高温成型用超高强锌铝镁镀层钢板及其制造方法与流程

本发明涉及冶金热压成型技术，具体地指一种高温成型用超高强锌铝镁镀层钢板及其制造方法。

背景技术：

近年来，汽车热成形零件的市场需求呈爆发式增长趋势，热成型零件在白车身上的应用比例高达45％，预计未来五年将增长一倍以上。在较早的热成型技术中，钢板的表面没经过镀层处理，热成型过程中表面会发生一定程度的氧化，产生表面脱碳和氧化起皮现象，降低了生产效率，可采用铬喷丸的方法除去表面氧化物。

随着热成型技术的发展，镀层技术越来越多地应用于热成型钢。镀层可以防止成型过程中表面氧化和脱碳，还能提高漆装后的防腐蚀性能。目前已经开发出不同镀层的热冲压钢板，如：铝硅镀层(al-10％si)、热镀纯锌(gi)镀层、锌合金化(ga)镀层和电镀锌镍(zn-10％ni)镀层等。al-si镀层耐高温，但不具备切口保护性能；电镀锌镍(zn-10％ni)镀层具有较好的耐高温性和耐切口保护性能，其不足之处是价格较贵，生产率低；gi和ga镀层在热成型工艺中容易形成裂纹诱导钢基体开裂。因此，需要开发出一种耐高温成形的新型镀层超高强钢板，满足日益增长的用户使用需求。

us6296805b1和fr2833504a1公开了热处理后高耐蚀性热轧和冷轧al-si涂层板的生产方法，钢板化学成分为：c：0.2～0.7％、si：0.1～0.35％、mn：0.8～1.5％、p：不大于0.05％、s：不大于0.03％和al：不大于0.1％，此外还含有一种或多种选自以下的元素：ti不大于0.1％、cr：0.01～1％和b：0.0005～0.01％。jp2015514695和kr20090070150公开了镀铝钢板的热成型产品及制造方法，镀层化学成分为：si小于12％，cr小于0.7％，mo小于0.7％，镀层重量20～80g/m²。jp4724780和cn200480009561.2公开了镀层化学成分：40～70％al，3～15％si，fe。

jp2013503254公开了钢板化学成分：c：0.1～0.5％、si：0.05～0.50％、mn：0.8～3.0％、cr：0～1.0％，mo：0～0.05％，ti：0～0.02％，nb：0～0.1％，v：0～1.0％，b：0～0.01％，ni：0～2.0％。镀层化学成分：mn：0.15～0.5％，fe：9～12％，al：0.05～0.25％，zn。cn102851629b公开了一种热压成型用镀铝硅钢板及其制造方法，镀层化学成分：钢板表面镀有al-si镀层，其中镀层中按质量百分比al含量96～98％，si含量1.3～3.8％，稀土含量0.1～0.3％，合金层厚度≤5μm，合金层中的si含量控制在为3～6％。热镀工艺：钢板先采用nof炉进行预氧化处理；还原炉内气氛h2：20～50％，余量为n2；炉内露点控制在-20～-60℃；退火温度为800～850℃；镀液温度为680～750℃；钢板入锅温度为650～750℃，浸镀时间为2～5s；钢板从铝锅引出后到铝硅合金凝固点之间以≥120℃/s进行快速冷；然后再以30～100℃/s的速度冷却到420～480℃，然后在350～450℃之间进行10～300s的过时效退火处理。前述现有技术公开的均为al-si或zn-mn-fe镀层，因镀层成分及工艺局限，难以满足高耐蚀性的需求。

技术实现要素：

本发明的目的就是要提供一种高温成型用超高强锌铝镁镀层钢板及其制造方法，该钢板强度和耐腐蚀性高，且重量轻。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高温成型用超高强锌铝镁镀层钢板，钢板包括以下化学成分及其重量百分数：c：0.2～0.8％，si：0.08～0.6％，mn：1.5～5.0％，al≤0.08％，n≤0.005％，其余为fe和不可避免的杂质；镀层用镀液包括以下化学成分及其重量百分数：al：1.5～20％，mg：1.3～7％，其余为zn和不可避免的杂质。

进一步地，钢板包括以下化学成分及其重量百分数：c：0.25～0.53％，si：0.25～0.35％，mn：2.35～2.8％，al：0.034～0.06％，n：0.0028～0.0049％，其余为fe和不可避免的杂质。

进一步地，钢板还包括以下化学成分及其重量百分数：cr：0.1～2.0％，b：0.001～0.05％,及以下三种元素中的一种或几种：ti：0.01～1.0％、nb：0.01～0.1％、v：0.01～0.1％。

进一步地，镀层用镀液包括以下化学成分及其重量百分数：al：1.5～7％，mg：1.3～7％，且al/mg≥1，其余为zn和不可避免的杂质。

更进一步地，钢板的钢基组织包括体积百分数为95～100％的马氏体。

上述高温成型用超高强锌铝镁镀层钢板的制造方法，依次包括冶炼步骤，连铸步骤，热连轧步骤，冷连轧步骤，热浸镀步骤，光整步骤，高温成形步骤，其特征在于：所述热浸镀步骤中，将钢带在-60～30℃的露点范围内加热到780～840℃，然后在1＜体积百分数≤30％的h2氛围下，以10～30℃/s的冷却速度冷却至445～510℃，保温0～100s，随后浸镀到镀液中，镀液温度为440～480℃，最后以冷却速度≥30℃/s冷却至室温；所述高温成形步骤中，将板坯加热到完全奥氏体化，保温1～10min后进行高温冲压成型，并以10～30℃/s的冷却速度冷却至室温。

进一步地，钢板在高温成形前镀层表面包括三种组织：zn/al共晶组织、zn/al/zn2mg三元共晶组织及纯zn粒子；zn/al/zn2mg三元共晶组织的片层间距≤1μm；钢基与镀层之间由铝铁或铝铁锌金属间化合物构成，且厚度≤2μm。

进一步地，所述热连轧步骤中，控制终轧温度为800～880℃，总压下率为60～95％，卷取温度为700～730℃。

进一步地，所述冷连轧步骤中，控制总压下率为55～75％。

本发明钢中各元素的机理及作用分析如下：

c：碳可稳定奥氏体相，因而降低ac3点，降低热成型温度，减少能源消耗，碳原子在马氏体中起到间隙固溶强化作用，对马氏体的强化效果远大于其与置换固溶强化合金元素，但由于热成型零件都需要用点焊的方式装配到汽车车身，为了满足良好的焊接性能，碳含量限定为0.2～0.8％。

si：硅是固溶强化元素，可以改变奥氏体转变温度，还可以抑制渗碳体析出，稳定奥氏体，但过高的硅会使钢板表面的氧化膜难以去除，因此，硅含量限定为0.08～0.6％；

mn：锰是提高淬透性最常用的合金元素，由于焊接硬化层的出现而使裂纹敏感性增高，同时冲压性能降低，为了确保较高的冲压性能和焊接性能，限定锰含量为1.5～5.0％，优选含量为1.8～3.8％。

al:铝在钢中起脱氧作用，应保证钢中有一定量的酸溶铝，否则不能发挥其效果，但过多的铝也会使钢中产生铝系夹杂，且不利于钢的冶炼和浇铸，同时，钢中加入适量的铝可以消除钢中氮、氧原子对性能的不利影响。因此，将铝含量限定在0.08％以下。

n:氮在加钛的钢中可与钛结合形成氮化钛，这种在高温下析出的第二相有利于强化基体，并提高钢板的焊接性能，但是氮含量高于0.005％，氮与钛的溶度积较高，在高温时形成颗粒粗大的氮化钛，严重损害钢的塑性和韧性，另外，较高的氮含量需增加相应的微合金元素，从而增加成本。因此，将氮含量控制在0.005％以下。

b：热成型钢中加入极少量的硼会聚集到奥氏体晶界处，延迟铁素体形核，从而非常有效地防止转移和在成型过程中形成铁素体，因此，限定硼含量为0.002～0.01％。

cr：铬比锰更有效地提高钢的淬透性，优选添加含量为0.1～0.8％。

ti、nb及v：主要起到细晶强化和析出强化作用，ti+nb+v含量不超过0.2％。

镀液中al：镀层中al含量小于1.5％时，提高耐蚀性的效果不显著，al含量高于20％时底渣增加。限定铝含量为1.5～20％，优选含量为1.5～7％。

镀液中mg：镀层中mg含量小于1.3％时，提高耐蚀性的效果不显著，mg含量高于7％时，顶渣增加。al/mg<1时，浮渣较多，镀层表面质量下降。限定镁含量为1.5～7％，且al/mg≥1。

镀液中zn：镀液中除合金al、mg外，其余为zn和不可避免的杂质。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

其一，本发明制造的高温成形用超高强锌铝镁镀层钢板，在满足基板热压成形后抗拉强度≥1700mpa，断后延伸率≥5％的前提下，经高温加热冲压成型后镀层连续完整，无扩展至基体的裂纹。

其二，镀层合金相中zn含量整体高于30％，镀层抗腐蚀性能优良。

其三，本发明钢能满足耐蚀高强度汽车板轻量化需求。

附图说明

图1为zam1热成型前的镀层形貌图。

图2为zam2镀层热成型前的镀层形貌图。

图3为zam3热成型前的镀层形貌图。

图4为zam3热成型后镀层形貌图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的详细说明，便于更清楚地了解本发明，但它们不对本发明构成限定。

实施例1

一种高温成形用超高强锌铝镁镀层钢板，其组分及重量百分比为：c：0.25％，si：0.25％，mn：2.35％，cr：0.4％，b：0.0024％，ti：0.037％，nb：0.025％，al：0.06％，n：0.0028％，余为fe及不可避免的杂质。镀液的化学成分重量百分数为：al:2.4％，mg:1.3％，其余为zn和不可避免的杂质。

镀层钢板生产步骤如下：

1)按照化学成分冶炼并连铸成坯；

2)热连轧控制终轧温度880℃，总压下率90％，卷取温度710℃；

3)冷连轧控制总压下率65％；

4)将钢带在-30℃的露点范围加热到820℃，在h2体积百分数为30％的还原气氛下，以20℃/s的冷速冷却至495℃，保温时间30s，随后浸入到镀液中，镀液温度为455℃，浸镀时间5s，最后以30℃/s的冷速冷却至室温并制成钢卷；为与其它实施例区分，这里镀层定义为zam1。

5)将镀后的钢卷落料成板坯，加热到890℃完全奥氏体化，保温10min进行高温冲压成形，以30℃/s的冷速冷却至室温。

镀层在热成型前的组织如图1所示，镀层表面存在三种明显不同的组织：粗大的zn/al共晶组织、细小密布的zn/al/zn2mg三元共晶组织和明亮的边角圆润的纯zn粒子。钢板在高温成形后，镀层完整无脱落。制得的超高强高温成型用锌铝镁镀层钢板热成型后的力学性能及镀层质量见下表1。

实施例2

一种高温成形用超高强锌铝镁镀层钢板，其组分及重量百分比为：c：0.35％，si：0.25％，mn：2.35％，cr：0.4％，b：0.0041％，ti：0.045％，nb：0.034％，al：0.034％，n：0.0035％，余为fe及不可避免的杂质。镀液的化学成分重量百分数为：al:7.1％，mg:1.6％，其余为zn和不可避免的杂质。

镀层钢板生产步骤如下：

1)按照化学成分冶炼并连铸成坯；

2)热连轧控制终轧温度800℃，总压下率80％，卷取温度700℃；

3)冷连轧控制总压下率55％；

4)将钢带在10℃的露点范围加热到780℃，h2体积百分数为20％，以30℃/s的冷速冷却至475℃，保温时间50s，随后浸入到镀液中，镀液温度460℃，浸镀时间11s，以45℃/s的冷速冷却至室温并制成钢卷。为与其它实施例区分，这里镀层定义为zam2。

5)将镀后的钢卷落料成板坯，加热到910℃，保温8min进行高温冲压成形，以20℃/s的冷速冷却至室温。

镀层在热成型前的组织如图2所示，三种相的分布同图1相似，可以看出尺寸明显比zam1大。钢板在高温成形后，镀层完整无脱落。制得的超高强高温成型用锌铝镁镀层钢板热成型后的力学性能及镀层质量见下表1。

实施例3

一种高温成形用超高强锌铝镁镀层钢板，其组分及重量百分比为：c：0.53％，si：0.35％，mn：2.8％，cr：0.4％，b：0.0055％，ti：0.063％，v：0.1％，al：0.051％，n：0.0049％，余为fe及不可避免的杂质。镀液的化学成分重量百分数为：al:15.3％，mg:3.7％，其余为zn和不可避免的杂质。

生产步骤如下：

1)按照化学成分冶炼并连铸成坯；

2)热连轧控制终轧温度840℃，总压下率95％，卷取温度730℃；

3)冷连轧控制总压下率75％；

4)将钢带在30℃的露点范围加热到840℃，h2体积百分数为10％，以15℃/s的冷速冷却至465℃，保温时间90s，随后浸入到镀液中，镀液温度465℃，浸镀时间15s，以50℃/s的冷速冷却至室温并制成钢卷。为与其它实施例区分，这里镀层定义为zam3。

5)将镀后的钢卷落料成板坯，加热到930℃，保温5min进行高温冲压成形，以10℃/s的冷速冷却至室温。

镀层在热成型前的组织如图3所示，三种相的分布同图2相似，可以看出粗大组织尺寸进一步增加。经过完全奥氏体化热冲压成形后的组织形貌如图4所示，镀层由成型前的三种相变为均一相，根据能谱分析镀层中部各合金元素的重量百分比为：mg为1.05％，al为2.61％，fe为59.05％，zn为37.29％。钢板在高温成形后，镀层完整无脱落。镀层中整体zn含量高于30％，防腐性能良好。制得的超高强高温成型用锌铝镁镀层钢板热成型后的力学性能及镀层质量见下表1。

上述实施例1～3中制得的超高强高温成型用锌铝镁镀层钢板(热成型后)的力学性能及镀层质量如下表1所示。

表1

由表1数据可以看出，本发明制得的超高强高温成形用锌铝镁镀层钢板，热压成形后抗拉强度≥1710mpa，断后延伸率≥5.3％，镀层连续完整，满足耐蚀高强度汽车部件用钢要求。