CN104630647A - 一种高强度热镀锌q&p钢的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度热镀锌Q&P钢的制备方法，其特征在于包括如下步骤：将低碳合金钢制成待用钢件；将待用钢件加热奥氏体化温度，保温3-5分钟；在保护气体的冷却腔内经一次淬火降温至Ms点与Mf点之间，保温为0.5～3分钟；再升温加热到450℃～500℃，进行配分处理，保温0～5分钟，再快速投入与钢件等温的恒温镀锌槽中，热镀锌并继续配分处理，保温10s～60s；经二次淬火降温至室温。本发明实现了Q&P工艺与热镀锌处理同时完成的目的，简化了工艺流程，提高生产效率，制得高强度热镀锌合金钢。

Description

一种高强度热镀锌Q&P钢的制备方法
技术领域
本发明属于高强度汽车用钢板技术领域，涉及一种高强度热镀锌Q&P(Quenched and Partitioned)钢的制备方法。
背景技术
近年来，为了满足汽车轻量化和安全性的技术需求，在汽车用钢方面，开发和大量采用高强度及超高强度钢板已成为各大科研院所、汽车制造企业和钢铁生产企业共同努力的方向，相继开发出第一代、第二代及第三代汽车钢，包括不同强度级别的双相钢(DP钢)、TRIP钢等。作为先进的第三代汽车钢一种，Q&P钢因在马氏体基体上能够获得一定量的残余奥氏体而具有高强度和高强塑积等力学性能优势，在2003年由Speer等人提出。相应的工艺路线为：先将合金奥氏体化保温处理，然后一次淬火到Ms-Mf之间的某一温度(Quenching Temperature，简称QT)，得到先形成马氏体和未转变奥氏体，再在这个温度或高于此温度(Partitioning Temperature，简称PT)进行保温配分处理，使碳从先形成马氏体向未转变奥氏体中扩散并使之稳定化，最后二次淬火至室温，得到由马氏体和富碳奥氏体组成的具有高强度和较好塑韧性的复杂组织。工艺中PT＝QT时为一步法(one step)Q&P工艺，PT>QT时为两步法Q&P工艺。关于Q&P钢的轧制方法和热处理工艺研究开展很多，未涉及到低碳合金钢将Q&P处理工艺与热镀锌工艺同时完成的相关阐述。
在汽车覆盖件的实际制造过程中，钢板需要经过冲压成形、涂装、焊接等多道复杂工序，这对汽车钢的成形性、耐蚀性、涂覆和焊接性能以及表面质量都提出的更高的要求。在这种工艺背景下，热镀锌技术应用而生，通过将钢铁工件浸入熔融的锌液，使铁基体表面与以锌元素为主要成分并加入其他少量合金元素的镀层之间形成铁-锌合金，而起到利用电化学原理牺牲阳极来保护钢基的作用，同时在一定程度上提高钢板的表面质量和力学性能。
传统的热镀锌工艺是针对普通的钢板(包括对Q&P工艺制得的钢板)，其主要流程是将热处理、淬火之后的钢板，经过去氧化皮、去油质等处理，在不 低于450℃的镀锌槽中进行加热、浸镀工序步骤，从而导致钢板不可避免地进行二次加热，在再升温时导致的残奥量降低，以破坏钢板的强塑积和成形性。
发明内容
根据上述提出的传统热镀锌工艺中存在的二次加热导致残奥量降低破坏强塑积和成形性等技术问题，而提供一种屈服强度不小于210MPa的高强度热镀锌Q&P钢的制备方法。本发明主要利用Q&P处理过程中对低碳合金钢的配分工艺，将热镀锌和配分处理同时进行，从而避免了现有热镀锌工艺中再升温导致的残奥量降低，以破坏强塑积和成形性的不足；通过这种改善过后工艺处理的热镀锌Q&P钢的力学性能优异，并且具有较强的镀层结合力。
本发明采用的技术手段如下：
一种高强度热镀锌Q&P钢的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
S1、将低碳合金钢制成待用钢件，该低碳合金钢的化学成分重量百分比为：
C：0.1～0.51％；Al：1.0～2.5％；Si：0～2.0％；Mn：0～1.5％；Cr：0～1.1％；Ni：0～3.0％；V：0～0.2％；Mo：0～0.7％；Nb：0～0.05％；P≤0.015％；S≤0.005％；N≤0.006％；O≤30ppm；余量为Fe以及不可避免的杂质；
S2、将待用钢件在真空高温炉内加热奥氏体化温度780℃～950℃，保温3-5分钟；在用氮气或氩气作为保护气体的冷却腔内经一次淬火降温至Ms点与Mf点之间，保温为0.5～3分钟；
S3、经一次升温加热到450℃～500℃，进行配分处理，保温0～5分钟，再快速投入与钢件等温的恒温镀锌槽中，热镀锌并继续配分处理，保温10s～60s；
S4、经二次淬火降温至室温。
进一步地，所述Si含量为0.5～1.5％，重量百分比计。硅是钢中基本的元素，同时也是本发明中最重要的元素之一。Q&P钢中加入硅的主要目的是抑制渗碳体的析出，促进碳在残余奥氏体中富集，稳定奥氏体。但过多的硅，将破坏镀锌层的吸附能力；另外，如果硅的含量超过2.0％，钢中容易形成硅的氧化物，使钢发生脆性断裂。因此，钢中硅的含量控制不超过2.0％，优选范围在0.5～1.5％之间。
进一步地，所述的Al含量为1.5～2.5％，重量百分比计。铝是钢中基本的元素，同时也是本发明中最重要的元素之一。Q&P钢中加入铝的主要目的是增强镀锌层的吸附能力，另外，铝在钢中也能够起到抑制渗碳体析出的作用。对于 增强热镀锌层的吸附能力来说，通常控制在1.0～2.5％即可，优选范围在1.5～2.5％。
进一步地，步骤S2中的一次淬火降温速率为不低于10℃/s。
进一步地，步骤S3中的一次升温速率为10℃/s加热到450℃～500℃。
进一步地，步骤S4中的二次淬火降温速率为不低于10℃/s。
较现有技术相比，本发明科学地运用Q&P处理过程中对低碳合金钢的配分工艺，将热镀锌和配分处理同时进行，与本领域之前已经公开的技术手段的区别是：
(1)将经过冶炼、热轧、冷轧及退火处理的板材提前进行除锈、去油质处理，并在真空高温炉中进行加热，在第一次淬火过程中以氮气或氩气为保护气体的冷却腔内进行冷却，隔绝空气，这样既可以保证淬火过程中足够的冷却速度，又避免了板材表面氧化皮或杂质的产生，该步骤可以达到与热镀锌工艺中酸洗和水洗的相同目的，都可以获得表面清洁度较好的板材，有利于提高镀层与基体的附着性；
(2)添加Al元素。Al的添加，起到淬火-配分过程中抑制碳化物析出的目的，并且能够促进镀锌层的吸附能力，通常控制在1.0～2.5％即可，优选范围在1.5～2.5％；
(3)Q&P工艺处理的碳配分过程需要借助独立的等温工序来保证马氏体中的碳充分扩散至奥氏体，形成富碳的奥氏体组织以保证钢材具有高强度的同时，还具有较高的强塑积，而热镀锌也需要这样恒定的温度环境以实现挂镀。本发明通过改进以往的工艺流程，将二者进行结合，将板材一次淬火再升温后的保温过程中(保温0～5分钟)，再放置在温度范围为450℃～500℃的恒温镀锌槽中，保温10s～60s，同时完成镀锌和碳配分两项处理，最终通过冷却可以获得高强度热镀锌Q&P钢，简化工艺流程，节约生产成本，更重要的是，避免了现有热镀锌工艺中将整个Q&P工艺流程结束后，再重新升温镀锌，导致钢的残奥量降低，以破坏强塑积和成形性的不足；
(4)将经过该工艺处理的板材制成标准拉伸样件，进行拉伸试验获得的实验数据也表明，通过这种改善过后工艺处理的镀锌Q&P钢的力学性能优异，并且具有较强的镀层结合力。
综上，本发明提出的热镀锌Q&P钢的制备方法，实现了Q&P工艺与热镀锌处理同时完成的目的，极大程度地简化了生产流程、节能并节约成本，保证 了板材优异的力学性能，表面质量和耐蚀性，对实际的生产实践有重大意义。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的工艺流程图。
图2是现有技术和本发明两种工艺下制得的钢件进行深冲盒成形实验图。
具体实施方式
一种高强度热镀锌Q&P钢的制备方法，包括如下步骤：
S1、将低碳合金钢制成待用钢件，该低碳合金钢的化学成分重量百分比为：
C：0.1～0.51％；Al：1.0～2.5％；Si：0～2.0％；Mn：0～1.5％；Cr：0～1.1％；Ni：0～3.0％；V：0～0.2％；Mo：0～0.7％；Nb：0～0.05％；P≤0.015％；S≤0.005％；N≤0.006％；O≤30ppm；余量为Fe以及不可避免的杂质；
S2、将待用钢件在真空高温炉内加热奥氏体化温度780℃～950℃，保温3-5分钟；在用氮气或氩气作为保护气体的冷却腔内经一次淬火降温至Ms点与Mf点之间，保温为0.5～3分钟，一次淬火降温速率为不低于10℃/s；
S3、经一次升温，升温速率为10℃/s加热到450℃～500℃，进行配分处理，保温0～5分钟，再快速投入与钢件等温的恒温镀锌槽中，热镀锌并继续配分处理，保温10s～60s；
S4、经二次淬火，淬火降温速率为不低于10℃/s，降温至室温。
实施例1
选用低碳合金钢的化学成分按重量百分数计为：C：0.21％；Al：2.0％；Si：0.8％；Mn：0.20％；Cr：1.0％；Ni：2.86％；Mo：0.31％；V：0.08％；Nb：0.04％；S：0.0007％；P：0.006％，其余为Fe和不可避免的杂质。
制备方法包括如下步骤：
S1、将上述成分的低碳合金钢制成待用钢件；
S2、将钢件在真空高温炉内加热到900℃，保温5分钟；在保护气体为氮气的冷却腔中，以10℃/s降温速率将钢件冷却到330℃，即Ms与Mf温度之间，保温60s；
S3、以10℃/s升温速率将钢件加热到460℃，直接快速(即保温0分钟时) 浸入到460℃的恒温镀锌槽中，进行浸镀并配分处理，保温时间60s；
S4、以20℃/s的降温速率二次淬火至室温。
采用同成分Q&P钢的现有热镀锌工艺，包括如下步骤：
S1、将钢件在真空高温炉内加热到900℃，保温5分钟；
S2、以10℃/s降温速率将钢件冷却到330℃，即Ms与Mf温度之间，保温60s；
S3、以10℃/s升温速率将钢件加热到460℃，进行配分处理，保温时间60s；
S4、以20℃/s的降温速率二次淬火至室温；
S5、进行酸洗、去油质处理，在100℃条件下用热风干燥15分钟；
S6、将钢件浸入460℃镀锌槽进行热镀锌处理，用时60s；
S7、以20℃/s的降温速率二次淬火至室温。
将上述两种工艺下制得的钢件进行深冲盒成形实验，实验结果如图2所示，图中a为现有热镀锌工艺制备的成品，图中b为本发明制备方法制备的成品。本发明因将钢件的Q&P工艺与热镀锌工艺同时完成，避免了钢件被酸洗和二次加热过程，具有更好的成形性能，而且深冲成形之后钢件具有很好的光泽度和平整度，并未发生脱落。
将上述两种制备方法获得的同成分钢件进行微观结构表征和拉伸试验测试，比较得出：本发明制备的热镀锌钢件比现有工艺制备的热镀锌残奥量提高了8.1％，断后延伸率提高了2.4％，作为汽车用钢，具有更好的安全性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高强度热镀锌Q&P钢的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
S1、将低碳合金钢制成待用钢件，该低碳合金钢的化学成分重量百分比为：
C：0.1～0.51％；Al：1.0～2.5％；Si：0～2.0％；Mn：0～1.5％；Cr：0～1.1％；Ni：0～3.0％；V：0～0.2％；Mo：0～0.7％；Nb：0～0.05％；P≤0.015％；S≤0.005％；N≤0.006％；O≤30ppm；余量为Fe以及不可避免的杂质；
S2、将待用钢件在真空高温炉内加热奥氏体化温度780℃～950℃，保温3-5分钟；在用氮气或氩气作为保护气体的冷却腔内经一次淬火降温至Ms点与Mf点之间，保温为0.5～3分钟；
S3、经一次升温加热到450℃～500℃，进行配分处理，保温0～5分钟，再快速投入与钢件等温的恒温镀锌槽中，热镀锌并继续配分处理，保温10s～60s；
S4、经二次淬火降温至室温。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中的Si含量为0.5～1.5％，重量百分比计。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S1中的Al含量为1.5～2.5％，重量百分比计。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S2中的一次淬火降温速率为不低于10℃/s。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S3中的一次升温速率为10℃/s加热到450℃～500℃。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S4中的二次淬火降温速率为不低于10℃/s。
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