加熱時，加熱終止溫度包括700~1000℃中的多個溫度，總加熱時間為1~15min，其中，多個溫度中的最高溫度為900~1000℃中的某一個溫度，坯料在900~1000℃之間的時間為10~600s； 將坯料轉移至模具進行熱成形，坯料轉移至模具時的溫度≥650℃，模具冷卻速度≥30℃/s。
可選地，熱成形的工藝為熱衝壓或熱輥壓。
可選地，將鍍鋁鋼板加工成坯料前，還要進行變厚軋製步驟。
以下由特定的具體實施例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭示的內容輕易地瞭解本發明的其他優點及功效。雖然本發明的描述將結合較佳實施例一起介紹，但這並不代表此發明的特徵僅限於該實施方式。恰恰相反，結合實施方式作發明介紹的目的是為了覆蓋基於本發明的專利保護範圍而有可能延伸出的其它選擇或改造。為了提供對本發明的深度瞭解，以下描述中將包含許多具體的細節。本發明也可以不使用這些細節實施。此外，為了避免混亂或模糊本發明的重點，有些具體細節將在描述中被省略。需要說明的是，在不衝突的情況下，本發明中的實施例及實施例中的特徵可以相互組合。
應注意的是，在本說明書中，相似的標號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，一旦某一項在一個附圖中被定義，則在隨後的附圖中不需要對其進行進一步定義和解釋。
在本實施例的描述中，需要說明的是，術語“內”等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，或者是該發明產品使用時慣常擺放的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明的實施方式作進一步地詳細描述。
本發明提供了一種鍍鋁鋼板，包括基板和基板表面的鍍層，鍍層的微觀組織包括Mg 2Si相和AlMgSiFe相，Mg 2Si相的平均晶粒直徑為0.001~5μm。
鍍層中的Mg 2Si相和AlMgSiFe相的形成，可以降低以Al為主要成分的鍍層中Al相或Al-Si相的比例，打破這些含Al相在鍍層表面的聚集，使其盡可能地分散，以減少熱處理過程中鋁的熔化，緩解熱處理過程中鋁的熔化黏輥問題，使鍍鋁鋼板能適用更快的加熱速率，以提升生產效率，同時，降低熔融鋁在熱處理過程中與空氣中的H 2O反應生成H 2的概率，減少熱處理過程的氣氛中H 2的含量，從而緩解氫脆風險。
在本發明的實施例中，品質較好的鍍層裡Mg 2Si相的平均晶粒直徑為0.001~5μm，Mg 2Si相的平均晶粒直徑越小，其越易分佈於鍍層表面，更加有利於降低氫脆風險。
可選地，鍍層包括鍍層表面層，鍍層表面層包含Mg 2Si相和AlMgSiFe相。
鍍層主要由Al相和富Si相組成，Mg 2Si相和AlMgSiFe相呈簇狀或網路狀均勻分佈於鍍層表面層中。由於含Mg的相容易在鍍層表面聚集，因此鍍層中的Mg 2Si相和AlMgSiFe相在熱處理過程中優先分佈在鍍層表面，可以有效阻擋鍍層外部氣氛中的H 2向基板擴散或滲透，能進一步降低氫脆風險。
上述鍍層還包括鍍層阻擋層，鍍層阻擋層包括Fe-Al和Fe-Al-Si合金，鍍層阻擋層的厚度≤5μm。
當以Fe為主要成分的基板浸入以Al、Si為主要成分的鍍液中時，熔融狀態的Al、Si和Fe會自然地合金化，在基板表面形成以Fe-Al和Fe-Al-Si合金為主的鍍層阻擋層，這樣鍍層阻擋層的兩邊分別是鋼板的基板和鍍層表面層。在實際生產的過程中，可以通過調節鋼板在鍍液中浸漬的時間等條件來調節鍍層阻擋層的厚度，在本發明的實施例中，鍍層阻擋層的厚度應當控制在5μm以內，如果鍍層阻擋層的厚度過大的話，會影響鍍層在冷卻過程中組織的變化，例如造成Mg 2Si相和AlMgSiFe相無法形成、晶粒過大，甚至可能導致後續熱成形的過程中鍍層表面層的脫落。
可選地，鍍鋁鋼板的鍍層厚度為5~50μm。
在實際生產的過程中，鍍層的厚度可以通過調節基板在鍍液中的浸漬時間以及氣刀的氣流強度等來控制。浸漬時間越長，鍍層越厚；氣刀的氣流強度越大，鍍層越薄。
可選地，按品質百分比計，鍍鋁鋼板的基板元素組成包括：C：0.05~0.5%、Si：0.01~2.0%、Mn：0.3~3.0%、Al：0.005~0.3%、0.01%≤Ti＜0.1%、0.0005%≤B＜0.1%、0.05%≤Cr＜0.5%、0.0005%≤Nb＜0.1%，Fe。
可選地，按品質百分比計，鍍鋁鋼板的基板元素組成包括：C：0.05~0.5%、Si：0.01~2.0%、Mn：0.3~3.0%、Al：0.005~0.3%、0.01%≤Ti＜0.1%、0.0005%≤B＜0.1%、0.05%≤Cr＜0.5%、0.0005%≤Nb＜0.1%，餘量為Fe及不可避免的雜質。
在基板元素組成中，P、S、V元素為不可避免的雜質，在基板中的含量越少越好，具體地，在本申請的實施例中，按品質百分比計，控制P＜0.3%，S＜0.1%，V＜0.1%。
本發明還提供了一種上述鍍鋁鋼板的製造方法，包括以下步驟： 冶煉； 軋製； 連退熱鍍，退火溫度為710~780℃，鍍液溫度為600~660℃，鍍液溫度-鋼板入鍋溫度≤5℃，鋼板出鍋後冷卻，從鋼板出鍋溫度至鍍層凝固溫度的平均冷卻速度＞15℃/s，從鋼板出鍋溫度至200℃的平均冷卻速度為10~30℃/s。
若退火溫度低於710℃，可能會影響鋼板可鍍性，造成漏鍍或鍍層附著力差；若退火溫度高於780℃，可能會造成能源浪費，進一步可能影響鋼板表面狀態，而表面狀態的變化可能影響鍍層表面品質，並且會影響鍍層中Mg2Si相的晶粒大小以及AlMgSiFe相的形成。
鍍液溫度會影響熔融態的Al與Fe的合金化反應，進而影響鍍層阻擋層的組分和厚度。本申請中將鍍液溫度控制在600~660℃，並且控制鋼板入鍋溫度略低於鍍液溫度都是為了獲得厚度和組織適宜的鍍層阻擋層，進一步確保在後續加工過程中鍍層表面層中形成需要的AlMgSiFe相和Mg 2Si相，以及避免鍍層表面層脫落。
鍍液溫度太高或太低、鋼板入鍋溫度與鍍液溫度的差距太大都會影響鍍層表面品質及鍍層中Mg 2Si相的晶粒大小以及AlMgSiFe相的形成，導致Mg 2Si相的平均晶粒直徑＞5μm和/或AlMgSiFe相無法形成。鍍層中Mg 2Si相的平均粒徑過大，鍍層表面會明顯粗糙，影響鋼板外觀。
從鋼板出鍋溫度至鍍層凝固溫度的平均冷卻速度以及從鋼板出鍋溫度至200℃的平均冷卻速度都很重要，若這兩個冷卻速度太慢，Al-Si相生長速度會過快，從而會抑制Mg 2Si相和AlMgSiFe相的形成，以至於不能實現本申請中要克服鍍鋁鋼板在熱成形過程中遇到的熔融黏輥和氫脆風險的問題，同時，冷卻速度過慢鍍層中會析出大晶粒的Mg 2Si相和AlMgSiFe相，導致鍍層表面粗糙影響產品外觀；若這兩個冷卻速度太快，可能造成鋼板強度過高損害延伸率或者帶來其他次生災害，如表面擦劃傷等。
鋼板入鍋溫度可以根據鋼板厚度和寬度調整，鋼板入鍋溫度和鋼板出鍋後的冷卻速度（包括從鋼板出鍋溫度至鍍層凝固溫度的平均冷卻速度以及從鋼板出鍋溫度至200℃的平均冷卻速度）適當的快可以進一步提升鍍層表面層中的Mg 2Si相、AlMgSiFe相的均勻分佈程度和晶粒細化程度。
在連退熱鍍過程中，對冷速的控制可以通過調節風機的功率來實現。
可選地，鍍液的化學元素組成按品質百分比計包括：Si：5~11%、Mg：0.5~20%。
鍍液中Si是必不可少的，其主要起到抑制阻擋層厚度的作用，若鍍液中Si含量過低，則阻擋層厚度會過厚，導致鋼板加工性較差；若鍍液中Si的含量高到一定程度，對阻擋層的抑制效果有限，同時會影響鍍液流動性，使生產難度變大，因此將鍍液中Si含量定為5～11%。鍍層中Mg的存在主要是為了提升耐蝕性，同時形成Mg 2Si相。鍍層中的Mg來自鍍液，鍍液中Mg含量超過一定值才能在冷卻時形成Mg 2Si相，但Mg在Al-Si鍍液中的溶解度有限，若鍍液中Mg含量過高，則Mg極易被氧化形成渣，造成生產困難，因此將鍍液中Mg含量定為0.5~20%。
可選地，鍍液還包括Zn，按品質百分比計，Zn：1~10%。鍍層中的Zn存在犧牲陽極的犧牲保護作用，可以增強鋼的耐腐蝕性。
可選地，鍍液的餘量為Al及不可避免的雜質。
可選地，軋製步驟包括熱軋，熱軋的卷取溫度≤630℃，若卷取溫度太高，可能造成鋼板表面氧化皮過厚，軋後酸洗時不能徹底去除，影響後續鍍鋁時鍍層的表面品質。
可選地，軋製步驟還包括冷軋，如果鋼板經過前述熱軋步驟不能滿足使用者使用場景的需求，進一步可以對熱軋後的熱軋鋼捲進行冷軋，在本申請的實施例中，控制冷軋的變形量為10~70%。
上述鍍鋁鋼板可以直接冷衝壓加工成形使用，也可以熱衝壓加工成形使用。
本發明還提供了一種熱成形部件，由上述鍍鋁鋼板製造。
可選地，熱成形部件包括部件表面層和部件內部層，部件表面層的Mg的品質百分比/部件內部層的Mg的品質百分比≥5，熱成形部件的心部硬度HV1≥300。
鍍鋁鋼板在熱成形的過程中，之前形成的鍍層表面層和鍍層阻擋層會轉變為熱成形部件的部件表面層和部件內部層，相應的組織也會發生變化，表面層由原來的Al-Si合金會變成Fe-Al-Si合金，原來的Fe-Al-Si合金阻擋層則會進一步發生合金化擴散，其中Fe的含量會進一步升高。部件內部層為熱成形部件的基板至鍍層中深色的富Fe層，鍍層中深色的富Fe層至鍍層表面為部件表面層。
Mg 2Si相和AlMgSiFe相分佈於鍍層表面層中，且Mg 2Si相和AlMgSiFe相在熱處理過程中依然會優先分佈在鍍層表面，熱處理後，Mg主要分佈於部件表面層中且部件表面層的Mg的品質百分比/部件內部層的Mg的品質百分比≥5，這是由Mg的聚集特性決定的。由於熱成形部件表面存在豐富的Mg，從而可以提高熱成形部件在運輸存儲過程中的耐紅鏽能力。
鍍鋁鋼板的基板在熱成形過後會變成熱成形部件的心部，熱成形部件心部的顯微組織含有馬氏體、貝氏體、鐵素體中的一種或多種，具體的組成、含量與基板成分及熱成形時的模具冷卻速度有關，心部最終得到的組織會影響熱成形部件的心部硬度。
本發明還提供了一種上述熱成形部件的製造方法，包括以下步驟： 將鍍鋁鋼板加工成坯料； 對坯料進行熱處理，熱處理的加熱方式為一段式加熱或階梯式加熱，當熱處理的加熱方式為一段式加熱時，加熱終止溫度為900~1000℃中的某一個溫度，總加熱時間為10~600s；當熱處理的加熱方式為階梯式加熱時，階梯式加熱終止溫度包括700~1000℃中的多個溫度，總加熱時間為1~15min，其中，多個溫度中的最高溫度為900~1000℃中的某一個溫度，坯料在900~1000℃之間的保持時間為10~600s； 將坯料轉移至模具進行熱成形，坯料轉移至模具時的溫度≥650℃，模具冷卻速度≥30℃/s。在本申請的實施例中，對熱成形模具進行水冷，通過調節冷卻水的流量、流速和壓力等條件來控制模具的冷卻速度。
當熱處理的加熱方式為一段式加熱時，加熱終止溫度為900~1000℃中的某一個溫度，總加熱時間為坯料開始加熱至結束的時間。當熱處理的加熱方式為階梯式加熱時，階梯式加熱終止溫度包括700~1000℃中的多個溫度，總加熱時間為坯料開始加熱至結束的時間。不論是一段式加熱還是階梯式加熱，都需要最終的加熱終止溫度在900℃以上，以確保鋼被完全奧氏體化，為冷卻過程中形成需要的組織做準備。加熱終止溫度的上限設置為1000℃是為了節能。
可選地，熱成形的工藝為熱衝壓或熱輥壓。
可選地，將鍍鋁鋼板加工成坯料前，還要進行變厚軋製步驟。 實施例 1-6 及對比例 1-2
通過下述製造方法，製造實施例1-6及對比例1-2的鍍鋁鋼板及熱成形部件。
步驟1、冶煉，得到元素組成如表1所示的基板。
步驟2、軋製，得到軋製後的鋼板；軋後要進行酸洗，以去除鋼板表面的氧化層。
步驟3、連退熱鍍，將軋製後的鋼板進行連續退火，然後將連續退火後的鋼板入鍋（浸入鍍液），浸鍍完成的鋼板出鍋冷卻，得到鍍鋁鋼板。
軋製和連退熱鍍的具體工藝參數如表2所示。
步驟4、將鍍鋁鋼板加工成坯料。
步驟5、將坯料進行熱處理。
步驟6、將熱處理後的坯料轉移至模具進行熱成形，得到熱成形部件。
熱處理及熱成形的具體工藝參數如表3所示。
按照下述測試方法，測試實施例1-6及對比例1-2的鍍鋁鋼板及熱成形部件，測試結果如表2及表3所示。
1)     Mg 2Si相的平均晶粒直徑（μm） 採用截點法計算得到晶粒度，平均晶粒直徑=長度/截取部分的晶粒數。
2)     AlMgSiFe相是否存在 採用EVO10蔡司掃描電鏡進行觀察，結合EDS能譜分析，“√”表示存在，“/”表示不存在。
3)     黏輥現象是否出現 通過目測方式進行判斷：“×”表示未出現，“√”表示出現。
4)     耐氫脆能力 通過G4-PHONEX微量氫濃度分析儀對熱成形部件的氫含量進行評估，升溫溫度最高不超過400℃，記錄氫的釋放量，釋放量越大，耐氫脆能力越差，5級表示最好，1級表示最差。
5)     部件表面層的Mg的品質百分比/部件內部層的Mg的品質百分比 採用GDS850A輝光光譜儀進行測試，其中，部件內部層為熱成形部件的基板至鍍層中深色的富Fe層，鍍層中深色的富Fe層至鍍層表面為部件表面層。
6)     耐紅鏽能力 採用中性鹽霧試驗進行評估，待評估的熱成形部件不帶電泳塗裝漆膜，24h後根據出紅鏽的程度判斷，紅鏽覆蓋程度5%以下為最好。本實驗中5級表示最好，1級表示最差。
7)     心部硬度HV1 根據GB/T 4340.1-2009標準測定熱成形部件的維氏硬度。 採用Zeiss場發射電鏡對本發明實施例2得到的鍍鋁鋼板的鍍層進行掃描得到圖1。 採用GDS850A輝光光譜儀測試本發明實施例2所得的熱成形部件，得到反映Mg的品質百分比隨鍍層深度變化的圖2。
表1示出實施例1-6以及對比例1-2中基板化學元素的組成。 表1.（%，餘量為Fe及除P、S、V外其他不可避免的雜質）
編號 C Si Mn P S Al Ti B Cr Nb V
實施例1 0.05 0.05 1.90 0.059 0.038 0.006 0.090 0.0005 0.05 0.0031 0.0051
實施例2 0.23 0.23 1.19 0.015 0.001 0.04 0.010 0.0040 0.23 0.0010 0.0010
實施例3 0.29 0.50 2.51 0.024 0.04 0.08 0.027 0.0052 0.21 0.0005 0.0022
實施例4 0.36 0.36 1.50 0.044 0.03 0.07 0.05 0.0062 0.41 0.0062 0.0012
實施例5 0.50 0.48 0.40 0.081 0.02 0.05 0.090 0.0071 0.20 0.071 0.0021
實施例6 0.15 1.80 2.90 0.039 0.038 0.29 0.090 0.0031 0.15 0.0031 0.0031
對比例1 0.23 0.23 1.19 0.015 0.001 0.04 0.030 0.0040 0.23 0.0010 0.0010
對比例2 0.20 0.20 1.31 0.024 0.004 0.08 0.027 0.0052 0.21 0.0005 0.0022
表2示出實施例1-6以及對比例1-2中鋼板的軋製、連退熱鍍過程的工藝參數、鍍液的元素組成以及鍍層的微觀組織、厚度。 表2.
編號 軋製 連退熱鍍 鍍層
熱軋卷取溫度/℃ 冷軋變形量/% 退火溫度/℃ 鍍液溫度/℃ 鋼板入鍋溫度/℃ 鍍液溫度-鋼板入鍋溫度/℃ 從鋼板出鍋溫度至鍍層凝固溫度的平均冷卻速度/℃/s 從鋼板出鍋溫度至200℃的平均冷卻速度/℃/s 鍍液的化學元素組成 Mg 2Si相的平均晶粒直徑/μm AlMgSi Fe相 厚度/μm
Si/% Mg/% Zn/%
實施例1 600 60 710 600 605 5 16 10 5 0.5 / 5 √ 5
實施例2 630 50 730 620 620 0 18 15 9 1 / 4 √ 20
實施例3 610 45 750 630 633 3 20 18 7 5 5 3 √ 17
實施例4 550 40 760 650 645 5 25 20 8 10 10 2 √ 28
實施例5 500 10 780 650 650 0 30 25 9 15 1 2 √ 30
實施例6 600 70 770 660 660 0 35 30 11 20 5 1 √ 50
對比例1 600 50 730 620 620 0 10 10 9 / / / / 20
對比例2 630 60 750 650 670 20 5 8 8 0.3 7 / / 23
表3示出實施例1-6以及對比例1-2中鍍鋁鋼板的熱處理的工藝參數、是否出現黏輥現象及熱成形的工藝參數及熱成形部件的性能。 表3.
編號 熱處理 熱成形 熱成形部件
加熱方式 加熱終止溫度/℃ 總加熱時間/min 最高加熱溫度 /℃ 設定溫度在900~1000℃之間的時間/s 黏輥現象 坯料轉移至模具時的溫度/℃ 模具冷卻速度℃/s 耐氫脆能力 部件表面層的Mg的品質百分比/部件內部層的Mg的品質百分比 耐紅鏽能力 心部硬度HV1
實施例1 一段式 900 1 900 60 × 650 30 4 5 4 305
實施例2 階梯式 720-930 6 930 300 × 680 38 5 6 4 400
實施例3 階梯式 750-945 5 945 240 × 700 37 4 7 5 450
實施例4 階梯式 760-950 5 950 180 × 780 50 5 8 5 470
實施例5 階梯式 750-910 15 910 600 × 750 60 5 9 5 480
實施例6 階梯式 700-1000 2.5 1000 10 × 700 70 5 10 5 350
對比例1 階梯式 720-930 6 930 300 √ 600 25 2 / 2 250
對比例2 階梯式 720-930 6 930 250 √ 600 25 2 3 3 250
由表1-3可知，實施例1-6得到的鍍鋁鋼板，鍍層的微觀組織包括Mg 2Si相和AlMgSiFe相，且Mg 2Si相的平均晶粒直徑為1~5μm，在熱處理過程中，未出現熔化黏輥現象，且實施例1-6得到的熱成形部件耐氫脆能力優良，部件表面層的Mg的品質百分比/部件內部層的Mg的品質百分比≥5，熱成形部件的耐紅鏽能力優良，心部硬度HV1≥300。
圖1為本發明實施例2的鍍鋁鋼板的鍍層的掃描圖譜，可以看出，鍍層的微觀組織包括Mg 2Si相和AlMgSiFe相。圖2示出本發明實施例2的熱成形部件中Mg的品質百分比隨鍍層深度的變化，可以看出，越接近鍍層表面，Mg的品質百分比越高。
對比例1的從鋼板出鍋溫度至鍍層凝固溫度的平均冷卻速度太慢，僅為10℃/s，且鍍液的化學元素組成中不含Mg，鍍鋁鋼板的鍍層中不含Mg 2Si相和AlMgSiFe相，熱處理過程中出現熔化黏輥現象，坯料轉移至模具時的溫度過低，僅為600℃，模具冷卻速度過低，僅為25℃/s，熱成形部件的耐氫脆能力及耐紅鏽能力較差，心部硬度HV1僅為250。
對比例2的鍍液溫度-鋼板入鍋溫度所得之差過大，該差值為20℃，且從鋼板出鍋溫度至鍍層凝固溫度的平均冷卻速度太慢，僅為5℃/s，從鋼板出鍋溫度至200℃的平均冷卻速度太慢，僅為8℃/s，鍍液的化學元素組成中Mg的含量僅為0.3%，不含Mg 2Si相及AlMgSiFe相，熱處理過程中出現熔化黏輥現象，坯料轉移至模具時的溫度過低，僅為600℃，模具冷卻速度過低，僅為25℃/s，熱成形部件的耐氫脆能力較差，部件表面層的Mg的品質百分比/部件內部層的Mg的品質百分比僅為3，耐紅鏽能力較差，心部硬度HV1僅為250。
由於對比例1和2中的鋼板在連退熱鍍以及熱成形處理過程中的工藝參數沒有進行合理控制，導致最終獲得的熱成形部件不具備本申請期望的性能。
綜上所述，本發明提供一種鍍鋁鋼板、熱成形部件及製造方法，可緩解鍍鋁鋼板在熱處理過程中的熔化黏輥問題並降低氫脆風險，同時提高熱成形部件的耐紅鏽能力。
雖然通過參照本發明的某些優選實施方式，已經對本發明進行了圖示和描述，但本領域的普通技術人員應該明白，以上內容是結合具體的實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限於這些說明。本領域技術人員可以在形式上和細節上對其作各種改變，包括做出若干簡單推演或替換，而不偏離本發明的精神和範圍。
1:Mg 2Si相 2:AlMgSiFe相
圖1示出本發明實施例2的鍍鋁鋼板的鍍層的掃描圖譜；
圖2示出本發明實施例2的熱成形部件的鍍層中Mg的品質百分比隨鍍層深度的變化。
1:Mg2Si相
2:AlMgSiFe相

Claims (18)

  1. 一種鍍鋁鋼板，其特徵在於，包括基板和所述基板表面的鍍層，所述鍍層的微觀組織包括Mg2Si相和AlMgSiFe相，所述Mg2Si相的平均晶粒直徑為0.001~5μm。
  2. 根據請求項1所述的鍍鋁鋼板，其中所述鍍層包括鍍層表面層，所述鍍層表面層包含所述Mg2Si相和所述AlMgSiFe相。
  3. 根據請求項2所述的鍍鋁鋼板，其中所述鍍層還包括鍍層阻擋層，所述鍍層阻擋層包括Fe-Al和Fe-Al-Si合金，所述鍍層阻擋層的厚度
    Figure 110149205-A0305-02-0016-1
    5μm。
  4. 根據請求項1所述的鍍鋁鋼板，其中所述鍍層的厚度為5~50μm。
  5. 根據請求項1所述的鍍鋁鋼板，其中按品質百分比計，所述鍍鋁鋼板的基板元素組成包括：C：0.05~0.5%、Si：0.01~2.0%、Mn：0.3~3.0%、Al：0.005~0.3%、0.01%
    Figure 110149205-A0305-02-0016-2
    Ti<0.1%、0.0005%
    Figure 110149205-A0305-02-0016-3
    B<0.1%、0.05%
    Figure 110149205-A0305-02-0016-5
    Cr<0.5%、0.0005%
    Figure 110149205-A0305-02-0016-6
    Nb<0.1%、Fe。
  6. 根據請求項5所述的鍍鋁鋼板，其中按品質百分比計，所述鍍鋁鋼板的基板元素組成包括：C：0.05~0.5%、Si：0.01~2.0%、Mn：0.3~3.0%、Al：0.005~0.3%、0.01%
    Figure 110149205-A0305-02-0016-7
    Ti<0.1%、0.0005%
    Figure 110149205-A0305-02-0016-8
    B<0.1%、0.05%
    Figure 110149205-A0305-02-0016-9
    Cr<0.5%、0.0005%
    Figure 110149205-A0305-02-0016-10
    Nb<0.1%，餘量為Fe及不可避免的雜質。
  7. 根據請求項6所述的鍍鋁鋼板，其中在所述不可避免的雜質中，按品質百分比計，控制P<0.3%，S<0.1%，V<0.1%。
  8. 一種請求項1~7中任一項所述的鍍鋁鋼板的製造方法，其特徵在於，包括以下步驟：冶煉；軋製；連退熱鍍，退火溫度為710~780℃，鍍液溫度為600~660℃，鍍液溫度-鋼板入鍋溫度
    Figure 110149205-A0305-02-0017-11
    5℃，鋼板出鍋後冷卻，從鋼板出鍋溫度至鍍層凝固溫度的平均冷卻速度>15℃/s，從鋼板出鍋溫度至200℃的平均冷卻速度為10~30℃/s。
  9. 根據請求項8所述的鍍鋁鋼板的製造方法，其中所述鍍液的化學元素組成按品質百分比計包括：Si：5~11%、Mg：0.5~20%。
  10. 根據請求項9所述的鍍鋁鋼板的製造方法，其中所述鍍液還包括Zn，按品質百分比計，Zn：1~10%。
  11. 根據請求項9或10所述的鍍鋁鋼板的製造方法，其中所述鍍液的餘量為Al及不可避免的雜質。
  12. 根據請求項8所述的鍍鋁鋼板的製造方法，其中所述軋製步驟包括熱軋，所述熱軋的卷取溫度
    Figure 110149205-A0305-02-0017-12
    630℃。
  13. 根據請求項12所述的鍍鋁鋼板的製造方法，其中所述軋製步驟包括冷軋，所述冷軋的變形量為10~70%。
  14. 一種熱成形部件，其特徵在於，由請求項1~7中任一項所述的鍍鋁鋼板製造。
  15. 根據請求項14所述的熱成形部件，其中所述熱成形部件包括部件表面層和部件內部層，所述部件表面層的Mg的品質百分比/所述部件內部層的Mg的品質百分比
    Figure 110149205-A0305-02-0018-13
    5，所述熱成形部件的心部硬度HV1
    Figure 110149205-A0305-02-0018-14
    300。
  16. 一種請求項14~15中任一項所述的熱成形部件的製造方法，其特徵在於，包括以下步驟：將所述鍍鋁鋼板加工成坯料；對坯料進行熱處理，所述熱處理的加熱方式為一段式加熱或階梯式加熱，當所述熱處理的加熱方式為一段式加熱時，加熱終止溫度為900~1000℃中的某一個溫度，總加熱時間為10~600s；當所述熱處理的加熱方式為階梯式加熱時，加熱終止溫度包括700~1000℃中的多個溫度，總加熱時間為1~15min，其中，所述多個溫度中的最高溫度為900~1000℃中的某一個溫度，坯料在900~1000℃之間的時間為10~600s；將坯料轉移至模具進行熱成形，坯料轉移至模具時的溫度
    Figure 110149205-A0305-02-0018-15
    650℃，模具冷卻速度
    Figure 110149205-A0305-02-0018-16
    30℃/s。
  17. 根據請求項16所述的熱成形部件的製造方法，其中所述熱成形的工藝為熱衝壓或熱輥壓。
  18. 根據請求項16或17所述的熱成形部件的製造方法，其中將所述鍍鋁鋼板加工成坯料前，還要進行變厚軋製步驟。
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