CN109518114A - 带铝硅合金镀层的热冲压部件的制造方法及热冲压部件 - Google Patents

带铝硅合金镀层的热冲压部件的制造方法及热冲压部件 Download PDF

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Abstract

带铝硅合金镀层的热冲压部件的制造方法及热冲压部件，其方法包括如下步骤：涂覆铝硅合金镀层的钢板加工成零件所需形状的坯料，坯料热处理，热冲压成形；所述坯料热处理采用两段式或三段式加热保温，加热保温为阶梯式升温；所述涂覆铝硅合金镀层的钢板包括基板及其至少一个表面上的铝硅合金镀层。本发明方法充分考虑了铝硅镀层特性，可有效解决铝硅镀层的粘辊问题，降低热处理炉辊子的结瘤概率，提升辊子的使用寿命，同时保证热冲压部件镀层的完整性及部件的机械性能、焊接性能、涂装性能及耐蚀性能。

Description

带铝硅合金镀层的热冲压部件的制造方法及热冲压部件
技术领域
本发明涉及热冲压部件制造技术，特别涉及一种带铝硅合金镀层的热冲压部件的制造方法及热冲压部件。
背景技术
轻量化、减少排放是汽车行业的主要发展趋势，采用强度相对较低的材料，通过热处理来改变微观组织，最终实现汽车零件的高强度，这种热成形技术实现了汽车零件成形水平的提高和高强度性能的保证。铝硅镀层相对无镀层热冲压产品具有好的厚度和尺寸精度、良好的耐蚀性及焊接性能，在目前的使用热冲压钢的比例约70％左右，在可预见的将来比例将越来越高。
中国专利CN101583486B公开了涂覆的冲压产品的方法，包括冲压的温度和时间，从室温至700℃的加热速率是4～12℃/s，主要目的是保证冲压部件的点焊性能。
中国专利CN102300707B进一步公开了热冲压涂覆部件的加热方法，具体是熔融温度下的加热速率，奥氏体化温度下的保温时间等，但用户在使用过程中，考虑到热处理炉的效率及生产节拍，发现该加热方法仍不能很好地解决铝硅镀层粘辊结瘤问题，造成热处理炉辊子寿命下降，热冲压部件镀层脱落等问题。
发明内容
本发明的目的在于一种带铝硅合金镀层的热冲压部件的制造方法及热冲压部件，可以有效解决铝硅镀层的粘辊问题，降低热处理炉辊子的结瘤概率，提升辊子的使用寿命，同时保证热冲压部件镀层的完整性及部件的机械性能、焊接性能、涂装性能及耐蚀性能。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种带铝硅合金镀层的热冲压部件的制造方法，包括如下步骤：涂覆铝硅合金镀层的钢板加工成零件所需形状的坯料，坯料热处理，热冲压成形；所述坯料热处理中，将坯料放入热处理炉进行奥氏体化热处理，所述的坯料热处理工艺包括第一、第二、第三加热保温段；其中：
涂覆铝硅合金镀层的钢板的厚度<1.5mm时，
第一加热保温段，加热保温温度和时间限定在图形ABCD内，该图形ABCD具有A(750℃，30s)，B(750℃，90s)，C(870℃，90s)，D(870℃，30s)所限定的温度和时间范围；
第二加热保温段，加热保温温度和时间限定在图形EFGH内，该图形EFGH具有E(875℃，60s)，F(875℃，240s)，G(930℃，150s)，H(930℃，30s)所限定的温度和时间范围；
第三加热保温段，加热保温温度和时间限定在图形IJKL内，该图形IJKL具有I(935℃，60s)，J(935℃，240s)，K(955℃，180s)，L(955℃，30s)所限定的温度和时间范围；
涂覆铝硅合金镀层的钢板的厚度≥1.5mm时，
第一加热保温段，加热保温温度和时间限定在图形A'B'C'D'内，该图形A'B'C'D'具有A'(750℃，30s)，B'(750℃，90s)，C'(890℃，90s)，D'(890℃，30s)所限定的温度和时间范围；
第二加热保温段，加热保温温度和时间限定在图形E'F'G'H'内，该图形E'F'G'H'具有E'(895℃，90s)，F'(895℃，270s)，G'(940℃，210s)，H'(940℃，60s)所限定的温度和时间范围；
第三加热保温段，加热保温温度和时间限定在图形I'J'K'L'内，该图形I'J'K'L'具有I'(945℃，60s)，J'(945℃，240s)，K'(955℃，180s)，L'(955℃，30s)所限定的温度和时间范围。
进一步，所述的坯料热处理工艺中包括第一、第三加热保温段，所述第二加热保温段的第二加热保温时间为零，形成两段式加热保温；其中，
涂覆铝硅合金镀层的钢板的厚度<1.5mm时，
第一加热保温段，加热保温温度和时间限定在图形abcd内，该图形abcd具有a(750℃，30s)，b(750℃，90s)，c(870℃，90s)，d(870℃，30s)所限定的温度和时间范围；
第三加热保温段温度，加热保温温度和时间限定在图形ijkl内，该图形ijkl具有i(935℃，180s)，j(935℃，300s)，k(955℃，270s)，l(955℃，150s)所限定的温度和时间范围；
涂覆铝硅合金镀层的钢板的厚度≥1.5mm时，
第一加热保温段，加热保温温度和时间限定在图形a'b'c'd'内，该图形a'b'c'd'具有a'(750℃，30s)，b'(750℃，90s)，c'(890℃，90s)，d'(890℃，30s)所限定的温度和时间范围；
第三加热保温段温度，加热保温温度和时间限定在图形i'j'k'l'内，该图形i'j'k'l'具有i'(945℃，180s)，j'(945℃，300s)，k'(955℃，270s)，l'(955℃，150s)所限定的温度和时间范围。
更进一步，所述的坯料热处理工艺中，所述第一、第二、第三加热保温段中的温度为阶梯式温度升温或设定一个温度。
例如，1.2mm铝硅合金镀层钢板，其热处理工艺可以是，第一加热保温段800℃，60s，第二加热保温段930℃，120s，第三加热保温段940℃，60s；也可以是第一加热保温段设定为多个温度，如770℃，40s，820℃，30s，770℃，50s，第二加热保温段设定为多个温度，如900℃，60s，930℃，60s，第三加热保温段935℃，60s，940℃，60s。
优选的，所述的坯料热处理工艺的时间不低于150s，不超过600s。
优选的，所述的坯料热处理工艺采用热处理炉，炉内气氛氧含量不低于15％，炉内露点不高于-5℃。
优选的，所述的热冲压成形工序中，将热处理后的坯料快速转移至模具进行冲压成形，转移时间为4～12秒，入模具前坯料温度不低于600℃；冲压前对模具进行冷却降温，确保冲压前模具的表面温度低于100℃，坯料的冷却速率大于30℃/s。
又，所述涂覆铝硅合金镀层的钢板包括基板及其至少一个表面上的铝硅合金镀层，所述基板的成分重量百分比为：C：0.04-0.8％，Si<1.2％，Mn：0.1-5％，P<0.3％，S<0.1％，Al<0.3％，Ti<0.5％，B<0.1％，Cr<3％，其余为Fe及不可避免杂质。
优选的，所述的铝硅合金镀层的成分重量百分比为：Si：4～14％，Fe：0～4％，余量为Al及不可避免杂质。
优选的，所述的铝硅合金镀层的重量平均值为58～105g/m2单面。
优选的，所述的铝硅合金镀层的重量平均值为72～88g/m2单面。
另外，本发明制造方法获得的热冲压部件的铝硅合金镀层中包含表面合金层和扩散层，扩散层厚度与铝硅合金镀层厚度的比值为0.08-0.5。
具体的，所述的铝硅合金镀层包含两层，与基板接触的是扩散层，热处理过程中，铝硅合金镀层中的Al与基板的Fe进一步扩散，形成扩散层；铝硅合金镀层中的Al与基板的Fe会发生合金化，形成表面合金层；热冲压后的部件中，扩散层厚度与铝硅合金镀层总厚度(包含扩散层与表面合金层)的比值为0.08-0.5。
本发明所述的热冲压部件的屈服强度400-1300MPa，抗拉强度500-2000MPa，延伸率≥4％。
本发明所述的热成形部件在热处理过程中，无镀层融化粘辊，镀层完整，粘附力好，表面无明显剥落。
本发明所述的热成形部件镀层无脱落，表面粗糙度满足要求，扩散层厚度与镀层厚度比值在0.08-0.5之间，电泳涂装后，漆膜完整，漆膜附着力评价为0级以上。
本发明所述的热成形部件扩散层厚度和镀层厚度满足要求，扩散层厚度与镀层厚度比值在0.08-0.5之间，点焊性能优良，点焊区间均在2KA以上。
本发明所述的热成形部件上镀层在热处理过程中，可以很好地满足镀层的扩散及基板的奥氏体化，同时避免镀层的融化粘辊，从而得到具备良好镀层性能和基板性能的热冲压部件。
具体来讲，铝硅合金镀层Al-Si合金的熔点在580～600℃，钢板的奥氏体化温度在840℃以上，铝硅合金镀层在热处理过程中会发生镀层融化，粘附炉辊，同时镀层中Al与基板Fe会发生扩散，形成Fe-Al合金，该合金耐热性强，融化温度高，不会对炉辊造成粘附，本发明通过控制铝硅镀层在加热过程、加热保温段的停留时间，从而尽量避免铝硅合金镀层的融化，对热处理炉辊子的粘附，造成炉辊结瘤，同时根据生产节拍保证镀层能达到合适的合金化程度，得到合适的镀层厚度和扩散层厚度，以及镀层表面质量，从而保证部件的焊接性、涂装性。
本发明的有益效果：
本发明通过设计坯料热处理工艺，减少了铝硅合金镀层对热处理炉辊子的粘附，降低热处理炉辊子的结瘤发生率，延长辊子的维护周期和使用寿命。
同时，本发明坯料热处理工艺可提高冲压部件的表面质量，防止镀层在热处理过程中的剥落。
另外，本发明坯料热处理方法采用阶梯式升温方式，充分考虑了铝硅合金镀层特性，根据料厚情况，合理调节温度和时间，使能量得以有效利用，具备很好的节能效果。
附图说明
图1为对比例1制备的铝硅合金镀层热冲压部件的表面。
图2为本发明实施例1制备的铝硅合金镀层热冲压部件的表面。
图3为本发明实施例1制备的铝硅合金镀层热冲压部件的截面图。
图4为本发明所述坯料热处理工艺(三段式加热保温)第一～第三加热保温段加热保温温度和时间范围示意图(钢板厚度<1.5mm)。
图5为本发明所述坯料热处理工艺(三段式加热保温)第一～第三加热保温段加热温度温度和时间范围示意图(钢板厚度≥1.5mm)。
图6为本发明所述坯料热处理工艺(两段式加热保温)第一、第三加热保温段加热温度温度和时间范围示意图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。
表1为本发明实施例钢板基板的成分；表2为本发明实施例的热冲压部件制造工艺及热冲压部件的性能。
实施例1
将1.2mm基板在650℃下进行热浸镀铝，镀液成分为8％Si，2.3％Fe，其余为Al及不可避免杂质，涂覆铝硅合金镀层的钢板连续落料成一定形状的坯料，坯料进行热处理，具体热处理参数如表2所示，所得热冲压部件的外观如图2所示，所述铝硅合金镀层截面微观结构图3所示，铝硅合金镀层中包含表面合金层和扩散层，扩散层厚度与铝硅合金镀层厚度的比值是0.25。
实施例2
将0.9mm基板在660℃下进行热浸镀铝，镀液成分为9％Si，2.5％Fe，其余为Al及不可避免杂质，涂覆铝硅合金镀层的钢板连续落料成一定形状的坯料，坯料进行热处理，具体热处理参数如表2所示，所述扩散层厚度与铝硅合金镀层厚度的比值是0.3。
实施例3
将1.0mm基板在660℃下进行热浸镀铝，镀液成分为8.5％Si，2.5％Fe，其余为Al及不可避免杂质，涂覆铝硅合金镀层的钢板连续落料成一定形状的坯料，坯料进行热处理；所述扩散层厚度与铝硅合金镀层厚度的比值是0.15。
实施例4
将1.1mm基板在680℃下进行热浸镀铝，镀液成分为9.5％Si，2.5％Fe，其余为Al及不可避免杂质，涂覆铝硅合金镀层的钢板连续落料成一定形状的坯料，坯料进行热处理；所述扩散层厚度与铝硅合金镀层厚度的比值是0.28。
实施例5
将1.2mm基板在680℃下进行热浸镀铝，镀液成分为8.8％Si，2.4％Fe，其余为Al及不可避免杂质，涂覆铝硅合金镀层的钢板连续落料成一定形状的坯料，坯料进行热处理；所述扩散层厚度与铝硅合金镀层厚度的比值是0.35。
实施例6
将1.5mm基板在680℃下进行热浸镀铝，镀液成分为8.8％Si，2.4％Fe，其余为Al及不可避免杂质，涂覆铝硅合金镀层的钢板连续落料成一定形状的坯料，坯料进行热处理；所述扩散层厚度与铝硅合金镀层厚度的比值是0.35。
实施例7
将1.6mm基板在680℃下进行热浸镀铝，镀液成分为8.8％Si，2.4％Fe，其余为Al及不可避免杂质，涂覆铝硅合金镀层的钢板连续落料成一定形状的坯料，坯料进行热处理；所述扩散层厚度与铝硅合金镀层厚度的比值是0.3。
实施例8
将1.8mm基板在680℃下进行热浸镀铝，镀液成分为8.8％Si，2.4％Fe，其余为Al及不可避免杂质，涂覆铝硅合金镀层的钢板连续落料成一定形状的坯料，坯料进行热处理；所述扩散层厚度与铝硅合金镀层厚度的比值是0.35。
实施例9
将2.0mm基板在680℃下进行热浸镀铝，镀液成分为8.8％Si，2.4％Fe，其余为Al及不可避免杂质，涂覆铝硅合金镀层的钢板连续落料成一定形状的坯料，坯料进行热处理；所述扩散层厚度与铝硅合金镀层厚度的比值是0.4。
表1钢板基板成分重量百分比(wt％)
表2
图1是对比例中热冲压部件表面，表面铝硅镀层发生融化，会造成镀层粘辊。
图2是本发明实施例1中热冲压部件表面，表面铝硅合金镀层没有融化迹象，合金化充分。
图3是本发明实施例1中热冲压部件镀层截面图。从图中可以看出：铝硅合金镀层包含两层——表面合金层和扩散层，扩散层与铝硅合金镀层厚度比值为0.25左右，基板主要由马氏体组成。
图4是本发明所述的涂覆铝硅合金镀层的钢板的厚度<1.5mm时，第一、第二、第三加热保温段范围，第一加热保温段加热保温温度和时间限定在图形ABCD内，第二加热保温段加热保温温度和时间限定在图形EFGH内，第三加热保温段加热保温温度和时间限定在图形IJKL内。
图5是本发明所述的涂覆铝硅合金镀层的钢板的厚度≥1.5mm时，第一加热保温段加热保温温度和时间限定在图形A'B'C'D'内，第二加热保温段加热保温温度和时间限定在图形E'F'G'H'内，第三加热保温段加热保温温度和时间限定在图形I'J'K'L'内。
图6所示为本发明所述坯料热处理工艺(两段式加热保温)第一、第三加热保温段加热温度温度和时间范围示意图，所述第二加热保温段的第二加热保温时间为零，形成两段式加热保温。
涂覆铝硅合金镀层的钢板的厚度<1.5mm时，第一加热保温段的加热保温温度和时间限定在图形abcd内，第三加热保温段温度的加热保温温度和时间限定在图形ijkl内。
涂覆铝硅合金镀层的钢板的厚度≥1.5mm时，第一加热保温段的加热保温温度和时间限定在图形a'b'c'd'内，第三加热保温段的加热保温温度和时间限定在图形i'j'k'l'内。

Claims (12)

1.带铝硅合金镀层的热冲压部件的制造方法，包括如下步骤：涂覆铝硅合金镀层的钢板加工成零件所需形状的坯料，坯料热处理，热冲压成形；其特征是，所述坯料热处理中，将坯料放入热处理炉进行奥氏体化热处理，所述的坯料热处理工艺包括第一、第二、第三加热保温段；其中：
涂覆铝硅合金镀层的钢板的厚度<1.5mm时，
第一加热保温段，加热保温温度和时间限定在图形ABCD内，该图形ABCD具有A(750℃，30s)，B(750℃，90s)，C(870℃，90s)，D(870℃，30s)所限定的温度和时间范围；
第二加热保温段，加热保温温度和时间限定在图形EFGH内，该图形EFGH具有E(875℃，60s)，F(875℃，240s)，G(930℃，150s)，H(930℃，30s)所限定的温度和时间范围；
第三加热保温段，加热保温温度和时间限定在图形IJKL内，该图形IJKL具有I(935℃，60s)，J(935℃，240s)，K(955℃，180s)，L(955℃，30s)所限定的温度和时间范围；
涂覆铝硅合金镀层的钢板的厚度≥1.5mm时，
第一加热保温段，加热保温温度和时间限定在图形A'B'C'D'内，该图形A'B'C'D'具有A'(750℃，30s)，B'(750℃，90s)，C'(890℃，90s)，D'(890℃，30s)所限定的温度和时间范围；
第二加热保温段，加热保温温度和时间限定在图形E'F'G'H'内，该图形E'F'G'H'具有E'(895℃，90s)，F'(895℃，270s)，G'(940℃，210s)，H'(940℃，60s)所限定的温度和时间范围；
第三加热保温段，加热保温温度和时间限定在图形I'J'K'L'内，该图形I'J'K'L'具有I'(945℃，60s)，J'(945℃，240s)，K'(955℃，180s)，L'(955℃，30s)所限定的温度和时间范围。
2.如权利要求1所述的带铝硅合金镀层的热冲压部件的制造方法，其特征是，所述的坯料热处理工艺中包括第一、第三加热保温段，所述第二加热保温段的第二加热保温时间为零，形成两段式加热保温；其中，
涂覆铝硅合金镀层的钢板的厚度<1.5mm时，
第一加热保温段，加热保温温度和时间限定在图形abcd内，该图形abcd具有a(750℃，30s)，b(750℃，90s)，c(870℃，90s)，d(870℃，30s)所限定的温度和时间图标；
第三加热保温段温度，加热保温温度和时间限定在图形ijkl内，该图形ijkl具有i(935℃，180s)，j(935℃，300s)，k(955℃，270s)，l(955℃，150s)所限定的温度和时间范围；
涂覆铝硅合金镀层的钢板的厚度≥1.5mm时，
第一加热保温段，加热保温温度和时间限定在图形a'b'c'd'内，该图形a'b'c'd'具有a'(750℃，30s)，b'(750℃，90s)，c'(890℃，90s)，d'(890℃，30s)所限定的温度和时间范围；
第三加热保温段温度，加热保温温度和时间限定在图形i'j'k'l'内，该图形i'j'k'l'具有i'(945℃，180s)，j'(945℃，300s)，k'(955℃，270s)，l'(955℃，150s)所限定的温度和时间范围。
3.如权利要求1所述的带铝硅合金镀层的热冲压部件的制造方法，其特征是，所述的坯料热处理工艺中，所述第一、第二、第三加热保温段中的温度为阶梯式温度升温或设定一个温度。
4.如权利要求1所述的带铝硅合金镀层的热冲压部件的制造方法，其特征是，所述的坯料热处理工艺的时间不低于150s，不超过600s。
5.如权利要求1所述的带铝硅合金镀层的热冲压部件的制造方法，其特征是，所述的坯料热处理工艺采用热处理炉，炉内气氛氧含量不低于15％，炉内露点不高于-5℃。
6.如权利要求1所述的带铝硅合金镀层的热冲压部件的制造方法，其特征是，所述的热冲压成形工序中，将热处理后的坯料快速转移至模具进行冲压成形，转移时间为4～12秒，入模具前坯料温度不低于600℃；冲压前对模具进行冷却降温，确保冲压前模具的表面温度低于100℃，坯料的冷却速率大于30℃/s。
7.如权利要求1所述的带铝硅合金镀层的热冲压部件的制造方法，其特征是，所述涂覆铝硅合金镀层的钢板包括基板及其至少一个表面上的铝硅合金镀层，所述基板的成分重量百分比为：C：0.04-0.8％，Si<1.2％，Mn：0.1-5％，P<0.3％，S<0.1％，Al<0.3％，Ti<0.5％，B<0.1％，Cr<3％，其余为Fe及不可避免杂质。
8.如权利要求7所述的带铝硅合金镀层的热冲压部件的制造方法，其特征是，所述的铝硅合金镀层的成分重量百分比为：Si：4～14％，Fe：0～4％，余量为Al及不可避免杂质。
9.如权利要求7或8所述的带铝硅合金镀层的热冲压部件的制造方法，其特征是，所述的铝硅合金镀层的重量平均值为58～105g/m2单面。
10.如权利要求7或8所述的带铝硅合金镀层的热冲压部件的制造方法，其特征是，所述的铝硅合金镀层的重量平均值为72～88g/m2单面。
11.如权利要求1～10任何一项所述的带铝硅合金镀层的热冲压部件的制造方法获得的热冲压部件，其特征是，所述的热冲压部件的铝硅合金镀层中包含表面合金层和扩散层，扩散层厚度与铝硅合金镀层厚度的比值为0.08-0.5。
12.如权利要求11所述的带铝硅合金镀层的热冲压部件的制造方法获得的热冲压部件，其特征是，所述的热冲压部件的屈服强度400-1300MPa，抗拉强度500-2000MPa，延伸率≥4％。
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