CN105849305A - 耐腐蚀性及焊接性优异的热压成型用钢板、成型部件及其制造方法 - Google Patents

耐腐蚀性及焊接性优异的热压成型用钢板、成型部件及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种使用于汽车用零件等的热压成型用钢板，更加详细地，涉及一种耐腐蚀性及焊接性优异的热压成型用钢板、成型部件及其制造方法。

Description

耐腐蚀性及焊接性优异的热压成型用钢板、成型部件及其制造 方法
技术领域
本发明涉及一种使用于汽车用零件等的热压成型用钢板，更加详细地，涉及一种耐腐蚀性及焊接性优异的热压成型用钢板、成型部件及其制造方法。
背景技术
最近，为了实现汽车的轻量化，高强度钢的应用持续增加，但是，若在常温下加工这种高强度钢，则容易产生钢板磨耗及破裂，加工途中产生回弹(springback)现象，从而精密的尺寸加工变得困难。因此，使用作为可无缺陷地加工高强度钢的优选方法之热压成型(Hot PressForming，HPF)方法。
热压成型(HPF)为，利用钢板在高温下被软化并使其具有高韧性(high ductility)的性质，在高温下加工成复杂形状的方法，更加具体而言，是一种能够制造具有高强度的精密形状的产品的方法，所述方法包括：将钢板加热至奥氏体区域以上，即加热至相转移可行的状态，然后加工的同时实施急冷却，从而将钢板的组织转变为马氏体。
此外，对这样的高强度板加热至高温，则钢表面上可能产生诸如腐蚀或脱碳等表面缺陷，为了防止产生所述缺陷，对该表面实施锌基或铝基电镀后进行热压成型(HPF)。此时，用作镀层的锌(Zn)或铝(Al)起到保护钢板免受外部环境的影响的作用，从而可提高钢板的耐腐蚀性。
就镀铝钢板而言，因Al的高熔点和形成于镀层上部的致密且薄的Al氧化膜，在高温下也不会在镀层上形成厚的氧化膜，另一方面，镀锌钢板因锌的自牺牲防腐蚀性，即使在截面部或表面有刮痕也保护钢板免受腐蚀的影响的效果卓越，而就这样的自牺牲防腐蚀性而言，镀锌钢板比镀铝钢板更优异。因而，镀锌钢板的耐腐蚀性提高效果比镀铝钢板卓越，因此，目前提出使用镀锌钢板来代替镀铝钢板的热压成型(HPF)。
但是，为了对镀锌钢板进行热压成型而加热至奥氏体转变温度以上时，因加热温度变得高于锌层(即锌镀层)的熔点，从而锌在钢板表面以液体状态存在一定时间，如果该液态锌照原样存在于钢板表面，则在冲床(press)中加工时钢板表面上将产生拉伸应力，同时液态锌浸透至基体铁的粒界(Grain boundary)。如此地浸透至粒界的锌使界面的结合力变弱，从而在拉伸应力下作用在产生裂缝(crack)的部位，钢板表面上产生的裂缝的传播速度比通常基体铁传播得更快更深。
这样的现象叫做液化脆性破坏，这有可能导致疲劳破坏和弯曲性降低等材质变差的问题，因此是应该避免的现象，但迄今为止，当对镀锌钢板进行热压成型时，仍然无法从根本上解决液化脆性破坏问题。
况且，作为用于提高镀铝钢板或镀铝-硅合金钢板的耐腐蚀性的方案，使用镁合金电镀方法，由此制造的镀铝-镁合金钢板及镀铝-硅-镁合金钢板，由于其自身的耐腐蚀性优异，因此用于建筑材料及汽车零件加工。
但是，为了对电镀Al和Mg合金的电镀钢板进行热压成型而以约900℃以上的温度对其进行加热处理时，在加热过程中Mg扩散至镀层表面从而在表面上形成氧化镁(MgO)，该氧化物因粘合力低进而一部分粘合于成型模具(forming die)，从而污染模具。而且，成型后附着于成型品表面的MgO在对所述成型品进行电阻焊的过程中起到电阻作用，从而导致焊接不良。
发明内容
本发明要解决的技术问题
本发明的一侧面的目的在于，提供一种能够弥补现有热压成型用钢板的缺点，同时耐腐蚀性及焊接性优异的热压成型用钢板、利用其的成型部件及其制造方法。
解决技术问题的技术手段
本发明的一侧面，提供一种热压成型用钢板，其包括：基体钢板；及铝-镁合金镀层，其形成于所述基体钢板的至少一面，所述合金镀层包含氧化性比所述镁(Mg)更强的元素。
本发明的另一侧面，提供一种热压成型部件，其包括：基体钢板；铝-镁合金镀层，其形成于所述基体钢板的至少一面；及氧化性膜层，其形成于所述合金镀层上部，所述氧化性膜层包含氧化性比所述镁(Mg)更强的元素。
本发明的又一侧面，提供一种制造热压成型用钢板的方法，所述方法包括以下步骤：准备基体钢板；及将所述基体钢板浸渍于铝-镁合金镀浴中从而形成合金镀层，所述合金镀浴包含0.5～10重量％的镁(Mg)、0.0005～0.05重量％的氧化性比所述镁(Mg)更强的元素、余量的Al及其他不可避免的杂质。
发明的效果
本发明的热压成型用钢板是耐腐蚀性比现有的热压成型用钢板更加提高的钢板，利用其进行热压成型时可制造出没有表面缺陷等的成型部件，所述成型部件焊接性优异，从而在焊接时可使缺陷最小化，并且能够确保焊接稳定性。
附图说明
图1为示出了根据本发明一侧面的热压成型部件的截面模式图。
优选实施方式
为了提高热压成型用镀铝钢板或镀铝-硅钢板的耐腐蚀性而进行镀镁(Mg)的情况下，为了热压成型而进行高温加热时，Mg扩散至镀层表面从而在表面形成MgO，所述氧化物最终将成为降低电镀钢板的耐腐蚀性及焊接性的因素。
因此，本发明人以提高电镀钢板的耐腐蚀性为目的，对以下方案进行了研究，所述方案为，利用镀镁合金，并为了对由此制造的镀合金钢板进行热压成型而对其进行高温加热时，抑制由所述Mg导致的氧化物形成。其结果，确认了在Al基镀浴(Al-based plating bath)内进一步添加Mg与氧化性比所述Al、Mg更强的成分时，能够制造出不仅耐腐蚀性得到提高而且焊接性也得到提高的镀合金钢板，从而完成了本发明。
以下对本发明进行详细说明。
根据本发明一侧面的热压成型用钢板包括：基体钢板(base steelsheet)；及铝-镁合金镀层，其形成于所述基体钢板的至少一面。
首先，在本发明中，就用于热压成型用钢板的基体钢板而言，只要是通常的适用于热压成型的钢板就可以使用，例如，可利用通常的碳钢。作为所述碳钢的一例，可利用包含0.1～0.4重量％的碳(C)、0.05～1.5重量％的硅(Si)、0.5～3.0重量％的锰(Mn)、余量的Fe及其他不可避免的杂质的钢板，但并不限定于此。
本发明的基体钢板除了包含上述成分以外，以更加提高诸如钢的强度、韧性、焊接性等的机械物性为目的，可进一步包含选自0.001～0.02重量％的氮(N)、0.0001～0.01重量％的硼(B)、0.001～0.1重量％的钛(Ti)、0.001～0.1重量％的铌(Nb)、0.001～0.01重量％的钒(V)、0.001～1.0重量％的铬(Cr)、0.001～1.0重量％的钼(Mo)、0.001～0.1重量％的锑(Sb)及0.001～0.3重量％的钨(W)中的一种以上。
本发明的热压成型用钢板优选在所述基体钢板的至少一面包含镀层，此时，所述镀层优选为铝-镁合金镀层。此时，所述合金镀层内所包含的镁含量为0.5～10重量％。
另外，所述铝-镁合金镀层可进一步包含10重量％以下(0％除外)的硅(Si)，此时的合金镀层优选为铝-硅-镁合金镀层。
所述合金镀层优选具有5～30μm的平均厚度，如果所述合金镀层的平均厚度小于5μm，则无法充分确保电镀钢板的耐腐蚀性，另一方面，如果超过30μm，则虽然在确保耐腐蚀性方面上有利，但电镀量过多地增加，由此带来钢板制造费用上升。
就所述合金镀层而言，其组成除了包含铝、镁、硅以外，优选还包含氧化性比所述镁(Mg)更强的元素。
所述氧化性比镁(Mg)更强大的元素，优选为选自铍(Be)、钙(Ca)、锂(Li)、钠(Na)、锶(Sr)、钪(Sc)、钇(Y)中的一种以上，更加优选为选自铍(Be)、钙(Ca)、锂(Li)及钠(Na)中的一种以上。
所述氧化性比镁(Mg)更强的元素，例如Be、Ca、Li、Na等为氧化性比所述铝、镁、硅更强的元素，在高温下加热包含上述元素的本发明的热压成型用钢板的特征为，氧化性比所述镁(Mg)更强的元素先扩散到镀层表面。因此，能够防止镀Mg合金钢板的问题点，即高温加热时由MgO的形成引起的耐腐蚀性及焊接性降低，为此，优选包含0.0005～0.05重量％的所述氧化性比镁(Mg)更强的元素。更加有利的方案为，优选包含0.0005～0.02重量％的所述氧化性比镁(Mg)更强的元素。
以下，用优选一例对制造本发明的热压成型用钢板的方法进行详细说明。
本发明中提供的热压成型用钢板可通过如下步骤来制造而成：准备基体钢板；及通过将所述基体钢板浸渍于包含氧化性比镁(Mg)更强的元素的铝-镁合金镀浴中来形成合金镀层。
首先，所述基体钢板优选为在本发明中已经提及的钢种，其制造方法不受特别限制，可用本技术领域的公知的方法加以制造并准备。
优选地，将所述准备的基体钢板浸渍于铝-镁合金镀浴中，从而使合金镀层形成于所述基体钢板的至少一面。
形成所述合金镀层的步骤，优选在650～750℃的合金镀浴中实施2～5秒。
若所述合金镀浴的温度小于650℃，则镀层的外观将变得不良，导致电镀粘合性将降低，另一方面，若超过750℃，则基体钢板的热扩散将加快，导致合金层的异常成长，从而加工性降低，于镀浴内生成过多氧化物层。
此外，若浸渍时间小于2秒，则无法充分实现电镀，从而无法形成所要厚度的镀层，另一方面，若超过5秒，则合金层将异常生长，因此不优选。
以如上所述的条件进行电镀来形成合金镀层时，为了形成具有本发明中所要求的组成的合金镀层，所述合金镀浴优选包含0.5～10重量％的镁(Mg)、0.0005～0.05重量％(5～500ppm)的氧化性比所述镁(Mg)更强的元素、余量的Al及其他不可避免的杂质。
利用所述合金镀浴进行电镀时，基体钢板在镀浴中被洗脱出来，从而基体钢板的部分成分将在镀浴中以杂质的形式存在，更加具体地，分别3重量％以下的Fe及Mg、分别0.1重量％以下的Ni、Cu、Cr、P、S、V、Nb、Ti、及B中的一种以上的成分作为杂质可包含在所述镀浴中。
此时，所述氧化性比镁(Mg)更强大的元素优选为选自铍(Be)、钙(Ca)、锂(Li)、钠(Na)、锶(Sr)、钪(Sc)、钇(Y)中的一种以上，更优选为选自铍(Be)、钙(Ca)、锂(Li)及钠(Na)中的一种以上。
包含在所述合金镀浴内的Mg为用于提高耐腐蚀性的重要元素，尤其铝基电镀钢板露出于腐蚀环境中时，用包含Mg的腐蚀生成物来覆盖住镀层表面及基体铁的露出部，从而提高铝基电镀钢板固有的耐腐蚀性。
若镀浴内Mg的含量小于0.5重量％，则电镀后形成的合金镀层内的Mg含量将小于0.5％，这种情况下，热压后成型品的耐腐蚀性将降低。另一方面，若镀浴内的Mg含量超过10重量％，则浮渣(dross)产生量增加。
此外，若所述氧化性比镁(Mg)更强的元素的含量小于0.0005％，则电镀后形成的合金镀层内的所述成分的含量小于本发明中所要求的最少含量，这种情况下，高温加热时抑制于合金镀层内因Mg的表面扩散导致的MgO生成的效果大大减少，其结果在热压过程中可导致因MgO的脱落引起的设备污染。此外，随着最终成型品的合金镀层内的Mg含量的大大减少，无法确保耐腐蚀性。另一方面，若超过0.05％，则所述氧化性比镁(Mg)更强的元素的一部分将浓缩在镀层和基体铁界面上，当对其进行高温加热时，界面上的浓缩物抑制基体铁和镀层的合金化反应，从而延迟与基体铁的合金化。如果合金化被延迟，则在高温加热的过程中，镀层的一部分被熔解，从而热压时固着于模具。更加有利的方案为，优选包含0.0005～0.02重量％的所述氧化性比镁(Mg)更强大的元素。
本发明在除了包含Al以外主要包含Mg的合金镀浴内，添加氧化性比镁(Mg)更强的元素，例如微量添加Be、Ca、Li及Na中一种以上，从而能够更加提高所形成的镀合金钢板的耐腐蚀性。即，诸如所述Be、Ca、Li、Na的元素为氧化性比铝、镁优异的元素，在所述合金镀浴内完成电镀后，用高温加热时，所述元素首先扩散到镀层表面，因此抑制由Mg导致的氧化物形成，其结果，能够提高镀合金钢板的耐腐蚀性。
另外，所述合金镀层内除了包含上述成分以外，可以进一步包含10重量％以下(0％除外)的硅(Si)。所述Si在对电镀钢板进行高温加热时，抑制基体铁的过度扩散，从而在热压过程中抑制镀层脱落，还起到提高镀浴流动性的作用。
在上述合金镀浴内完成电镀后形成的合金镀层，可以是铝-镁合金镀层或铝-硅-镁合金镀层，所述各合金镀层内包含氧化性比所述镁(Mg)更强的元素，优选包含例如铍(Be)、钙(Ca)、锂(Li)、钠(Na)、锶(Sr)、钪(Sc)、钇(Y)中的一种以上，更加优选包含0.0005～0.05重量％的选自铍(Be)、钙(Ca)、锂(Li)、及钠(Na)中的一种以上，进一步优选包含0.0005～0.02重量％的选自铍(Be)、钙(Ca)、锂(Li)、及钠(Na)中的一种以上。
以下，对利用本发明的热压成型用钢板制造的热压成型部件及其制造方法进行详细说明。
首先，可通过对本发明所提供的热压成型用钢板进行热压成型来获得本发明的热压成型部件，更加具体地，如图1所示，所述热压成型部件包括：基体钢板；铝-镁合金镀层，其形成于所述基体钢板的至少一面；及氧化性膜层，其形成于所述合金镀层上部。
所述氧化性膜层是由形成热压成型用钢板的铝-镁合金镀层的成分扩散到表面而形成的氧化性膜，优选包含氧化性比所述镁(Mg)更强的元素，包含一些铝及镁中的一种以上。
此外，所述氧化性比镁(Mg)更强的元素也可包含在铝-镁合金镀层内。
此时，所述氧化性比镁(Mg)更强的元素，优选为铍(Be)、钙(Ca)、锂(Li)、钠(Na)、锶(Sr)、钪(Sc)、钇(Y)中的一种以上，更加优选为选自铍(Be)、钙(Ca)、锂(Li)及钠(Na)中的一种以上。
通过如上所述的方式构成的氧化性膜层，其厚度优选为1μm以下(0μm除外)。若所述氧化性膜层的厚度超过1μm，则点焊时焊接性降低。
另外，所述合金镀层可以进一步包含10重量％以下(0％除外)的硅(Si)，这种情况下，形成于所述合金镀层上部的氧化性膜层内也可包含一些硅。
接着，对制造本发明的热压成型部件的方法进行详细说明。
如上所述，在基体钢板表面依次包括合金镀层及氧化性膜层的热压成型部件可通过下述步骤制造而成：对本发明的热压成型用钢板进行加热；进行热压成型；及进行冷却。
在所述加热的步骤中，优选以3～200℃/s的升温速度实施到Ac3～1000℃。
所述加热是为了使钢板的微细组织奥氏体化而进行的，若其温度低于Ac3，则出现两相区(intercritical)，另一方面，超过1000℃，则合金镀层一部分被劣化，因此，不优选。
此外，优选以3～200℃/s的升温速度加热到所述温度范围，若升温速度小于3℃/s，则达到加热温度所需要的时间很长，因此优选以3℃/s以上的速度加以实施，此时考虑到加热设备，优选将其上限设定为200℃/s。
在上述条件下加热的过程中，基体钢板及合金镀层内所包含的成分将扩散到镀层表面，尤其，包含在所述合金镀层内的氧化性比镁(Mg)更强的元素，例如Be、Ca、Li及Na中的一种以上的成分首先扩散，从而形成厚度为1μm以下(0μm除外)的氧化性膜层。此时，所述氧化性膜层内除了包含上述的成分以外，还可包含能够容易扩散到镀层表面的一些铝、镁、硅等。
另外，就本发明而言，在所述加热步骤后，根据需要，为了确保所需要的材质，可在所述加热温度下维持一定时间。此时，维持时间不受特别限制，但考虑到基体铁等的扩散时间，优选为240秒以下。
根据上述记载完成加热后，进行热压成型从而制造成成型部件。
此时，热压成型可使用本领域中通常利用的方法，例如，以维持所述加热温度的状态下，并利用冲床(press)将所述经过加热的钢板热压成型成所要的形状，但并不限定于此。
完成所述热压成型后，优选以20℃/s以上的冷却速度冷却至100℃以下。此时，就所述冷却而言，其速度越快越有利，若冷却速度小于20℃/s，则可能形成诸如铁素体或珠光体的强度低的组织，因此不优选。
由于本发明的热压成型用钢板耐腐蚀性优异，因此利用该钢板进行热压成型时可制造出没有表面缺陷等的成型部件，所述成型部件焊接性优异，从而可使焊接时的缺陷最小化，并能够确保焊接稳定性。
具体实施方式
以下，通过实施例更加具体说明本发明。但是，需要注意的是，下述实施例只是为了通过例示来更加详细地说明本发明而提出的，并非是为了限定本发明的权利要求范围而提出的。这是因为本发明的权利要求范围由记载在专利权利要求中所记载的事项和由此合理地类推导出的事项所决定。
(实施例)
首先，将厚度为15mm的热压成型用冷轧钢板准备为基体钢板。此时，所述基体钢板包含0.22wt％的C、0.24wt％的Si、1.56wt％的Mn、0.012wt％的P、0.0028wt％的B、0.01wt％的Cr、0.03wt％的Ti、余量Fe及其他不可避免的杂质。
为了退火热处理，将所述基体钢板加热至800℃，并在所述温度下维持50秒后进行冷却，然后浸渍于维持690℃的镀浴中。此时，镀浴的组成如下表1所示。
所述电镀结束后，使镀层溶解，并分析镀层附着量(plating weight)和成分，然后将其换算成厚度，从而测定镀层的整体厚度。其结果示于下述表2。
此外，使用下述表3的条件对所述各电镀钢板进行加热后，10秒之内完成成型，之后，在成型状态下进行冷却，从而制造了成型品。
此后，测定形成于所述成型品表面的氧化性膜层的厚度，实施盐水喷雾试验1200小时，并测定基体铁的腐蚀深度，其结果示于下述表3。
表1
表2
表3
如所述表1至3所示，可以确认，利用以根据本发明的条件制造的电镀钢板进行热压成型时，不会产生设备污染，同时热压成型后表面氧化性膜层的厚度均为0.37μm以下而形成薄的氧化性膜层。并且，对各成型品的耐腐蚀性进行评价的结果，可以确认，腐蚀深度均为0.32mm以下，耐腐蚀性优异。
另一方面，如比较例1及2，镀浴中没有包含Be、Ca、Li及Na中的任何成分的情况下，成型后设备污染严重，氧化性膜层的厚度也超过1μm而形成厚的氧化性膜层。因此，可确认腐蚀深度分别为0.54、0.52mm，耐腐蚀性差。
比较例3是镀浴中含有Be，但其含量非常少的情况，在用于热压的高温加热过程中，Mg的表面氧化抑制效果微弱，从而形成了厚的氧化性膜层，因此，耐腐蚀性差。
比较例4是镀浴中含有过量的Be的情况，在用于热压的高温加热过程中，浓缩在界面的Be抑制基体铁的扩散，从而抑制了镀层的合金化，因此，冲压过程中镀层的一部分以液态存在，该液态附着于成型模具上，从而污染了模具。
比较例5是镀浴条件符合本发明，但用于热压成型准备的加热情况下升温速度过慢的情况，通过长时间的加热，形成了厚的氧化性膜层，因此耐腐蚀性差。

Claims (15)

1.一种热压成型用钢板，其包括：
基体钢板；及
铝-镁合金镀层，其形成于所述基体钢板的至少一面，
其中，所述合金镀层包含氧化性比所述镁(Mg)更强的元素。
2.根据权利要求1所述的热压成型用钢板，其中，
所述氧化性比镁(Mg)更强的元素为，选自铍(Be)、钙(Ca)、锂(Li)、及钠(Na)中的一种以上。
3.根据权利要求1所述的热压成型用钢板，其中，
所述合金镀层包含0.0005～0.05重量％的所述氧化性比镁(Mg)更强的元素。
4.根据权利要求3所述的热压成型用钢板，其中，
所述合金镀层包含0.0005～0.02重量％的所述氧化性比镁(Mg)更强的元素。
5.根据权利要求1所述的热压成型用钢板，其中，
所述合金镀层包含0.5～10重量％的镁(Mg)。
6.根据权利要求1所述的热压成型用钢板，其中，
所述合金镀层进一步包含10重量％以下(0％除外)的硅(Si)，
所述合金镀层为铝-硅-镁合金镀层。
7.根据权利要求1所述的热压成型用钢板，其中，
所述合金镀层具有5～30μm的平均厚度。
8.一种热压成型部件，其包括：
基体钢板；
铝-镁合金镀层，其形成于所述基体钢板的至少一面；及
氧化性膜层，其形成于所述合金镀层上部，
其中，所述氧化性膜层包含氧化性比所述镁(Mg)更强的元素。
9.根据权利要求8所述的热压成型部件，其中，
所述氧化性比镁(Mg)更强的元素为选自铍(Be)、钙(Ca)、锂(Li)、及钠(Na)中的一种以上。
10.根据权利要求8所述的热压成型部件，其中，
所述氧化性膜层进一步包含铝及镁中的一种以上。
11.根据权利要求8所述的热压成型部件，其中，
所述合金镀层进一步包含10重量％以下(0％除外)的硅(Si)，
所述合金镀层为铝-硅-镁合金镀层。
12.根据权利要求8所述的热压成型部件，其中，
所述合金镀层的平均厚度为5～35μm，
所述氧化性膜层的平均厚度为1μm以下(0μm除外)。
13.一种制造热压成型用钢板的方法，其中，
所述方法包括以下步骤：
准备基体钢板；及
将所述基体钢板浸渍于铝-镁合金镀浴中从而形成合金镀层，
所述合金镀浴包含0.5～10重量％的镁(Mg)、0.0005～0.05重量％的氧化性比所述镁(Mg)更强的元素、余量的Al及其他不可避免的杂质。
14.根据权利要求13所述的制造热压成型用钢板的方法，其中，
所述氧化性比镁(Mg)更强的元素为选自铍(Be)、钙(Ca)、锂(Li)、及钠(Na)中的一种以上。
15.根据权利要求13所述的制造热压成型用钢板的方法，其中，
所述合金镀浴进一步包含10重量％以下的硅(Si)。
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