耐剥离性优异的HPF成型部件及其制造方法与流程

本发明涉及一种耐剥离性优异的hpf成型部件的制造，更详细地，涉及对表面上具有热浸镀铝层的热浸镀铝钢板进行合金化热处理时，通过控制热处理条件仅形成单一的软质扩散层，从而耐剥离性优异的一种hpf成型部件及其制造方法。

背景技术：

近年来，逐渐加强用于保护汽车乘客的各种安全法规，并且作为由地球环境问题引发的提高汽车燃油效率的对策之一，用于汽车的部件的强度提高和轻量化变得越来越重要。

为此，在部件的制造中采用如下热压成型法：以预定温度(例如，成为奥氏体相的温度)加热钢板，从而降低强度，然后在低于钢板温度(例如，室温)的模具中成型，从而在赋予形状的同时，进行利用二者的温度差的快速冷却热处理(淬火)，以确保成型后的强度。此外，这种热压成型法被称为热压法、热成型法、热冲压法、热压印法、模压淬火法等各种名称。

如上所述，使用模具进行热压成型(例如，热冲压加工)时，将钢板加热至(ac1相变点～ac3相变点)的两相区温度或ac3相变点以上的单相区温度，以在软化的状态下开始成型。即，将处于高温状态的钢板夹在冲模与压边圈之间的状态下，通过冲头将钢板推进冲模孔内，缩小钢板的外径的同时，将钢板成型为对应于冲头的外形的形状。此外，进行成型的同时冷却冲头及冲模，以使钢板散热到模具及冲模的同时，在成型下死点进一步保持并进行冷却，从而对材料进行淬火。通过实施上述的成型法，能够获得尺寸精度优异的1500mpa级的成型品，并且通过冷成型制造相同强度级别的部件的情况相比，能够降低成型负荷，因此即使冲压机的容量较小也可行。

所述热压成型法作为如下的成型法受到瞩目，即，一般不仅能够得到1000mpa以上的超高强度产品，而且产品的尺寸或精度也非常优异的成型法。此外，其基础材料为登载于欧洲en标准的22mnb5，即相当于以0.22％c-1.2％mn-50ppm以下b的成分体系为基础且具有共同添加ti和cr的成分体系的热处理钢，其特征在于，利用除了铝之外还含有9～10重量％的si及2.0～3.5重量％的铁(fe)的铝合金进行热浸镀。

但是，将这种热浸镀铝合金钢板进行热压成型时，通常镀层会转变成多个金属间化合物层的同时，镀层的厚度也会增加。例如，从铁向表面方向形成由fe3al、feal、feal2、fe2al5、feal3等fe-al类氧化物组成的多个金属间化合物层。所述金属间化合物层大体由扩散层和合金层构成。扩散层为软质，合金层为硬质，因此在热压成型加工时，在扩散层和合金层的界面上发生断裂。由此镀层被剥离并以细微的粉末形状堆积在模具上，并且根据不同的情况会附着于模具上，从而成为成型部件的尺寸变动、表面凹痕(dent)的引发、模具的修改、切削加工等各种原因，并存在需要承担额外的费用的问题。

因此，当汽车等中使用镀铝钢板时，持续要求能够抑制这种热压成型之后的镀层裂纹的产生和剥离的方法。

具体地，韩国公开专利kr2010-0082537号公报中公开了一种热压成型产品及其制造方法，其中将热轧钢板或冷轧钢板制造成镀铝钢板时，使镀浴条件最优化，并且在制造热压成型产品的步骤中，通过控制其制造工艺[将加热温度及加热时间控制为与现有的镀铝钢板相比更低的加热温度和更短的保持时间]来增加防止裂纹传播的(fe3al+feal)合金相层，并相对减少成为裂纹产生原因的fe2al5层，以抑制裂纹传播。但是，所述公报中公开的技术中存在如下局限，即，所形成的合金相(fe3al+feal)的裂纹防止能力不足，并且只要存在产生裂纹的合金相(fe2al5)层，就无法避免合金层的剥离。即，仍会产生细微的粉末形状的剥离，并且引发模具附着的原因、表面凹痕(dent)的引发等问题。

因此，需要开发能够克服如上所述的问题并具有优异的冲压成型性的hpf成型部件。

技术实现要素：

要解决的技术问题

因此，为了解决上述的现有技术中存在的问题，本发明的目的在于，提供对表面上具有热浸镀铝层的热浸镀铝钢板进行合金化热处理时，通过控制热处理条件仅形成软质的单一扩散层，从而耐剥离性优异的一种hpf成型部件。

此外，本发明的目的在于，提供一种所述hpf成型部件的制造方法。

但是，本发明所要解决的问题并不限定于以上提及的问题，对于未提及的其他问题，本发明所属技术领域的普通技术人员可以通过下面的记载清楚地理解。

技术方案

用于实现上述目的的本发明涉及一种耐剥离性优异的hpf成型部件，其特征在于，所述hpf成型部件在基础钢板的表面上形成热浸镀铝层，所述基础钢板以重量％计，包含：c：0.18～0.25％、si：0.1～0.5％、mn：0.9～1.5％、p：0.03％以下、s：0.01％以下、al：0.01～0.05％、cr：0.05～0.5％、ti：0.01～0.05％、b：0.001～0.005、n：0.009％以下、余量的fe及其他杂质，所述镀层仅由单一的软质扩散层构成，所述软质扩散层由固溶al的α-fe构成，并且所述扩散层的硬度为300～600(hv)。

所述基础钢板可以是冷轧钢板或热轧钢板。

所述扩散层的厚度优选为2～40μm，更优选为2～10μm范围。

所述扩散层以自身的重量％计，优选包含1.0～5.0％的si、mn、al中的一种或两种以上。

所述扩散层以自身的重量％计，优选包含0.2～1.0％的cr、mo、ti中的一种或两种以上。

所述基础钢板优选进一步包含0.001～0.5％的mo+w。

此外，所述基础钢板优选进一步包含0.001～0.4％范围的nb、zr或v中的一种以上之和。

此外，所述基础钢板优选进一步包含0.005～2.0％范围的cu+ni。

此外，所述基础钢板优选进一步包含0.03％以下的sb、sn或bi中的一种以上。

此外，本发明涉及一种耐剥离性优异的hpf成型部件的制造方法，包括以下工序：准备具有如上所述的钢的组成成分的钢板；以550～850℃的温度加热所述钢板，然后将所述钢板浸渍于热浸镀铝液中进行热浸镀铝处理，所述热浸镀铝液保持640～680℃，所述热浸镀铝液的组成成分以重量％计，包含：si：1～11％、fe：小于3％、余量的al及其他不可避免的杂质；以900～990℃的温度加热所述热浸镀铝钢板，然后保持2～30分钟，以使其表面上的热浸镀铝层进行合金化；以及将所述合金化的热浸镀铝钢板进行热成型的同时，快速冷却至300℃以下的温度范围，从而制造hpf成型品。

优选地，所述合金化的镀层仅由单一的软质扩散层构成，所述软质扩散层由固溶al的α-fe构成，并且所述扩散层的硬度为300～600(hv)。

所述基础钢板可以是冷轧钢板或热轧钢板。

所述扩散层的厚度优选为2～40μm，更优选为2～10μm范围。

所述扩散层以自身的重量％计，优选包含1.0～5.0％的si、mn、al中的一种或两种以上。

所述扩散层以自身的重量％计，优选包含0.2～1.0％的cr、mo、ti中的一种或两种以上。

有益效果

如上述技术方案的本发明中，在hpf工艺的合金化热处理之后，使合金化的热浸镀铝层仅由软质的单一扩散层构成，所述扩散层由固溶al的α-fe构成，从而能够有效地提供热成型之后耐剥离性优异的hpf成型部件。

附图说明

图1是示出本实验中比较例2的常规的镀覆钢板的镀层的纵剖面组织照片。

图2是示出图1情况下的耐剥离性评价结果的照片。

图3是本发明的一个实施例(实施例1)的hpf成型后的钢板镀层的纵剖面照片。

图4是示出图3情况下的耐剥离性评价结果的照片。

最佳实施方式

下面，对本发明进行说明。

首先，对本发明的耐剥离性优异的hpf成型部件进行说明。本发明的hpf成型部件是基础钢板的表面上形成热浸镀铝层的结构，所述基础钢板以重量％计，包含：c：0.18～0.25％、si：0.1～0.5％、mn：0.9～1.5％、p：0.03％以下、s：0.01％以下、al：0.01～0.05％、cr：0.05～0.5％、ti：0.01～0.05％、b：0.001～0.005、n：0.009％以下、余量的fe及其他杂质。具体的钢的组成成分及限制原因如下。

c：0.18～0.25％

所述c是增加马氏体强度的必要元素。当c的含量小于0.18％时，难以得到用于确保耐冲撞特性的充分的强度。此外，当c的含量超过0.25％时，不仅会降低板坯的冲击韧性，而且还会降低hpf成型部件的焊接性。

因此，本发明中将所述c的含量优选限制为0.18～0.25重量％(下面，仅用％表示)。

si：0.1～0.5％

所述si提高钢的加工硬化性，并且在hpf之后对钢材的材质均匀化有效。当si的含量小于0.1％时，在加工硬化性、材质均匀化及向镀层的扩散方面无法实现充分的效果，当si的含量超过0.5％时，无法期待通过添加所得到的效果，并会导致成本的增加。因此，本发明中将si的含量优选限制为0.1～0.5％范围。

mn：0.9～1.5％

与cr、b等一样，所述mn是为了确保钢的淬透性而添加。当mn的含量小于0.9％时，难以确保充分的淬透性，从而可能会生成贝氏体，因此难以确保充分的强度。此外，当mn的含量超过1.5％时，不仅会使钢板的制造成本上升，而且随着mn在钢材内部偏析，会显著降低hpf成型部件的弯曲性。因此，本发明中将mn的含量优选限制为0.9～1.5％范围。

p：0.03％以下(不包含0％)

所述p是晶界偏析元素，并且其是阻碍hpf成型部件的很多特性的元素，优选尽可能以少量添加。当p的含量超过0.03％时，成型部件的弯曲特性、冲击特性及焊接性等变差，因此，将p含量的上限优选限制为0.03％。

s：0.01％以下(不包含0％)

所述s在钢中以杂质存在，其为阻碍成型部件的弯曲特性及焊接性的元素，优选尽可能以少量添加。当s的含量超过0.01％时，成型部件的弯曲特性及焊接性等变差，因此，将s含量的上限优选限制为0.01％。

al：0.01～0.05％

与si相似，所述al在炼钢中为了脱氧作用而添加。为了实现该目的，应添加0.01％以上的al，当al的含量超过0.05％时，其效果会饱和，而且使镀覆材料的表面质量变差，因此，将al含量的上限优选限制为0.05％。

cr：0.05～0.5％

与mn、b等一样，所述cr是为了确保钢的淬透性而添加。当所述cr的含量小于0.05％时，难以确保充分的淬透性，当cr的含量超过0.5％时，虽然能够确保充分的淬透性，但是其特性会饱和，而且会导致钢材的制造成本上升。因此，本发明中将所述cr的含量优选限制为0.05～0.5％范围。

ti：0.01～0.05％

所述ti与钢中以杂质残留的氮结合而生成tin，因此为了使确保淬透性所必要的固溶b残留而添加。当所述ti的含量小于0.01％时，难以充分期待其效果，当ti的含量超过0.05％时，不仅其特性会饱和，而且还会导致钢材的制造成本上升。因此，本发明中将所述ti的含量优选限制为0.01～0.05％范围。

b：0.001～0.005％

与mn及cr一样，所述b是为了确保hpf成型部件的淬透性而添加。为了实现所述目的，应添加0.001％以上，当b的含量超过0.005％时，不仅其效果会饱和，而且还会显著降低热轧性。因此，本发明中将所述b的含量优选限制为0.001～0.005％范围。

n：0.009％以下

所述n在钢中以杂质存在，优选尽可能以少量添加。当n的含量超过0.009％时，可能会导致钢材的表面不良，因此，将n含量的上限优选限制为0.009％。

接着，更优选地，形成本发明的hpf成型部件的基础钢板进一步包含以下成分。

mo+w：0.001～0.5％

所述mo和w为淬透性及析出强化元素，对进一步确保高强度有很大的效果。当mo和w的添加量之和小于0.001％时，无法得到充分的淬透性及析出强化效果，当mo和w的添加量之和超过0.5％时，不仅其效果会饱和，而且还会导致制造成本的上升。因此，本发明中将所述mo+w的含量优选限制为0.001～0.5％范围。

nb、zr或v中的一种以上之和：0.001～0.4％

所述nb、zr及v是提高钢板的强度、晶粒的微细化及热处理特性的元素。当所述nb、zr及v中的一种以上的含量小于0.001％时，难以期待如上所述的效果，当所述nb、zr及v中的一种以上的含量超过0.4％时，制造成本过度上升。因此，本发明中将所述元素的含量优选限制为0.001～0.4％。

cu+ni：0.005～2.0％

所述cu是通过生成细微的cu析出物来提高强度的元素，所述ni是提高强度及热处理性的有效元素。当所述成分之和小于0.005％时，无法得到所需的充分的强度，当所述成分之和超过2.0％时，操作性变差，并会导致制造成本的上升。因此，本发明中将cu+ni优选控制为0.005～2.0％。

sb、sn或bi中的一种以上为0.03％以下

所述sb、sn及bi是晶界偏析元素，当hpf加热时，浓缩于镀层与基础钢板的界面上，从而能够提高镀层的粘附性。通过提高镀层的粘附力，在热成型时能够有助于防止镀层的脱落。sb、sn及bi具有相似的特性，因此可以将三种元素混合使用，此时，将一种以上之和优选限制为0.03％以下。其原因在于，当所述成分之和超过0.03％时，在热成型时基础钢板的脆性可能会变差。

本发明的hpf成型部件还包括形成在具有上述的钢的组成成分的基础钢板表面上的热浸镀铝层，所述镀层在合金化热处理后仅由单一的软质扩散层构成，所述扩散层由固溶al的α-fe构成。

众所周知，一般在hpf中，热浸镀铝层在合金化热处理之后由软质的扩散层和如fe2al5化合物、fealsi化合物等硬质的合金层构成。但是，如上所述，扩散层为软质，合金层为硬质，因此在热压成型加工时，扩散层与合金层的界面上发生断裂，由此产生镀层剥离的问题。

因此，为了从根本上解决这种热浸镀铝层的剥离问题，本发明的特征在于，通过控制合金化热处理温度，使所述镀层仅由单一的扩散层构成，所述扩散层由固溶al的α-fe构成，而不是使所述镀层由软质层和硬质层混合构成。此外，此时，所述扩散层的硬度可以为300～600(hv)范围。

此外，本发明中，所述扩散层以自身的重量％计，优选包含1.0～5.0％的si、mn、al中的一种或两种以上。

此外，所述扩散层以自身的重量％计，优选包含0.2～1.0％的cr、mo、ti中的一种或两种以上。

此外，本发明中，所述扩散层的厚度优选为2～40μm，更优选为2～10μm范围。

接着，对本发明的耐剥离性优异的hpf成型部件的制造方法进行说明。

本发明的hpf成型部件的制造方法包括以下工序：准备具有如上所述的钢的组成成分的钢板；以550～850℃的温度加热所述钢板，然后将所述钢板浸渍于热浸镀铝液中进行热浸镀铝处理，所述热浸镀铝液保持640～680℃，所述热浸镀铝液的组成成分以重量％计，包含：si：1～11％、fe：小于3％、余量的al及其他不可避免的杂质；以900～990℃的温度加热所述热浸镀铝钢板，然后保持2～30分钟，以使其表面上的热浸镀铝层进行合金化；以及将所述合金化的热浸镀铝钢板进行热成型的同时，快速冷却至300℃以下的温度范围，从而制造hpf成型品。

首先，本发明中，准备具有如上所述的组成成分的钢板。本发明中，所述钢板可以是热轧钢板，也可以是冷轧钢板。

接着，本发明中，以550～850℃的温度加热所述钢板，然后将所述钢板浸渍于热浸镀铝液中进行热浸镀铝处理，所述热浸镀铝液保持640～680℃，所述热浸镀铝液的组成成分以重量％计，包含：si：1～11％、fe：小于3％、余量的al及其他不可避免的杂质。

首先，在退火炉中以550～850℃的温度加热所述钢板。对钢板进行退火的目的在于，使通过冷轧而硬质化的钢板容易进行加工，并不是为了确保最终的物理性质。当退火温度低于550℃时，由于是硬质化的组织，从而难以进行加工，由此在切割加工或成型加工时会引起尺寸变动。另一方面，当退火温度超过850℃时，发生加热设备的劣化和热能的浪费，因此不合适。

此外，将所述加热的钢板浸渍于热浸镀铝液中进行热浸镀铝处理，此时，镀液的温度优选为640～680℃范围。镀液的温度是考虑到熔融铝的相转变而设定的，优选地，镀覆时保持熔融状态，热浸镀之后快速相转变为凝固状态。但是，当所述热浸镀铝液的温度低于640℃时，罐中的镀铝液局部凝固，镀覆于钢板的镀铝层在初期凝固，因此镀覆质量会差。另一方面，当镀液的温度超过680℃时，镀液罐被快速侵蚀，因此不合适。

另外，本发明中，所述热浸镀铝液的组成优选为1～11重量％的si、小于3重量％的fe、余量的al及其他杂质。本发明中，所述热浸镀铝液中的si成分参与镀铝钢板的制造和高温成型热处理时的钢板及镀层的合金化，当si的含量小于1％时，镀铝钢板上形成较厚的合金层，从而在进行切割及冲裁(blanking)操作时，镀层可能会剥离。另一方面，当si的含量超过11％时，因合金化的延迟，存在无法实现单一扩散层的问题。

此外，本发明中，对所述热浸镀锌钢板进行冷却之后，也可以以0.5～3％的延伸率进行平整轧制(spm)。

接着，本发明中，以900～990℃的温度加热所述热浸镀铝钢板，然后保持预定时间，以使其表面上的热浸镀铝层进行合金化。

即，所述镀铝钢板装入具有900～990℃的氛围温度的加热炉中，以900～990℃进行热处理。所述加热炉的氛围温度可以与装入的钢板的温度不一致，核心因素为钢板的温度。但是，与直接调节钢板的温度相比，调节氛围温度更为方便。当钢板的温度低于900℃时，若加热短时间，则不会生成合金层，若加热长时间，则会具有扩散层和合金层的双层结构，并且加工时存在合金层剥离的问题。此外，当加热温度高时，产生能源的浪费，加热炉设备可能会劣化等，因此，加热温度优选低于990℃。

另外，加热时间是加热温度的因变量，为了使镀层仅由上述软质的单一扩散层构成，需要充分的时间。本发明中，所述总加热时间为2分钟～30分钟。当总加热时间少于2分钟时，存在不会生成单一扩散层的问题。当总加热时间最大超过30分钟时，奥氏体组织的均质化会饱和，并且单一扩散层的生成也会饱和。此外，当总加热时间超过30分钟时，存在生产性降低的问题。

通过如上所述的高温热处理，使形成在钢板表面上的热浸镀铝层进行合金化处理。如上所述，本发明中通过控制合金化热处理温度，使所述镀层仅由单一扩散层构成，所述扩散层由固溶al的α-fe构成，而不是使所述镀层由软质层和硬质层混合构成。此外，此时，所述扩散层的硬度优选为300～600(hv)。

此外，本发明中，所述扩散层以自身的重量％计，优选包含1.0～5.0％的si、mn、al中的一种或两种以上。

此外，所述扩散层以自身的重量％计，优选包含0.2～1.0％的cr、mo、ti中的一种或两种以上。

此外，本发明中，所述扩散层的厚度优选为2～40μm，更优选为2～10μm范围。

此外，所述加热的钢板从加热炉放置到模具的移送时间优选为20秒以内。其原因在于，若所述移送时间超过20秒，则钢板的温度会下降至铁素体相变的起始温度以下，不能确保所需的强度。优选为12秒以内。

接着，本发明中，将所述合金化的热浸镀铝钢板进行热成型的同时，快速冷却至300℃以下的温度范围，从而制造hpf成型品。即，经过合金化处理的钢板通过内部进行水冷的冲压成型模具进行成型处理，在钢板的温度达到300℃以下之后，从模具中取出加工部件，以结束hpf加工。热压之后，若在钢板的温度为300℃以上的状态下从模具取出成型部件，则可能会产生热应力导致的变形。

具体实施方式

下面，通过实施例对本发明进行详细说明。

(实施例)

准备冷轧钢板，所述冷轧钢板以重量％计，包含：c：0.24％、si：0.264％、mn：1.29％、p：0.013％、s：0.0014％、al：0.041％、cr：0.129％、ti：0.032％、b：0.0024％、n：0.0038％，余量由fe及其他杂质组成。使准备的所述钢板通过连续热浸镀线，从而进行热浸镀铝。此外，此时，首先进行碱洗，然后以800℃的加热温度进行总加热时间为6分钟的加热，接着，冷却至660℃，然后浸渍于660℃的熔融铝液中进行热浸镀铝处理，以使镀覆附着量满足5～40μm范围。所述镀液由1～11重量％的si、fe、余量的铝及不可避免的杂质组成。

对如此制造的热浸镀铝钢板进行热压成型，此时，钢板在700℃～900℃的加热炉温度下进行总加热时间为2～30分钟的热处理，然后在3秒之内移动至水冷模具，进行冲压成型并保持10秒之后取出。对通过如上所述的工序制造的热压成型部件的合金层的剖面组织进行分析，并将其结果表示在下表1中。此外，通过三点弯曲试验来评价所制造的成型部件的耐剥离性，并将其结果表示在下表1中，测量各成型部件的镀层(合金层)的硬度，并表示在下表1中。另外，所述硬度表示利用显微硬度测量仪以1g的负荷条件测量的维氏(hv，1g)硬度值。

此外，下表1中的合金层的耐剥离性的评价是利用三点弯曲加工试验仪，将内角设为30度，在内侧粘贴胶带之后取下，并以粘附在胶带上的剥离状态进行了评价。具体进行如下评价。

[耐剥离性评价示例]

○：没有发生剥离，从而胶带上没有粘附剥离片。

▲：发生部分剥离，胶带上粘附少量剥离片。

x：发生剥离并粘附在胶带上。

[表1]

*表1中，扩散层表示由固溶al的α-fe构成的单一的软质扩散层，合金层表示包含fe2al5化合物和fealsi化合物的硬质的合金层。

如上表1所示，可以知道在本发明例1～7的情况下，镀层仅由单一的软质扩散层构成，所示扩散层由固溶al的α-fe构成，从而耐剥离性优异。图3和图4分别是表1中发明例的成型部件的剖面组织照片和评价耐剥离性的图，如图3所示，可以确认合金层为单一相的扩散层，并且如图4所示，可以知道完全没有发生剥离。

另外，图1和图2分别是比较例2的成型部件的纵剖面组织和评价耐剥离性的图，如图1所示，合金层由扩散层和硬质层混合构成，由此可以确认如图2所示发生很多剥离。图2中，中间黑色部分为剥离的物质。

此外，如表1所示，比较例1-2为扩散层和合金层的双层结构，维氏硬度均大幅超过600(hv)，或者如比较例3的情况，没有进行合金化，因此硬度小于300(hv)，而且存在不能稳定地生成马氏体的问题。

以上通过实施例对本发明进行了说明，但本发明所属技术领域的普通技术人员应能够理解在不脱离权利要求书中记载的本发明的思想及领域的范围内，可以对本发明进行各种修改及变更。