本發(fā)明涉及冶金技術(shù)，具體地指一種熱壓成型用鈮鈦復(fù)合強(qiáng)化合金化鍍層鋼板及其制造方法。

背景技術(shù)：

熱成型鋼在高溫加熱成型后具有很高的抗拉強(qiáng)度，具有在高溫下良好的成型性，可以成型形狀復(fù)雜、超高強(qiáng)度的零件，成型精確，焊接性良好，沒(méi)有回彈等優(yōu)點(diǎn)。熱成型鋼作為汽車用鋼中強(qiáng)度級(jí)別最高的鋼種，廣泛應(yīng)用于汽車防碰撞的安全部件。無(wú)鍍層鋼板熱沖壓最早由瑞典hardtech(即現(xiàn)在的gestamp-hardtech)公司應(yīng)用于汽車零部件。為提高鋼板的耐蝕性，還開(kāi)發(fā)了熱浸鍍al-si鍍層、熱鍍純鋅(gi)、電鍍鋅鎳(zn-10ni)及al-x等鍍層鋼板。但al-si鍍層在成型彎曲時(shí)容易開(kāi)裂，影響高溫保護(hù)性能。熱鍍純鋅(gi)鍍層在高溫加熱時(shí)易揮發(fā)，耐蝕性較差，其它鍍層在生產(chǎn)時(shí)難度較大，增加了生產(chǎn)成本。

中國(guó)專利申請(qǐng)cn103987868a公開(kāi)了980mpa以上的最大拉伸強(qiáng)度合金化熱浸鍍鋅鋼板，母材鋼板按質(zhì)量％計(jì)含有c：0.1～0.40％、si：0.5～3.0％、mn：1.5～3.0％，o被限制在0.006％以下、p被限制在0.04％以下、s被限制在0.01％以下、al被限制在2.0％以下、n被限制在0.01％以下，熱浸鋅鍍層含有低于7％的fe，余量由zn、al和不可避免的雜質(zhì)組成。中國(guó)專利申請(qǐng)cn105543685a公開(kāi)了一種抑制熱沖壓過(guò)程氧化層脫落的熱沖壓成型用鋼鋼板及其生產(chǎn)方法，鋼板化學(xué)成分重量百分比為c:0.19～0.27％,si≤0.50％,mn:1.00～1.50％,al≤0.010％,n≤0.010％,ti:0.01～0.055％,cr≤0.35％,b:0.0005～0.004％,mo、w、cu、ni中一種或多種≤0.50％，nb、zr、v中一種或多種≤0.10％。中國(guó)專利申請(qǐng)cn105483531a公開(kāi)了一種用于沖壓成型的鋼材及其成型構(gòu)件與熱處理方法，鋼板化學(xué)成分重量百分比為：c：022～0.48％，mn：5～9.5％，si+al：0.5～3.0％，fe和不可避免的雜質(zhì)，力學(xué)性能：屈服強(qiáng)度：0.5～1.2gpa，抗拉強(qiáng)度：1.0～1.5gpa，強(qiáng)塑積25gpa％以上。前述現(xiàn)有技術(shù)均難以同時(shí)兼顧鋼板的力學(xué)性能與鍍層質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是要提供一種熱壓成型用鈮鈦復(fù)合強(qiáng)化合金化鍍層鋼板及其制造方法，該鋼板力學(xué)性能好，且鍍層質(zhì)量?jī)?yōu)良。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種熱壓成型用鈮鈦復(fù)合強(qiáng)化合金化鍍層鋼板，鋼板包括以下化學(xué)成分及其重量百分?jǐn)?shù)：c：0.14～0.4％，si：0.1～0.4％，mn：0.8～2.0％，cr：0.1～0.8％,b：0.002～0.01％,ti：0.01～0.1％,nb：0.01～0.05％，al≤0.08％，n≤0.005％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)；鍍層包括以下化學(xué)成分及其重量百分?jǐn)?shù)：al：0.1～0.2％，fe：5～14％，其余為zn和不可避免的雜質(zhì)。

進(jìn)一步地，所述鋼板包括以下化學(xué)成分及其重量百分?jǐn)?shù)：c：0.25～0.3％，si：0.25～0.35％，mn：1.0～1.8％，cr：0.4～0.8％,b：0.0029～0.005％,ti：0.027～0.059％,nb：0.025～0.035％，al≤0.08％，n≤0.005％，其余為fe和不可避免的雜質(zhì)。

進(jìn)一步地，所述鍍層包括以下化學(xué)成分及其重量百分?jǐn)?shù)：al：0.1～0.2％，fe：9～12％，其余為zn和不可避免的雜質(zhì)。

更進(jìn)一步地，所述鍍層厚度為15～40μm。

上述熱壓成型用鈮鈦復(fù)合強(qiáng)化合金化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，合金化熱浸鍍步驟，光整步驟，熱壓成型步驟，所述合金化熱浸鍍步驟中，先將鋼帶在-30～30℃的露點(diǎn)范圍內(nèi)加熱到780～840℃，然后在體積百分?jǐn)?shù)≤30％的h2還原和保護(hù)氛圍下，以10～30℃/s的冷速冷卻至445～510℃，并保溫0～100s，隨后浸鍍到鍍液中進(jìn)行熱鍍，鍍液溫度為440～480℃，浸鍍時(shí)間≤15s；鋼帶熱鍍后進(jìn)行合金化熱處理，加熱溫度為460～560℃，保溫時(shí)間為0～30s，隨后以≥30℃/s的冷卻速度冷卻至室溫。

進(jìn)一步地，所述熱壓成型步驟中，將合金化熱處理后的板坯加熱至850～950℃完全奧氏體化，保溫1～10min進(jìn)行熱沖壓成型，以10～30℃/s的冷卻速度冷卻至室溫。

進(jìn)一步地，所述熱壓成型步驟中，經(jīng)高溫加熱沖壓成型后鍍層形成兩相組織γ-fe4zn9(30zn-70fe)和α-fe(zn)(80zn-20fe)。

進(jìn)一步地，所述熱連軋步驟中，控制終軋溫度為860～900℃，總壓下率為80～95％，卷取溫度為650～710℃。

進(jìn)一步地，所述冷連軋步驟中，控制總壓下率為58～65％。

更進(jìn)一步地，所述合金化熱浸鍍步驟中，h2的體積百分?jǐn)?shù)為5～15％。

本發(fā)明鋼中各元素的機(jī)理及作用分析如下：

c：碳可穩(wěn)定奧氏體相，因而降低ac3點(diǎn)，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(qiáng)化作用，對(duì)馬氏體的強(qiáng)化效果遠(yuǎn)大于其與置換固溶強(qiáng)化合金元素，但由于熱成型零件都需要用點(diǎn)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0.14～0.4％。

si：硅是固溶強(qiáng)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(guò)高的硅會(huì)使鋼板表面的氧化膜難以去除，因此，硅含量范圍限定為0.1～0.4％。

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(shí)沖壓性能降低，為了確保較高的沖壓性能和焊接性能，錳含量限定為0.8～2.0％，優(yōu)選為1.0～1.8％。

b：熱成型鋼中加入極少量的硼會(huì)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(guò)程中形成鐵素體，含量為0.002～0.01％。

cr：鉻比錳更有效地提高鋼的淬透性，含量為0.1～0.8％。

ti、nb：鈦元素和鈮元素主要起到細(xì)晶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化作用，其中ti與鋼中的n優(yōu)先結(jié)合形成tin，避免bn的形成而使b失去阻止鐵素體形成的作用，添加nb可使得成型前的基板晶粒尺寸小且均勻，并在熱軋冷卻過(guò)程中形成細(xì)小的nb(c，n)沉淀相，在冷軋退火過(guò)程中有效的細(xì)化晶粒，阻止或減慢晶粒粗化。同時(shí)在熱沖壓奧氏體化過(guò)程中也起到阻礙晶粒粗化的作用。ti、nb含量分別限定為0.01～0.1％、0.01～0.05％。

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(guò)多的鋁也會(huì)使鋼中產(chǎn)生鋁系夾雜，且不利于鋼的冶煉和澆鑄。同時(shí)鋼中加入適量的鋁可以消除鋼中氮、氧原子對(duì)性能的不利影響。故將其含量限定在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(qiáng)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(shí)形成顆粒粗大的氮化鈦，嚴(yán)重?fù)p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。故將其含量控制在0.005％以下。

鍍層中fe：鍍層中鐵含量低于5％，不能形成鋅鐵合金相；鐵含量高于14％，形成硬脆合金相，對(duì)后期熱壓成形有不利影響。故將其含量控制為5～14％，優(yōu)選為9～12％。

鍍層中al、zn：鍍層中的鋁可防止鋅鐵快速反應(yīng)，在鍍層與鋼基之間形成中間層。故鍍層中除鐵外，其余為al、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(diǎn)：

其一，本發(fā)明制造的熱壓成型用鈮鈦復(fù)合強(qiáng)化合金化鍍層鋼板，在滿足熱壓成型后抗拉強(qiáng)度為1300～1500mpa，斷后伸長(zhǎng)率大于5％的前提下，經(jīng)高溫加熱沖壓成型后合金化鍍層連續(xù)完整，無(wú)擴(kuò)展至基體的裂紋。

其二，鍍層合金相中形成兩相組織γ-fe4zn9(30zn-70fe)和α-fe(zn)(80zn-20fe)，合金相中zn含量整體高于30％，鍍層抗腐蝕性能極其優(yōu)良。

其三，本發(fā)明鋼能滿足耐蝕高強(qiáng)度汽車板輕量化需求。

附圖說(shuō)明

圖1為基板熱成型前的組織形貌圖。

圖2為基板熱成型后的組織形貌圖。

圖3為熱成型前合金化鍍層表面形貌圖。

圖4為熱成型前合金化鍍層截面形貌圖。

圖5為ω型試樣及取樣分析部位示意圖。

圖6為熱成型后側(cè)邊處鍍層形貌圖。

圖7為熱成型后彎角處鍍層形貌圖。

圖8為熱成型后底面處鍍層形貌圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，便于更清楚地了解本發(fā)明，但它們不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限定。

實(shí)施例1

一種熱壓成型用鈮鈦復(fù)合強(qiáng)化合金化鍍層鋼板，鋼基板組分及重量百分比為：c：0.25％，si：0.4％，mn：1.3％，cr：0.4％，b：0.0029％，ti：0.027％，nb：0.028％，余為fe及不可避免的雜質(zhì)。鍍層的化學(xué)成分重量百分?jǐn)?shù)為：fe:10.2％，其余為al、zn和不可避免的雜質(zhì)。

鍍層鋼板生產(chǎn)步驟如下：

1)按照鋼板化學(xué)成分冶煉并連鑄成坯；

2)熱連軋控制終軋溫度897℃，總壓下率95％，卷取溫度710℃；

3)冷連軋控制總壓下率59％；

4)將鋼帶在-30℃的露點(diǎn)加熱到840℃，h2體積百分?jǐn)?shù)不超過(guò)5％，以30℃/s的冷速冷卻至475℃，保溫時(shí)間20s，隨后浸鍍到鍍液中，鍍液溫度455℃，浸鍍時(shí)間15s；

5)鋼帶熱鍍后經(jīng)氣刀吹掃進(jìn)入感應(yīng)加熱爐進(jìn)行合金化熱處理，加熱溫度為533℃，保溫時(shí)間24s，以30℃/s的冷速冷卻至室溫并制成鋼卷；

6)合金化熱處理后的鋼卷落料成板坯，加熱到900℃，保溫5min進(jìn)行熱沖壓成型，以10～30℃/s的冷速冷卻至室溫。

鋼基板熱成型前的組織為鐵素體+珠光體，熱成型后為全馬氏體組織，金相組織如圖1和圖2所示。熱成型前的合金化鍍層表面和截面掃描形貌如圖3和圖4所示，圖4中含有3個(gè)zn-fe合金相，分別為δ、ζ和γ相，主要為δ相(fezn7)。本實(shí)施例制得的熱壓成型用鈮鈦復(fù)合強(qiáng)化合金化鍍層鋼板熱成型后的力學(xué)性能及鍍層質(zhì)量見(jiàn)下表1。

實(shí)施例2

一種熱壓成型用鈮鈦復(fù)合強(qiáng)化合金化鍍層鋼板，其組分及重量百分比為：c：0.25％，si：0.25％，mn：1.35％，cr：0.4％，b：0.0031％，ti：0.034％，nb：0.025％，余為fe及不可避免的雜質(zhì)。鍍層的化學(xué)成分重量百分?jǐn)?shù)為：fe:11.4％，其余為al、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884℃，總壓下率84％，卷取溫度703℃；

3)冷連軋控制總壓下率64％；

4)將鋼帶在-30℃的露點(diǎn)加熱到820℃，h2體積百分?jǐn)?shù)不超過(guò)7％，以25℃/s的冷速冷卻至490℃，保溫時(shí)間20s，隨后浸鍍到鍍液中，鍍液溫度458℃，浸鍍時(shí)間12s；

5)鋼帶熱鍍后經(jīng)氣刀吹掃進(jìn)入感應(yīng)加熱爐進(jìn)行合金化熱處理，加熱溫度為514℃，保溫時(shí)間21s，以40℃/s的冷速冷卻至室溫并制成鋼卷；

6)合金化熱處理后的鋼卷落料成板坯，加熱到890℃，保溫4min進(jìn)行熱沖壓成型，以10～30℃/s的冷速冷卻至室溫。

本實(shí)施例制得的熱壓成型用鈮鈦復(fù)合強(qiáng)化合金化鍍層鋼板熱成型后的力學(xué)性能及鍍層質(zhì)量見(jiàn)下表1。

實(shí)施例3

一種熱壓成型用鈮鈦復(fù)合強(qiáng)化合金化鍍層鋼板，其組分及重量百分比為：c：0.3％，si：0.35％，mn：1.8％，cr：0.4％，b：0.005％，ti：0.059％，nb：0.035％，余為fe及不可避免的雜質(zhì)。鍍層的化學(xué)成分重量百分?jǐn)?shù)為：fe:9.8％，其余為al、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868℃，總壓下率91％，卷取溫度681℃；

3)冷連軋控制總壓下率61％；

4)將鋼帶在-10℃的露點(diǎn)加熱到800℃，請(qǐng)h2體積百分?jǐn)?shù)不超過(guò)15％，以35℃/s的冷速冷卻至486℃，保溫時(shí)間20s，隨后浸鍍到鍍液中，鍍液溫度462℃，浸鍍時(shí)間14s；

5)鋼帶熱鍍后經(jīng)氣刀吹掃進(jìn)入感應(yīng)加熱爐進(jìn)行合金化熱處理，加熱溫度為526℃，保溫時(shí)間18s，以50℃/s的冷速冷卻至室溫并制成鋼卷；

6)合金化熱處理后的鋼卷落料成板坯，加熱到870℃，保溫5min進(jìn)行熱沖壓成型，以10～30℃/s的冷速冷卻至室溫。

如圖5所示，合金化鍍層鋼板熱成型后制備成ω型試樣，分別取側(cè)邊、彎角和底部進(jìn)行鍍層質(zhì)量分析。如圖6～8所示，熱成型后側(cè)面鍍層由fe含量較高的(α-fe(zn))組成，且未發(fā)現(xiàn)微裂紋，表面有一層薄且不連續(xù)分布的氧化物層zno；彎角處出現(xiàn)微裂紋但未擴(kuò)展到基體，由zn含量較高的(γ-fe4zn9)和fe含量較高的(α-fe(zn))組成；底部鍍層與彎角處類似，微裂紋未擴(kuò)展到基體。本實(shí)施例制得的熱壓成型用鈮鈦復(fù)合強(qiáng)化合金化鍍層鋼板熱成型后的力學(xué)性能及鍍層質(zhì)量見(jiàn)下表1。

表1

由表1數(shù)據(jù)可以看出，實(shí)施例1～3制得的熱壓成型用鈮鈦復(fù)合強(qiáng)化合金化鍍層鋼板，熱壓成型后抗拉強(qiáng)度≥1315mpa，斷后延伸率≥10.3％，鍍層連續(xù)完整，滿足耐蝕高強(qiáng)度汽車部件用鋼要求。