本發(fā)明涉及冶金熱壓成型技術(shù)，具體地指一種高溫成型用超高強鋅鋁鎂鍍層鋼板及其制造方法。

背景技術(shù)：

近年來，汽車熱成形零件的市場需求呈爆發(fā)式增長趨勢，熱成型零件在白車身上的應(yīng)用比例高達45％，預(yù)計未來五年將增長一倍以上。在較早的熱成型技術(shù)中，鋼板的表面沒經(jīng)過鍍層處理，熱成型過程中表面會發(fā)生一定程度的氧化，產(chǎn)生表面脫碳和氧化起皮現(xiàn)象，降低了生產(chǎn)效率，可采用鉻噴丸的方法除去表面氧化物。

隨著熱成型技術(shù)的發(fā)展，鍍層技術(shù)越來越多地應(yīng)用于熱成型鋼。鍍層可以防止成型過程中表面氧化和脫碳，還能提高漆裝后的防腐蝕性能。目前已經(jīng)開發(fā)出不同鍍層的熱沖壓鋼板，如：鋁硅鍍層(al-10％si)、熱鍍純鋅(gi)鍍層、鋅合金化(ga)鍍層和電鍍鋅鎳(zn-10％ni)鍍層等。al-si鍍層耐高溫，但不具備切口保護性能；電鍍鋅鎳(zn-10％ni)鍍層具有較好的耐高溫性和耐切口保護性能，其不足之處是價格較貴，生產(chǎn)率低；gi和ga鍍層在熱成型工藝中容易形成裂紋誘導(dǎo)鋼基體開裂。因此，需要開發(fā)出一種耐高溫成形的新型鍍層超高強鋼板，滿足日益增長的用戶使用需求。

us6296805b1和fr2833504a1公開了熱處理后高耐蝕性熱軋和冷軋al-si涂層板的生產(chǎn)方法，鋼板化學(xué)成分為：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％，此外還含有一種或多種選自以下的元素：ti不大于0.1％、cr：0.01～1％和b：0.0005～0.01％。jp2015514695和kr20090070150公開了鍍鋁鋼板的熱成型產(chǎn)品及制造方法，鍍層化學(xué)成分為：si小于12％，cr小于0.7％，mo小于0.7％，鍍層重量20～80g/m²。jp4724780和cn200480009561.2公開了鍍層化學(xué)成分：40～70％al，3～15％si，fe。

jp2013503254公開了鋼板化學(xué)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％。鍍層化學(xué)成分：mn：0.15～0.5％，fe：9～12％，al：0.05～0.25％，zn。cn102851629b公開了一種熱壓成型用鍍鋁硅鋼板及其制造方法，鍍層化學(xué)成分：鋼板表面鍍有al-si鍍層，其中鍍層中按質(zhì)量百分比al含量96～98％，si含量1.3～3.8％，稀土含量0.1～0.3％，合金層厚度≤5μm，合金層中的si含量控制在為3～6％。熱鍍工藝：鋼板先采用nof爐進行預(yù)氧化處理；還原爐內(nèi)氣氛h2：20～50％，余量為n2；爐內(nèi)露點控制在-20～-60℃；退火溫度為800～850℃；鍍液溫度為680～750℃；鋼板入鍋溫度為650～750℃，浸鍍時間為2～5s；鋼板從鋁鍋引出后到鋁硅合金凝固點之間以≥120℃/s進行快速冷；然后再以30～100℃/s的速度冷卻到420～480℃，然后在350～450℃之間進行10～300s的過時效退火處理。前述現(xiàn)有技術(shù)公開的均為al-si或zn-mn-fe鍍層，因鍍層成分及工藝局限，難以滿足高耐蝕性的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是要提供一種高溫成型用超高強鋅鋁鎂鍍層鋼板及其制造方法，該鋼板強度和耐腐蝕性高，且重量輕。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種高溫成型用超高強鋅鋁鎂鍍層鋼板，鋼板包括以下化學(xué)成分及其重量百分數(shù)：c：0.2～0.8％，si：0.08～0.6％，mn：1.5～5.0％，al≤0.08％，n≤0.005％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)；鍍層用鍍液包括以下化學(xué)成分及其重量百分數(shù)：al：1.5～20％，mg：1.3～7％，其余為zn和不可避免的雜質(zhì)。

進一步地，鋼板包括以下化學(xué)成分及其重量百分數(shù)：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％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)。

進一步地，鋼板還包括以下化學(xué)成分及其重量百分數(shù)：cr：0.1～2.0％，b：0.001～0.05％,及以下三種元素中的一種或幾種：ti：0.01～1.0％、nb：0.01～0.1％、v：0.01～0.1％。

進一步地，鍍層用鍍液包括以下化學(xué)成分及其重量百分數(shù)：al：1.5～7％，mg：1.3～7％，且al/mg≥1，其余為zn和不可避免的雜質(zhì)。

更進一步地，鋼板的鋼基組織包括體積百分數(shù)為95～100％的馬氏體。

上述高溫成型用超高強鋅鋁鎂鍍層鋼板的制造方法，依次包括冶煉步驟，連鑄步驟，熱連軋步驟，冷連軋步驟，熱浸鍍步驟，光整步驟，高溫成形步驟，其特征在于：所述熱浸鍍步驟中，將鋼帶在-60～30℃的露點范圍內(nèi)加熱到780～840℃，然后在1＜體積百分數(shù)≤30％的h2氛圍下，以10～30℃/s的冷卻速度冷卻至445～510℃，保溫0～100s，隨后浸鍍到鍍液中，鍍液溫度為440～480℃，最后以冷卻速度≥30℃/s冷卻至室溫；所述高溫成形步驟中，將板坯加熱到完全奧氏體化，保溫1～10min后進行高溫沖壓成型，并以10～30℃/s的冷卻速度冷卻至室溫。

進一步地，鋼板在高溫成形前鍍層表面包括三種組織：zn/al共晶組織、zn/al/zn2mg三元共晶組織及純zn粒子；zn/al/zn2mg三元共晶組織的片層間距≤1μm；鋼基與鍍層之間由鋁鐵或鋁鐵鋅金屬間化合物構(gòu)成，且厚度≤2μm。

進一步地，所述熱連軋步驟中，控制終軋溫度為800～880℃，總壓下率為60～95％，卷取溫度為700～730℃。

進一步地，所述冷連軋步驟中，控制總壓下率為55～75％。

本發(fā)明鋼中各元素的機理及作用分析如下：

c：碳可穩(wěn)定奧氏體相，因而降低ac3點，降低熱成型溫度，減少能源消耗，碳原子在馬氏體中起到間隙固溶強化作用，對馬氏體的強化效果遠大于其與置換固溶強化合金元素，但由于熱成型零件都需要用點焊的方式裝配到汽車車身，為了滿足良好的焊接性能，碳含量限定為0.2～0.8％。

si：硅是固溶強化元素，可以改變奧氏體轉(zhuǎn)變溫度，還可以抑制滲碳體析出，穩(wěn)定奧氏體，但過高的硅會使鋼板表面的氧化膜難以去除，因此，硅含量限定為0.08～0.6％；

mn：錳是提高淬透性最常用的合金元素，由于焊接硬化層的出現(xiàn)而使裂紋敏感性增高，同時沖壓性能降低，為了確保較高的沖壓性能和焊接性能，限定錳含量為1.5～5.0％，優(yōu)選含量為1.8～3.8％。

al:鋁在鋼中起脫氧作用，應(yīng)保證鋼中有一定量的酸溶鋁，否則不能發(fā)揮其效果，但過多的鋁也會使鋼中產(chǎn)生鋁系夾雜，且不利于鋼的冶煉和澆鑄，同時，鋼中加入適量的鋁可以消除鋼中氮、氧原子對性能的不利影響。因此，將鋁含量限定在0.08％以下。

n:氮在加鈦的鋼中可與鈦結(jié)合形成氮化鈦，這種在高溫下析出的第二相有利于強化基體，并提高鋼板的焊接性能，但是氮含量高于0.005％，氮與鈦的溶度積較高，在高溫時形成顆粒粗大的氮化鈦，嚴重損害鋼的塑性和韌性，另外，較高的氮含量需增加相應(yīng)的微合金元素，從而增加成本。因此，將氮含量控制在0.005％以下。

b：熱成型鋼中加入極少量的硼會聚集到奧氏體晶界處，延遲鐵素體形核，從而非常有效地防止轉(zhuǎn)移和在成型過程中形成鐵素體，因此，限定硼含量為0.002～0.01％。

cr：鉻比錳更有效地提高鋼的淬透性，優(yōu)選添加含量為0.1～0.8％。

ti、nb及v：主要起到細晶強化和析出強化作用，ti+nb+v含量不超過0.2％。

鍍液中al：鍍層中al含量小于1.5％時，提高耐蝕性的效果不顯著，al含量高于20％時底渣增加。限定鋁含量為1.5～20％，優(yōu)選含量為1.5～7％。

鍍液中mg：鍍層中mg含量小于1.3％時，提高耐蝕性的效果不顯著，mg含量高于7％時，頂渣增加。al/mg<1時，浮渣較多，鍍層表面質(zhì)量下降。限定鎂含量為1.5～7％，且al/mg≥1。

鍍液中zn：鍍液中除合金al、mg外，其余為zn和不可避免的雜質(zhì)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

其一，本發(fā)明制造的高溫成形用超高強鋅鋁鎂鍍層鋼板，在滿足基板熱壓成形后抗拉強度≥1700mpa，斷后延伸率≥5％的前提下，經(jīng)高溫加熱沖壓成型后鍍層連續(xù)完整，無擴展至基體的裂紋。

其二，鍍層合金相中zn含量整體高于30％，鍍層抗腐蝕性能優(yōu)良。

其三，本發(fā)明鋼能滿足耐蝕高強度汽車板輕量化需求。

附圖說明

圖1為zam1熱成型前的鍍層形貌圖。

圖2為zam2鍍層熱成型前的鍍層形貌圖。

圖3為zam3熱成型前的鍍層形貌圖。

圖4為zam3熱成型后鍍層形貌圖。

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例和附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明，便于更清楚地了解本發(fā)明，但它們不對本發(fā)明構(gòu)成限定。

實施例1

一種高溫成形用超高強鋅鋁鎂鍍層鋼板，其組分及重量百分比為：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％，余為fe及不可避免的雜質(zhì)。鍍液的化學(xué)成分重量百分數(shù)為：al:2.4％，mg:1.3％，其余為zn和不可避免的雜質(zhì)。

鍍層鋼板生產(chǎn)步驟如下：

1)按照化學(xué)成分冶煉并連鑄成坯；

2)熱連軋控制終軋溫度880℃，總壓下率90％，卷取溫度710℃；

3)冷連軋控制總壓下率65％；

4)將鋼帶在-30℃的露點范圍加熱到820℃，在h2體積百分數(shù)為30％的還原氣氛下，以20℃/s的冷速冷卻至495℃，保溫時間30s，隨后浸入到鍍液中，鍍液溫度為455℃，浸鍍時間5s，最后以30℃/s的冷速冷卻至室溫并制成鋼卷；為與其它實施例區(qū)分，這里鍍層定義為zam1。

5)將鍍后的鋼卷落料成板坯，加熱到890℃完全奧氏體化，保溫10min進行高溫沖壓成形，以30℃/s的冷速冷卻至室溫。

鍍層在熱成型前的組織如圖1所示，鍍層表面存在三種明顯不同的組織：粗大的zn/al共晶組織、細小密布的zn/al/zn2mg三元共晶組織和明亮的邊角圓潤的純zn粒子。鋼板在高溫成形后，鍍層完整無脫落。制得的超高強高溫成型用鋅鋁鎂鍍層鋼板熱成型后的力學(xué)性能及鍍層質(zhì)量見下表1。

實施例2

一種高溫成形用超高強鋅鋁鎂鍍層鋼板，其組分及重量百分比為：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％，余為fe及不可避免的雜質(zhì)。鍍液的化學(xué)成分重量百分數(shù)為：al:7.1％，mg:1.6％，其余為zn和不可避免的雜質(zhì)。

鍍層鋼板生產(chǎn)步驟如下：

1)按照化學(xué)成分冶煉并連鑄成坯；

2)熱連軋控制終軋溫度800℃，總壓下率80％，卷取溫度700℃；

3)冷連軋控制總壓下率55％；

4)將鋼帶在10℃的露點范圍加熱到780℃，h2體積百分數(shù)為20％，以30℃/s的冷速冷卻至475℃，保溫時間50s，隨后浸入到鍍液中，鍍液溫度460℃，浸鍍時間11s，以45℃/s的冷速冷卻至室溫并制成鋼卷。為與其它實施例區(qū)分，這里鍍層定義為zam2。

5)將鍍后的鋼卷落料成板坯，加熱到910℃，保溫8min進行高溫沖壓成形，以20℃/s的冷速冷卻至室溫。

鍍層在熱成型前的組織如圖2所示，三種相的分布同圖1相似，可以看出尺寸明顯比zam1大。鋼板在高溫成形后，鍍層完整無脫落。制得的超高強高溫成型用鋅鋁鎂鍍層鋼板熱成型后的力學(xué)性能及鍍層質(zhì)量見下表1。

實施例3

一種高溫成形用超高強鋅鋁鎂鍍層鋼板，其組分及重量百分比為：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％，余為fe及不可避免的雜質(zhì)。鍍液的化學(xué)成分重量百分數(shù)為：al:15.3％，mg:3.7％，其余為zn和不可避免的雜質(zhì)。

生產(chǎn)步驟如下：

1)按照化學(xué)成分冶煉并連鑄成坯；

2)熱連軋控制終軋溫度840℃，總壓下率95％，卷取溫度730℃；

3)冷連軋控制總壓下率75％；

4)將鋼帶在30℃的露點范圍加熱到840℃，h2體積百分數(shù)為10％，以15℃/s的冷速冷卻至465℃，保溫時間90s，隨后浸入到鍍液中，鍍液溫度465℃，浸鍍時間15s，以50℃/s的冷速冷卻至室溫并制成鋼卷。為與其它實施例區(qū)分，這里鍍層定義為zam3。

5)將鍍后的鋼卷落料成板坯，加熱到930℃，保溫5min進行高溫沖壓成形，以10℃/s的冷速冷卻至室溫。

鍍層在熱成型前的組織如圖3所示，三種相的分布同圖2相似，可以看出粗大組織尺寸進一步增加。經(jīng)過完全奧氏體化熱沖壓成形后的組織形貌如圖4所示，鍍層由成型前的三種相變?yōu)榫幌?，根?jù)能譜分析鍍層中部各合金元素的重量百分比為：mg為1.05％，al為2.61％，fe為59.05％，zn為37.29％。鋼板在高溫成形后，鍍層完整無脫落。鍍層中整體zn含量高于30％，防腐性能良好。制得的超高強高溫成型用鋅鋁鎂鍍層鋼板熱成型后的力學(xué)性能及鍍層質(zhì)量見下表1。

上述實施例1～3中制得的超高強高溫成型用鋅鋁鎂鍍層鋼板(熱成型后)的力學(xué)性能及鍍層質(zhì)量如下表1所示。

表1

由表1數(shù)據(jù)可以看出，本發(fā)明制得的超高強高溫成形用鋅鋁鎂鍍層鋼板，熱壓成形后抗拉強度≥1710mpa，斷后延伸率≥5.3％，鍍層連續(xù)完整，滿足耐蝕高強度汽車部件用鋼要求。