RU2819830C1 - Aluminum-coated steel sheet, thermoformed part and methods of manufacturing - Google Patents
Aluminum-coated steel sheet, thermoformed part and methods of manufacturing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2819830C1 RU2819830C1 RU2023119472A RU2023119472A RU2819830C1 RU 2819830 C1 RU2819830 C1 RU 2819830C1 RU 2023119472 A RU2023119472 A RU 2023119472A RU 2023119472 A RU2023119472 A RU 2023119472A RU 2819830 C1 RU2819830 C1 RU 2819830C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- steel sheet
- temperature
- aluminum
- aluminum coating
- phase
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 118
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 118
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 103
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 94
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 76
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 66
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 63
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000003856 thermoforming Methods 0.000 claims abstract description 20
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 12
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 43
- 229910019018 Mg 2 Si Inorganic materials 0.000 claims description 30
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 29
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 25
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 22
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 15
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 10
- 229910021364 Al-Si alloy Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000005097 cold rolling Methods 0.000 claims description 7
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 7
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 7
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 abstract description 23
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 22
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 22
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 abstract description 22
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract description 15
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract description 15
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 229910019752 Mg2Si Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 51
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 11
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 229910018125 Al-Si Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910018520 Al—Si Inorganic materials 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005554 pickling Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N alumanylidynesilicon Chemical compound [Al].[Si] CSDREXVUYHZDNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 229910001563 bainite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000005261 decarburization Methods 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 229910000734 martensite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к области стальных листов с металлическим покрытием, в частности стального листа с алюминиевым покрытием, термоформованной детали и способам изготовления.The present invention relates to the field of metal coated steel sheets, in particular aluminum coated steel sheets, thermoformed parts and manufacturing methods.
Уровень техникиState of the art
Стальные листы с алюминиевым покрытием широко используются в различных областях, таких как автомобили, бытовая техника, печи и топки, благодаря их хорошей термостойкости и коррозионной стойкости. Слой алюминиевого покрытия может предотвратить окисление и обезуглероживание стального листа во время термообработки благодаря стойкости к высокотемпературному окислению. Поэтому алюминиевые покрытия широко используются в области термоформованной стали (особенно горячештампованной стали). Мировой спрос на горячештампованную сталь с алюминиевым покрытием составляет около 2 миллионов тонн. Тем не менее, термоформование стального листа с алюминиевым покрытием также сталкивается с некоторыми проблемами, такими как проблемы с заеданием роликов, вызванным плавлением алюминия, и риск водородного охрупчивания во время термообработки.Aluminum coated steel sheets are widely used in various fields such as automobiles, home appliances, ovens and furnaces due to their good heat resistance and corrosion resistance. The aluminum coating layer can prevent the steel sheet from oxidation and decarburization during heat treatment due to its high temperature oxidation resistance. Therefore, aluminum coatings are widely used in the field of thermoformed steel (especially hot-formed steel). Global demand for aluminum-coated hot-stamped steel is approximately 2 million tons. However, thermoforming aluminum-coated steel sheet also faces some problems, such as problems with roller jamming caused by aluminum melting and the risk of hydrogen embrittlement during heat treatment.
Проблема заедания роликов, вызванного плавлением алюминия, снижает эффективность производства и качество термоформованных деталей. Чтобы решить эту проблему, исследователи обычно стремятся контролировать скорость нагрева, чтобы избежать плавления алюминия, вызванного быстрым нагревом. Например, в CN 101583486 B прямо предлагается, чтобы скорость нагрева стального листа с алюминиевым покрытием в диапазоне 20-700°C не превышала 12°C/с. CN 109518114 A также раскрывает способ ступенчатого нагрева для предотвращения заедания ролика, вызванного плавлением алюминия, и снижения скорости нагрева.The problem of roller jamming caused by aluminum melting reduces production efficiency and quality of thermoformed parts. To solve this problem, researchers usually aim to control the heating rate to avoid aluminum melting caused by rapid heating. For example, CN 101583486 B expressly proposes that the heating rate of aluminum coated steel sheet in the range of 20-700°C should not exceed 12°C/s. CN 109518114 A also discloses a step heating method to prevent roller jamming caused by aluminum melting and reduce the heating rate.
Риск водородного охрупчивания повлияет на такие свойства, как сопротивление замедленному растрескиванию термоформованной детали. Для снижения риска водородного охрупчивания алюминиево-кремниевой горячештампованной стали в CN 100471595 C описан способ горячей штамповки, в котором риск водородного охрупчивания термоформованных деталей снижается за счет контроля атмосферы в процессе горячего прессования. CN 104160050 B раскрывает горячештампованную сталь, в которой риск водородного охрупчивания стального листа снижается за счет увеличения концентрации Mn-содержащих включений и оксидов Mn в стали.The risk of hydrogen embrittlement will affect properties such as delayed crack resistance of the thermoformed part. To reduce the risk of hydrogen embrittlement of aluminum-silicon hot-formed steel, CN 100471595 C describes a hot forming process in which the risk of hydrogen embrittlement of thermoformed parts is reduced by controlling the atmosphere during the hot pressing process. CN 104160050 B discloses hot-formed steel in which the risk of hydrogen embrittlement of the steel sheet is reduced by increasing the concentration of Mn-containing inclusions and Mn oxides in the steel.
Настоящее изобретение предлагает стальной лист с алюминиевым покрытием, термоформованную деталь, способы изготовления в ответ на недостатки существующих продуктов и технологий.The present invention provides aluminum coated steel sheet, thermoformed part, manufacturing methods in response to the shortcomings of existing products and technologies.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
Целью настоящего изобретения является решение проблем, связанных с заеданием роликов, вызванным плавлением, и риском водородного охрупчивания, которые возникают в процессе термообработки при изготовлении термоформованных деталей из стальных листов с алюминиевым покрытием. Настоящее изобретение предлагает стальной лист с алюминиевым покрытием, термоформованную деталь и способы изготовления, которые могут уменьшить проблемы, связанные с заеданием роликов, вызванным плавлением, и опасностью водородного охрупчивания в процессе термоформования стальных листов с алюминиевым покрытием.The purpose of the present invention is to solve the problems associated with melting-induced roller seizing and the risk of hydrogen embrittlement that occur during the heat treatment process in the manufacture of thermoformed parts from aluminum coated steel sheets. The present invention provides an aluminum-coated steel sheet, thermoformed part, and manufacturing methods that can reduce problems associated with melt-induced roller jams and hydrogen embrittlement hazards during the thermoforming process of aluminum-coated steel sheets.
Настоящее изобретение предлагает стальной лист с алюминиевым покрытием, содержащий подложку в виде стального листа и алюминиевое покрытие на поверхности указанной подложки, в котором алюминиевое покрытие содержит поверхностный слой с микроструктурой, включающей фазу Mg2Si и фазу AlMgSiFe, при этом фаза Mg2Si имеет средний диаметр зерен 0,001-5 мкм.The present invention provides an aluminum coated steel sheet comprising a substrate in the form of a steel sheet and an aluminum coating on the surface of said substrate, wherein the aluminum coating comprises a surface layer with a microstructure including a Mg 2 Si phase and an AlMgSiFe phase, wherein the Mg 2 Si phase has a medium grain diameter 0.001-5 microns.
Приняв вышеуказанное техническое решение, можно уменьшить проблемы заедания валков, вызванного плавлением, и риск водородного охрупчивания во время термообработки при изготовлении термоформованных деталей из стальных листов с алюминиевым покрытием, а также может быть улучшена стойкость к красной ржавчине термоформованных деталей, изготовленных из стальных листов с алюминиевым покрытием.By adopting the above technical solution, the problem of roll jamming caused by melting and the risk of hydrogen embrittlement during heat treatment in the production of thermoformed parts made of aluminum-coated steel sheets can be reduced, and the red rust resistance of thermoformed parts made of aluminum-coated steel sheets can be improved. coating.
Алюминиевое покрытие дополнительно может содержать барьерный слой, включающий сплавы Fe-Al и Fe-Al-Si, при этом барьерный слой имеет толщину менее или равную 5 мкм.The aluminum coating may further comprise a barrier layer comprising Fe-Al and Fe-Al-Si alloys, wherein the barrier layer has a thickness of less than or equal to 5 μm.
Толщина алюминиевого покрытия может составлять 5-50 мкм.The thickness of the aluminum coating can be 5-50 microns.
Подложка в виде стального листа с алюминиевым покрытием может содержать, мас. %: С 0,05-0,5, Si 0,01-2,0, Mn 0,3-3,0, Al 0,005-0,3, 0,01≤Ti<0,1, 0,0005≤B<0,1, 0,05≤Cr<0,5, 0,0005≤Nb<0,1 и Fe и неизбежные примеси - остальное.The substrate in the form of a steel sheet with aluminum coating may contain, by weight. %: C 0.05-0.5, Si 0.01-2.0, Mn 0.3-3.0, Al 0.005-0.3, 0.01≤Ti<0.1, 0.0005≤ B<0.1, 0.05≤Cr<0.5, 0.0005≤Nb<0.1 and Fe and inevitable impurities are the rest.
Неизбежные примеси могут содержать в массовых процентах P<0,3%, S<0,1% и V<0,1%.Unavoidable impurities may contain mass percentages of P<0.3%, S<0.1% and V<0.1%.
Настоящее изобретение также предлагает способ изготовления вышеуказанного стального листа с алюминиевым покрытием, включающий следующие стадии:The present invention also provides a method for manufacturing the above aluminum coated steel sheet, comprising the following steps:
выплавка стали,steel smelting,
прокатка для получения подложки в виде стального листа, включающая горячую прокатку, при которой температура намотки составляет 630°С или менее,rolling to obtain a substrate in the form of a steel sheet, including hot rolling in which the winding temperature is 630°C or less,
непрерывный отжиг при температуре 710-780°С и погружение в расплав на основе алюминия и кремния с температурой 600-660°С для нанесения алюминиевого покрытия из упомянутого расплава, при этом разница температуры указанного расплава и температуры стального листа, поступающего в ванну с упомянутым расплавом, составляет менее или равна 5°C, после выхода из упомянутой ванны стальной лист охлаждают, причем средняя скорость охлаждения от температуры стального листа, выходящего из упомянутой ванны, до температуры затвердевания алюминиевого покрытия превышает 15°C/с, а средняя скорость охлаждения от температуры стального листа на выходе из упомянутой ванны до 200°С составляет 10-30°С/с.continuous annealing at a temperature of 710-780°C and immersion in a melt based on aluminum and silicon with a temperature of 600-660°C for applying an aluminum coating from the said melt, with the difference between the temperature of the said melt and the temperature of the steel sheet entering the bath with the said melt , is less than or equal to 5°C, after leaving the said bath, the steel sheet is cooled, and the average cooling rate from the temperature of the steel sheet leaving the said bath to the solidification temperature of the aluminum coating exceeds 15°C/s, and the average cooling rate from the temperature steel sheet at the exit from the mentioned bath up to 200°C is 10-30°C/s.
Упомянутый расплав на основе алюминия и кремния может включать, мас. %: Si 5-11 и Mg 0,5-20.Said melt based on aluminum and silicon may include, by weight. %: Si 5-11 and Mg 0.5-20.
Упомянутый расплав дополнительно может включать Zn 1 - 10 мас. %.Said melt may additionally include Zn 1 - 10 wt. %.
В упомянутом расплаве алюминий и неизбежные примеси - остальное.In the mentioned melt there is aluminum and inevitable impurities - the rest.
Стадия прокатки может включает холодную прокатку, при этом деформация холодной прокаткой составляет 10-70%.The rolling stage may include cold rolling, and the cold rolling strain is 10-70%.
Настоящее изобретение также предлагает термоформованную деталь с алюминиевым покрытием, изготовленную из указанного выше стального листа с алюминиевым покрытием.The present invention also provides an aluminum-coated thermoformed part made from the above-mentioned aluminum-coated steel sheet.
Термоформованная деталь может содержать поверхностный слой алюминиевого покрытия и барьерный слой алюминиевого покрытия, при этом отношение массовой доли Mg в поверхностном слое к массовой доле Mg в барьерном слое более или равно 5, при этом термоформованная деталь имеет твердость сердцевины HV1 300 или более.The thermoformed part may comprise a surface layer of aluminum coating and a barrier layer of aluminum coating, wherein the ratio of the mass fraction of Mg in the surface layer to the mass fraction of Mg in the barrier layer is more than or equal to 5, and the thermoformed part has a core hardness of HV1 300 or more.
Настоящее изобретение дополнительно предлагает способ изготовления вышеуказанной термоформованной детали с алюминиевым покрытием, включающий следующие стадии:The present invention further provides a method for manufacturing the above aluminum coated thermoformed part, comprising the following steps:
изготовление заготовки из стального листа с алюминиевым покрытием,production of blanks from steel sheets with aluminum coating,
выполнение термической обработки заготовки посредством одностадийного нагрева или ступенчатого нагрева, при этом при одностадийном нагреве температура прекращения нагрева находится в диапазоне 900-1000°С, причем общее время нагрева составляет 10-600 секунд, а ступенчатый нагрев проводят с выдержками при температурах в диапазоне 700-1000°С с общим временем нагрева, составляющим 1-15 минут, причем конечная температура выдержки для одностадийного нагрева или ступенчатого нагрева находится в диапазоне 900-1000°С, а время выдержки заготовки при упомянутой конечной температуре составляет 10-600 с, иperforming heat treatment of the workpiece by means of single-stage heating or stepwise heating, while with single-stage heating the heating termination temperature is in the range of 900-1000°C, and the total heating time is 10-600 seconds, and stepwise heating is carried out with holding times at temperatures in the range of 700- 1000°C with a total heating time of 1-15 minutes, and the final holding temperature for single-stage heating or step heating is in the range of 900-1000°C, and the holding time of the workpiece at said final temperature is 10-600 s, and
перемещение упомянутой заготовки, имеющей температуру 650°С или более, в форму для термоформования, при этом скорость охлаждения формы составляет 30°С/с или выше.transferring said preform having a temperature of 650°C or more into a thermoforming mold, wherein the cooling rate of the mold is 30°C/s or higher.
Термоформование может представлять собой горячую штамповку или горячую прокатку.Thermoforming can be hot stamping or hot rolling.
Перед изготовлением заготовки из стального листа с алюминиевым покрытием могут дополнительно выполнять стадию прокатки с уплотнением.Before manufacturing the aluminum-coated steel sheet blanks, an additional compaction rolling step can be performed.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
Фиг. 1 - показан вид слоя покрытия стального листа с алюминиевым покрытием из примера 2 настоящего изобретения; иFig. 1 is a view showing the coating layer of the aluminum-coated steel sheet of Example 2 of the present invention; And
фиг. 2 показывает массовый процент Mg в слое покрытия термоформованной детали из примера 2 настоящего изобретения в зависимости от глубины слоя покрытия.fig. 2 shows the mass percentage of Mg in the coating layer of the thermoformed part of Example 2 of the present invention as a function of the depth of the coating layer.
Ссылочные позиции:Reference positions:
1. фаза Mg2Si; и 2. Фаза AlMgSiFe.1. Mg 2 Si phase; and 2. AlMgSiFe phase.
Осуществление изобретенияCarrying out the invention
Способы реализации настоящего изобретения проиллюстрированы ниже конкретными осуществлениями. Специалисты в данной области техники могут легко понять другие преимущества и эффекты настоящего изобретения на основе содержания, раскрытого в описании. Хотя описание настоящего изобретения будет представлено вместе с предпочтительными осуществлениями, это не означает, что признаки настоящего изобретения ограничены только осуществлениями. Напротив, описание настоящего изобретения в сочетании со способами реализации предназначено для охвата других альтернатив или модификаций, которые могут быть получены из формулы изобретения настоящего изобретения. Чтобы обеспечить полное понимание настоящего изобретения, последующее описание будет включать множество конкретных деталей. Однако настоящее изобретение также может быть реализовано без использования этих конкретных деталей. Кроме того, некоторые конкретные детали будут опущены в описании, чтобы избежать путаницы или затруднения понимания существа изобретения. Следует отметить, что осуществления изобретения и признаки в осуществлениях, если они не противоречат друг другу, могут быть объединены друг с другом.Methods for implementing the present invention are illustrated below by specific implementations. Other advantages and effects of the present invention can be readily understood by those skilled in the art based on the contents disclosed in the specification. Although a description of the present invention will be presented in conjunction with preferred embodiments, this does not mean that the features of the present invention are limited to the embodiments only. On the contrary, the description of the present invention, in combination with the methods of implementation, is intended to cover other alternatives or modifications that may be derived from the claims of the present invention. To provide a thorough understanding of the present invention, the following description will include many specific details. However, the present invention can also be implemented without the use of these specific parts. In addition, certain specific details will be omitted from the description to avoid confusion or difficulty in understanding the invention. It should be noted that embodiments of the invention and features in the embodiments, if they do not contradict each other, can be combined with each other.
Следует отметить, что в этом описании аналогичные ссылочные позиции и буквы обозначают аналогичные элементы на следующих чертежах. Поэтому после того, как элемент определен на одном чертеже, дальнейшее определение и пояснение на последующих чертежах не требуются.It should be noted that in this description, like reference numerals and letters designate like elements in the following drawings. Therefore, once an element is defined in one drawing, further definition and explanation in subsequent drawings is not required.
В описании осуществления следует отметить, что термины «в» и подобные указывают на ориентацию или взаимное расположение, основанное на ориентации или взаимном расположении, показанных на чертежах, или на обычную ориентацию или взаимное расположение, когда используется изобретение, что сделано для удобства описания изобретения и упрощения описания. Это не указывает и не подразумевает, что устройство или элемент, о которых идет речь, должны иметь определенную ориентацию, быть сконструированы и работать в определенной ориентации и, следовательно, не должны рассматриваться как ограничение настоящего изобретения.In the description of the implementation, it should be noted that the terms "in" and the like indicate an orientation or relative position based on the orientation or relative position shown in the drawings, or the usual orientation or relative position when the invention is used, which is for the convenience of describing the invention and simplifying the description. This does not indicate or imply that the device or element in question must have a particular orientation, be constructed and operate in a particular orientation, and therefore should not be construed as limiting the present invention.
Чтобы сделать цель, технические решения и преимущества настоящего изобретения более понятными, способы реализации настоящего изобретения далее подробно описаны вместе с прилагаемыми чертежами.To make the purpose, technical solutions and advantages of the present invention more clear, methods for implementing the present invention are now described in detail together with the accompanying drawings.
Настоящее изобретение предлагает стальной лист с алюминиевым покрытием, включающий подложку и слой покрытия на поверхности подложки, при этом микроструктура слоя покрытия включает фазу Mg2Si и фазу AlMgSiFe и фаза Mg2Si имеет средний диаметр зерен 0,001-5 мкм.The present invention provides an aluminum-coated steel sheet including a substrate and a coating layer on the surface of the substrate, wherein the microstructure of the coating layer includes a Mg 2 Si phase and an AlMgSiFe phase, and the Mg 2 Si phase has an average grain diameter of 0.001-5 μm.
Образование фазы Mg2Si и фазы AlMgSiFe в слое покрытия может снизить долю фазы Al или фазы Al-Si в слое покрытия, который в основном состоит из алюминия, нарушить агломерацию этих Al-содержащих фаз на поверхности слоя покрытия и максимально их диспергировать тем самым уменьшая плавление алюминия во время термообработки, облегчая проблему заедания ролика, вызванного плавлением алюминия, во время термообработки. Это позволяет стальному листу с алюминиевым покрытием выдерживать более высокую скорость нагрева, что повышает эффективность производства. Кроме того, это снижает вероятность реакции алюминия с H2O атмосферы во время термообработки с образованием H2, сводя к минимуму содержание H2 в атмосфере во время термообработки и тем самым снижая риск водородного охрупчивания.The formation of the Mg 2 Si phase and the AlMgSiFe phase in the coating layer can reduce the proportion of the Al phase or the Al-Si phase in the coating layer, which mainly consists of aluminum, disrupt the agglomeration of these Al-containing phases on the surface of the coating layer and disperse them as much as possible, thereby reducing melting aluminum during heat treatment, easing the problem of roller jamming caused by aluminum melting during heat treatment. This allows the aluminum coated steel sheet to withstand a higher heating rate, which improves production efficiency. Additionally, it reduces the likelihood of aluminum reacting with atmospheric H 2 O during heat treatment to form H 2 , minimizing atmospheric H 2 during heat treatment and thereby reducing the risk of hydrogen embrittlement.
В осуществлении настоящего изобретения средний диаметр зерен фазы Mg2Si в высококачественном слое покрытия составляет 0,001-5 мкм. Чем меньше средний диаметр зерен фазы Mg2Si, тем легче она распределяется по поверхности слоя покрытия, что в большей степени способствует снижению риска водородного охрупчивания.In the implementation of the present invention, the average grain diameter of the Mg 2 Si phase in the high-quality coating layer is 0.001-5 μm. The smaller the average grain diameter of the Mg 2 Si phase, the easier it is distributed over the surface of the coating layer, which is more conducive to reducing the risk of hydrogen embrittlement.
Предпочтительно слой покрытия включает поверхностный слой, включающий фазу Mg2Si и фазу AlMgSiFe.Preferably, the coating layer includes a surface layer including a Mg 2 Si phase and an AlMgSiFe phase.
Слой покрытия в основном состоит из фазы Al и фазы, богатой кремнием, с фазой Mg2Si и фазой AlMgSiFe, равномерно распределенными кластерным или сетчатым образом в поверхностном слое. Поскольку Mg-содержащая фаза легко накапливается на поверхности слоя покрытия, фаза Mg2Si и фаза AlMgSiFe в слое покрытия преимущественно распределяются на поверхности слоя покрытия при термообработке. Это эффективно блокирует диффузию или проникновение H2 из внешней атмосферы в подложку и дополнительно снижает риск водородного охрупчивания.The coating layer mainly consists of an Al phase and a silicon-rich phase, with a Mg 2 Si phase and an AlMgSiFe phase uniformly distributed in a cluster or network pattern in the surface layer. Since the Mg-containing phase easily accumulates on the surface of the coating layer, the Mg 2 Si phase and the AlMgSiFe phase in the coating layer are preferentially distributed on the surface of the coating layer during heat treatment. This effectively blocks the diffusion or penetration of H 2 from the external atmosphere into the substrate and further reduces the risk of hydrogen embrittlement.
Вышеуказанный слой покрытия дополнительно включает барьерный слой, включающий сплавы Fe-Al и Fe-Al-Si, и барьерный слой имеет толщину менее или равную 5 мкм.The above coating layer further includes a barrier layer including Fe-Al and Fe-Al-Si alloys, and the barrier layer has a thickness of less than or equal to 5 μm.
Когда подложку, состоящую в основном из Fe, погружают в расплав покрытия, в основном состоящий из Al и Si, расплавленные Al и Si будут естественным образом сплавляться с Fe на поверхности подложки, образуя барьерный слой, в основном состоящий из Fe-Al и Fe-Al-Si сплавов. Барьерный слой расположен между подложкой стального листа и поверхностным слоем слоя покрытия. В процессе фактического производства толщина барьерного слоя покрытия может регулироваться путем контроля времени погружения стального листа в расплав и других условий. В осуществлениях настоящего изобретения толщина барьерного слоя должна находиться в пределах 5 мкм. Если толщина барьерного слоя слишком велика, это может повлиять на изменения микроструктуры слоя покрытия во время охлаждения, препятствуя образованию фазы Mg2Si и фазы AlMgSiFe, вызывая образование зерен слишком большого размера и потенциально приводя к отслоению поверхностного слоя при последующем термоформовании.When a substrate mainly composed of Fe is immersed in a coating melt mainly composed of Al and Si, the molten Al and Si will naturally fuse with Fe on the surface of the substrate, forming a barrier layer mainly composed of Fe-Al and Fe- Al-Si alloys. The barrier layer is located between the substrate of the steel sheet and the surface layer of the coating layer. In the actual production process, the thickness of the coating barrier layer can be adjusted by controlling the immersion time of the steel sheet into the melt and other conditions. In embodiments of the present invention, the thickness of the barrier layer should be within 5 microns. If the thickness of the barrier layer is too large, it can affect the microstructure of the coating layer during cooling, preventing the formation of the Mg 2 Si phase and the AlMgSiFe phase, causing the formation of oversized grains and potentially leading to delamination of the surface layer during subsequent thermoforming.
Предпочтительно слой алюминиевого покрытия стального листа имеет толщину 5-50 мкм.Preferably, the aluminum coating layer of the steel sheet has a thickness of 5-50 µm.
Во время фактического производства толщину слоя покрытия можно контролировать, регулируя время погружения подложки в расплав покрытия, интенсивность воздушного потока воздушного ножа и т.п. Чем дольше время погружения, тем толще слой покрытия, а более высокая интенсивность воздушного потока воздушного ножа приводит к тому, что слой покрытия становится тоньше.During actual production, the thickness of the coating layer can be controlled by adjusting the immersion time of the substrate in the coating melt, the air flow rate of the air knife, etc. The longer the immersion time, the thicker the coating layer, and the higher air flow intensity of the air knife causes the coating layer to become thinner.
Предпочтительно состав подложки стального листа с алюминиевым покрытием включает в массовых процентах: 0,05-0,5% C, 0,01-2,0% Si, 0,3-3,0% Mn, 0,005-0,3% Al, 0,01%≤Ti<0,1%, 0,0005%≤B<0,1%, 0,05%≤Cr<0,5%, 0,0005%≤Nb<0,1% и Fe.Preferably, the composition of the aluminum coated steel sheet substrate includes, in mass percentages: 0.05-0.5% C, 0.01-2.0% Si, 0.3-3.0% Mn, 0.005-0.3% Al , 0.01%≤Ti<0.1%, 0.0005%≤B<0.1%, 0.05%≤Cr<0.5%, 0.0005%≤Nb<0.1% and Fe .
Предпочтительно состав подложки стального листа с алюминиевым покрытием включает в массовых процентах: 0,05-0,5% C, 0,01-2,0% Si, 0,3-3,0% Mn, 0,005-0,3% Al, 0,01%≤Ti<0,1%, 0,0005%≤B<0,1%, 0,05%≤Cr<0,5%, 0,0005%≤Nb<0,1%, остальное Fe и неизбежные примеси.Preferably, the composition of the aluminum coated steel sheet substrate includes, in mass percentages: 0.05-0.5% C, 0.01-2.0% Si, 0.3-3.0% Mn, 0.005-0.3% Al , 0.01%≤Ti<0.1%, 0.0005%≤B<0.1%, 0.05%≤Cr<0.5%, 0.0005%≤Nb<0.1%, the rest Fe and inevitable impurities.
В составе подложки неизбежными примесями являются элементы P, S и V, чем меньше их содержание в подложке, тем лучше. В частности, в осуществлениях настоящей заявки в массовых процентах P<0,3%, S<0,1% и V<0,1%.The elements P, S and V are inevitable impurities in the composition of the substrate; the lower their content in the substrate, the better. In particular, in embodiments of the present application, the percentages by weight are P<0.3%, S<0.1% and V<0.1%.
Настоящее изобретение также предлагает способ изготовления вышеуказанного стального листа с алюминиевым покрытием, включающий следующие стадии:The present invention also provides a method for manufacturing the above aluminum coated steel sheet, comprising the following steps:
плавка;fuse;
прокатка; иrolling; And
непрерывный отжиг и нанесение покрытия из расплава, при этом температура отжига составляет 710-780°С, температура расплава составляет 600-660°С, температура расплава за вычетом температуры стального листа, поступающего в ванну покрытия, составляет менее или равна 5°C, стальной лист охлаждают после выхода из ванны покрытия, средняя скорость охлаждения от температуры стального листа, выходящего из ванны покрытия, до температуры затвердевания слоя превышает 15°C/с, и средняя скорость охлаждения от температуры стального листа на выходе из ванны покрытия до 200°С составляет 10-30°С/с.continuous annealing and coating from the melt, in which the annealing temperature is 710-780°C, the melt temperature is 600-660°C, the melt temperature minus the temperature of the steel sheet entering the coating bath is less than or equal to 5°C, steel the sheet is cooled after leaving the coating bath, the average cooling rate from the temperature of the steel sheet leaving the coating bath to the solidification temperature of the layer exceeds 15°C/s, and the average cooling rate from the temperature of the steel sheet at the exit from the coating bath to 200°C is 10-30°C/s.
Если температура отжига ниже 710°C, это может повлиять на покрываемость стального листа, что приведет к отсутствию сплошности покрытия или плохой адгезии слоя. Если температура отжига превышает 780°C, это может привести к потерям энергии и дополнительно повлиять на состояние поверхности стального листа, что может повлиять на качество поверхности слоя покрытия, размер зерен фазы Mg2Si и образование фазы AlMgSiFe в слое покрытия.If the annealing temperature is lower than 710°C, it may affect the coating ability of the steel sheet, resulting in lack of coating continuity or poor layer adhesion. If the annealing temperature exceeds 780°C, it may cause energy loss and further affect the surface condition of the steel sheet, which may affect the surface quality of the coating layer, the grain size of the Mg 2 Si phase, and the formation of the AlMgSiFe phase in the coating layer.
Температура расплава будет влиять на реакцию сплавления расплавленного Al и Fe, тем самым влияя на состав и толщину барьерного слоя. В настоящей заявке температуру расплава регулируют в диапазоне 600-660°C, а температуру стального листа, поступающего в ванну покрытия, регулируют так, чтобы она была немного ниже температуры расплава, чтобы получить барьерный слой соответствующей толщины и микроструктуры, обеспечивающий образование в поверхностном слое искомых фазы AlMgSiFe и фазы Mg2Si при последующей обработке и предотвращающий отделение поверхностного слоя.The melt temperature will influence the fusion reaction of molten Al and Fe, thereby affecting the composition and thickness of the barrier layer. In the present application, the melt temperature is controlled in the range of 600-660°C, and the temperature of the steel sheet entering the coating bath is controlled to be slightly lower than the melt temperature in order to obtain a barrier layer of appropriate thickness and microstructure, ensuring the formation of the desired AlMgSiFe phase and Mg 2 Si phase during subsequent processing and preventing separation of the surface layer.
Высокая или низкая температура расплава, а также значительная разница между температурой стального листа, поступающего в ванну покрытия, и температурой расплава могут повлиять на качество поверхности слоя и размер зерна фазы Mg2Si и образование фазы AlMgSiFe в слое покрытия. Это может привести к среднему диаметру зерен фазы Mg2Si более 5 мкм и/или невозможности образования фазы AlMgSiFe. Если средний размер частиц фазы Mg2Si в слое покрытия слишком велик, поверхность слоя покрытия будет заметно шероховатой, что повлияет на внешний вид стального листа.High or low melt temperature, as well as a significant difference between the temperature of the steel sheet entering the coating bath and the melt temperature can affect the surface quality of the layer and the grain size of the Mg 2 Si phase and the formation of the AlMgSiFe phase in the coating layer. This can lead to an average grain diameter of the Mg 2 Si phase of more than 5 μm and/or the impossibility of the formation of the AlMgSiFe phase. If the average particle size of the Mg 2 Si phase in the coating layer is too large, the surface of the coating layer will be noticeably rough, which will affect the appearance of the steel sheet.
Важны как средняя скорость охлаждения от температуры стального листа, выходящего из ванны покрытия, до температуры затвердевания слоя покрытия, так и средняя скорость охлаждения от температуры стального листа, выходящего из ванны покрытия, до 200°C. Если эти две скорости охлаждения слишком медленные, скорость роста фазы Al-Si будет слишком высокой, что будет препятствовать образованию фазы Mg2Si и фазы AlMgSiFe. Следовательно, в настоящей заявке не может быть решена проблема заедания роликов, вызванного плавлением, и риск водородного охрупчивания, возникающий в процессе термоформования стального листа с алюминиевым покрытием. Кроме того, чрезмерно низкие скорости охлаждения могут привести к выделению крупнозернистой фазы Mg2Si и фазы AlMgSiFe в слое покрытия, что приведет к шероховатости поверхности слоя покрытия, что повлияет на внешний вид изделия. И наоборот, если эти две скорости охлаждения слишком высоки, это может привести к чрезмерной прочности стального листа, ухудшить его удлинение или вызвать другие вторичные повреждения, такие как царапины на поверхности.Both the average cooling rate from the temperature of the steel sheet leaving the coating bath to the solidification temperature of the coating layer and the average cooling rate from the temperature of the steel sheet leaving the coating bath to 200°C are important. If these two cooling rates are too slow, the growth rate of the Al-Si phase will be too fast, which will prevent the formation of the Mg 2 Si phase and the AlMgSiFe phase. Therefore, the present application cannot solve the problem of roller jamming caused by melting and the risk of hydrogen embrittlement occurring in the thermoforming process of aluminum coated steel sheet. In addition, excessively low cooling rates can lead to the precipitation of coarse Mg 2 Si phase and AlMgSiFe phase in the coating layer, which will lead to surface roughness of the coating layer, which will affect the appearance of the product. Conversely, if these two cooling rates are too high, it may cause the steel sheet to become overstrengthened, deteriorate its elongation, or cause other secondary damage such as surface scratches.
Температуру стального листа, поступающего в ванну покрытия, можно регулировать в зависимости от толщины и ширины стального листа. Температура стального листа, поступающего в ванну покрытия, и соответствующая скорость быстрого охлаждения после выхода из ванны покрытия (включая среднюю скорость охлаждения от температуры стального листа, выходящего из ванны покрытия, до температуры затвердевания слоя покрытия и среднюю скорость охлаждения от температуры стального листа, выходящей из ванны покрытия, до 200°С) может дополнительно улучшить равномерное распределение и измельчение зерен фазы Mg2Si и фазы AlMgSiFe в поверхностном слое.The temperature of the steel sheet entering the coating bath can be adjusted depending on the thickness and width of the steel sheet. The temperature of the steel sheet entering the coating bath and the corresponding rapid cooling rate after leaving the coating bath (including the average cooling rate from the temperature of the steel sheet leaving the coating bath to the solidification temperature of the coating layer and the average cooling rate from the temperature of the steel sheet leaving coating baths, up to 200°C) can further improve the uniform distribution and grain refinement of the Mg2Si phase and AlMgSiFe phase in the surface layer.
В процессе непрерывного отжига и горячего покрытия можно регулировать скорость охлаждения, регулируя мощность вентилятора.During the continuous annealing and hot coating process, the cooling rate can be adjusted by adjusting the fan power.
Предпочтительно химический состав расплава включает в массовых процентах: 5-11% Si и 0,5-20% Mg.Preferably, the chemical composition of the melt includes, in weight percentages: 5-11% Si and 0.5-20% Mg.
Si в расплаве необходим, главным образом, для ограничения толщины барьерного слоя. Если содержание Si в расплаве слишком низкое, толщина барьерного слоя будет слишком большой, что приведет к плохой обрабатываемости стального листа. С другой стороны, если содержание Si в расплаве слишком велико, его ингибирующее действие на барьерный слой будет ограничено, а также будет влиять на текучесть расплава и увеличивать сложность производства. Поэтому содержание Si в расплаве составляет 5-11%. Присутствие Mg в слое покрытия в основном улучшает коррозионную стойкость и способствует образованию фазы Mg2Si. Mg в слое покрытия поступает из расплава покрытия, когда содержание Mg в расплаве покрытия превышает определенное значение, фаза Mg2Si может образовываться во время охлаждения. Однако растворимость Mg в расплаве Al-Si ограничена, и, если содержание Mg в расплаве слишком велико, Mg очень легко окисляется с образованием шлаков, вызывая производственные трудности. Следовательно, содержание Mg в расплаве составляет 0,5-20%.Si in the melt is necessary mainly to limit the thickness of the barrier layer. If the Si content of the melt is too low, the thickness of the barrier layer will be too large, resulting in poor machinability of the steel sheet. On the other hand, if the Si content in the melt is too high, its inhibitory effect on the barrier layer will be limited, and will also affect the melt flow and increase the production difficulty. Therefore, the Si content in the melt is 5-11%. The presence of Mg in the coating layer mainly improves the corrosion resistance and promotes the formation of the Mg 2 Si phase. The Mg in the coating layer comes from the coating melt, when the Mg content of the coating melt exceeds a certain value, a Mg 2 Si phase may be formed during cooling. However, the solubility of Mg in Al-Si melt is limited, and if the Mg content of the melt is too high, Mg is very easy to oxidize to form slags, causing production difficulties. Consequently, the Mg content in the melt is 0.5-20%.
Предпочтительно расплав покрытия дополнительно включает 1-10% масс. Zn. Zn в слое покрытия служит расходуемым анодом, обеспечивая расходуемую защиту и повышая коррозионную стойкость стали.Preferably, the coating melt further includes 1-10 wt.%. Zn. The Zn in the coating layer serves as a sacrificial anode, providing sacrificial protection and increasing the corrosion resistance of the steel.
Предпочтительно остаток в составе расплава составляет Al и неизбежные примеси.Preferably, the remainder of the melt consists of Al and unavoidable impurities.
Предпочтительно стадия прокатки включает горячую прокатку, при которой температура намотки горячей прокатки составляет 630°С или менее. Если температура намотки слишком высока, это может привести к образованию чрезмерной оксидной окалины на поверхности стального листа, которая не может быть полностью удалена при травлении после прокатки, что влияет на качество поверхности слоя при последующем покрытии алюминием.Preferably, the rolling step includes hot rolling, in which the hot rolling winding temperature is 630° C. or less. If the winding temperature is too high, it may cause the formation of excessive oxide scale on the surface of the steel sheet, which cannot be completely removed by pickling after rolling, which will affect the surface quality of the layer when subsequently coated with aluminum.
Предпочтительно стадия прокатки дополнительно включает холодную прокатку. Если стальной лист, полученный на вышеупомянутой стадии горячей прокатки, не соответствует требованиям для пользовательских применений, дальнейшая холодная прокатка может быть выполнена на рулоне горячекатаной стали. В осуществлениях настоящей заявки деформация при холодной прокатке составляет 10-70%.Preferably, the rolling step further includes cold rolling. If the steel sheet obtained from the above hot rolling step does not meet the requirements for custom applications, further cold rolling can be performed on the hot rolled steel coil. In embodiments of the present application, the cold rolling strain is 10-70%.
Стальной лист с алюминиевым покрытием можно непосредственно использовать для холодной штамповки или горячей штамповки.Aluminum coated steel sheet can be directly used for cold stamping or hot stamping.
Настоящее изобретение дополнительно предлагает термоформованную деталь, изготовленную из указанного выше стального листа с алюминиевым покрытием.The present invention further provides a thermoformed part made from the above aluminum coated steel sheet.
Предпочтительно, термоформованная деталь включает поверхностный слой и внутренний слой, при этом отношение массовой доли Mg поверхностного слоя к массовой массе Mg внутреннего слоя более или равно 5, а термоформованная деталь имеет твердость сердцевины HV1 300 или более.Preferably, the thermoformed part includes a surface layer and an inner layer, wherein the ratio of the Mg mass fraction of the surface layer to the Mg mass fraction of the inner layer is greater than or equal to 5, and the thermoformed part has a core hardness of HV1 300 or more.
В процессе термоформования стального листа с алюминиевым покрытием ранее сформированный поверхностный слой и барьерный слой покрытия превращаются в поверхностный слой и внутренний слой термоформованной детали. Соответствующая микроструктура также изменится. Поверхностный слой, изначально состоящий из сплава Al-Si, превратится в сплав Fe-Al-Si. Барьерный слой из сплава Fe-Al-Si будет далее подвергаться диффузии сплава с повышенным содержанием Fe. Внутренний слой детали относится к подложке термоформованной детали к темному слою с высоким содержанием железа внутри слоя покрытия, а поверхностный слой проходит от темного слоя с высоким содержанием железа внутри слоя покрытия к поверхности слоя покрытия.In the thermoforming process of aluminum coated steel sheet, the previously formed surface layer and barrier coating layer are converted into the surface layer and inner layer of the thermoformed part. The corresponding microstructure will also change. The surface layer, originally consisting of an Al-Si alloy, will turn into a Fe-Al-Si alloy. The Fe-Al-Si alloy barrier layer will further be subject to diffusion of the alloy with increased Fe content. The inner layer of the part refers to the substrate of the thermoformed part to the dark high-iron layer inside the coating layer, and the surface layer extends from the dark high-iron layer inside the coating layer to the surface of the coating layer.
Фаза Mg2Si и фаза AlMgSiFe распределяются в поверхностном слое слоя покрытия, и они по-прежнему предпочтительно распределяются на поверхности слоя покрытия во время термообработки. После термической обработки Mg в основном распределяется в поверхностном слое детали, и отношение массовой доли Mg поверхностного слоя к массе внутреннего слоя детали более или равно 5, что определяется по характеристикам агрегатов Mg. Благодаря значительному присутствию Mg на поверхности термоформованной детали можно улучшить стойкость термоформованной детали к красной ржавчине во время транспортировки и хранения.The Mg 2 Si phase and the AlMgSiFe phase are distributed in the surface layer of the coating layer, and they are still preferentially distributed on the surface of the coating layer during heat treatment. After heat treatment, Mg is mainly distributed in the surface layer of the part, and the ratio of the mass fraction of Mg of the surface layer to the mass of the inner layer of the part is more than or equal to 5, which is determined by the characteristics of Mg aggregates. Due to the significant presence of Mg on the surface of the thermoformed part, the red rust resistance of the thermoformed part during transportation and storage can be improved.
Подложка из стального листа с алюминиевым покрытием после термоформования превратится в сердцевину термоформованной детали. Микроструктура сердцевины термоформованной детали включает один или несколько фаз из мартенсита, бейнита и феррита. Конкретный состав и содержание зависят от состава подложки и скорости охлаждения формы при термоформовании. Окончательная микроструктура сердцевины будет влиять на твердость сердцевины термоформованной детали.The aluminum-coated steel sheet substrate, after thermoforming, will become the core of the thermoformed part. The microstructure of the core of a thermoformed part includes one or more phases of martensite, bainite and ferrite. The specific composition and content depend on the composition of the substrate and the cooling rate of the mold during thermoforming. The final microstructure of the core will influence the core hardness of the thermoformed part.
Настоящее изобретение также предлагает способ изготовления вышеуказанной термоформованной детали, включающий следующие стадии:The present invention also provides a method for manufacturing the above thermoformed part, comprising the following steps:
изготовление заготовки из стального листа с алюминиевым покрытием;production of blanks from steel sheets with aluminum coating;
выполнение термической обработки заготовки, при этом способом термической обработки является одностадийный нагрев или ступенчатый нагрев; когда способ нагрева термической обработки представляет собой одностадийный нагрев, температура прекращения нагрева составляет определенную температуру в диапазоне 900-1000°С, а общее время нагрева составляет 10-600 секунд; и когда способ нагрева при термообработке представляет собой ступенчатый нагрев, температура остановки ступенчатого нагрева включает несколько температур в диапазоне 700-1000°C, а общее время нагрева составляет 1-15 минут, при этом самая высокая температура из нескольких температур составляет определенную температуру в диапазоне 900-1000°С, а время выдержки заготовки при 900-1000°С составляет 10-600 секунд; иperforming heat treatment of the workpiece, wherein the heat treatment method is single-stage heating or step-by-step heating; when the heating method of heat treatment is single-stage heating, the heating stop temperature is a certain temperature in the range of 900-1000°C, and the total heating time is 10-600 seconds; and when the heating method of heat treatment is step heating, the stop temperature of the step heating includes several temperatures in the range of 700-1000°C, and the total heating time is 1-15 minutes, and the highest temperature of the several temperatures is a certain temperature in the range of 900 -1000°C, and the holding time of the workpiece at 900-1000°C is 10-600 seconds; And
перенос заготовки в форму для термоформования, при этом температура заготовки при перемещении в форму составляет 650°С или более, а скорость охлаждения формы составляет 30°С/с или выше. В осуществлениях настоящей заявки в термоформовочной форме применяется водяное охлаждение, а скорость охлаждения формы регулируется путем регулирования таких условий, как поток, скорость потока и давление охлаждающей воды.transferring the preform into a thermoforming mold, wherein the temperature of the preform upon transfer into the mold is 650°C or more, and the cooling rate of the mold is 30°C/s or higher. In embodiments of the present application, water cooling is applied to the thermoforming mold, and the cooling rate of the mold is controlled by adjusting conditions such as flow, flow rate, and pressure of the cooling water.
При способе нагрева термической обработки в виде одностадийного нагрева температурой прекращения нагрева является определенная температура в диапазоне 900-1000°С, а общим временем нагрева является время от начала нагрева заготовки до конца. При способе нагрева термической обработки в виде ступенчатого нагрева температура остановки включает несколько температур в диапазоне 700-1000°С, а общее время нагрева представляет собой время от начала нагрева заготовки до конца. Конечная температура остановки нагрева должна быть 900°C или выше, будь то одностадийный нагрев или ступенчатый нагрев, чтобы обеспечить полную аустенизацию стали и подготовить к формированию искомой структуры во время охлаждения. Верхний предел температуры прекращения нагрева установлен на уровне 1000°C для экономии энергии.In the heating method of heat treatment in the form of single-stage heating, the heating termination temperature is a certain temperature in the range of 900-1000°C, and the total heating time is the time from the start of heating the workpiece to the end. In the step heating heating method, the stopping temperature includes several temperatures in the range of 700-1000°C, and the total heating time is the time from the start of heating the workpiece to the end. The final heating stop temperature should be 900°C or higher, whether single stage heating or step heating, to ensure complete austenitization of the steel and prepare it for formation of the desired structure during cooling. The upper limit of the heating stop temperature is set at 1000°C to save energy.
Предпочтительно процесс термоформования представляет собой горячую штамповку или горячую прокатку.Preferably, the thermoforming process is hot stamping or hot rolling.
Предпочтительно перед переработкой стального листа с алюминиевым покрытием в заготовку дополнительно выполняют стадию прокатки с уплотнением.Preferably, before processing the aluminum coated steel sheet into a workpiece, a compaction rolling step is further performed.
Примеры 1-6 и Сравнительные примеры 1-2Examples 1-6 and Comparative Examples 1-2
Стальные листы с алюминиевым покрытием и термоформованные детали из примеров 1-6 и сравнительных примеров 1-2 готовят с использованием следующего способа изготовления.The aluminum-coated steel sheets and thermoformed parts of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 2 were prepared using the following manufacturing method.
Стадия 1: Плавка для получения подложки с составом, показанным в таблице 1.Stage 1: Melting to obtain a substrate with the composition shown in Table 1.
Стадия 2: Прокатка для получения стального листа. После прокатки проводят травление для удаления оксидного слоя с поверхности стального листа.Stage 2: Rolling to produce steel sheet. After rolling, pickling is carried out to remove the oxide layer from the surface of the steel sheet.
Стадия 3: Непрерывный отжиг и горячее покрытие, при котором катанный стальной лист подвергают непрерывному отжигу, а затем помещают в ванну покрытия (погружают в расплав). Стальной лист охлаждают после погружения, чтобы получить стальной лист с алюминиевым покрытием. Конкретные параметры процесса прокатки, непрерывного отжига и горячего покрытия показаны в таблице 2.Stage 3: Continuous Annealing and Hot Coating, in which the rolled steel sheet is continuously annealed and then placed in a coating bath (immersed in the melt). The steel sheet is cooled after immersion to obtain an aluminum coated steel sheet. The specific process parameters of rolling, continuous annealing and hot coating are shown in Table 2.
Стадия 4: Переработка стального листа с алюминиевым покрытием в заготовку.Stage 4: Processing of aluminum coated steel sheet into a workpiece.
Стадия 5: Термическая обработка заготовки.Stage 5: Heat treatment of the workpiece.
Стадия 6: Перемещение термообработанной заготовки в форму для термоформования для получения термоформованной детали.Step 6: Transfer the heat-treated blank into a thermoforming mold to produce a thermoformed part.
Конкретные параметры процесса термообработки и термоформования показаны в таблице 3.The specific parameters of the heat treatment and thermoforming process are shown in Table 3.
Стальные листы с алюминиевым покрытием и термоформованные детали из примеров 1-6 и сравнительных примеров 1-2 были испытаны в соответствии со следующими методами испытаний, и результаты испытаний представлены в таблицах 2 и 3.The aluminum coated steel sheets and thermoformed parts of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 2 were tested in accordance with the following test methods, and the test results are shown in Tables 2 and 3.
1) Средний диаметр зерен фазы Mg2Si (мкм)1) Average grain diameter of the Mg 2 Si phase (µm)
Размер зерна рассчитывали с использованием метода секущих. Средний диаметр зерна = длина/количество зерен пересеченных секущей.Grain size was calculated using the secant method. Average grain diameter = length/number of grains crossed by a secant.
2) Наличие фазы AlMgSiFe2) Presence of AlMgSiFe phase
Анализируют с помощью сканирующего электронного микроскопа EVO10 Zeiss в сочетании с анализом с помощью энергодисперсионного рентгеновского спектрометра (EDS), где «√» указывает на наличие, а «/» указывает на отсутствие.Analyzed using an EVO10 Zeiss scanning electron microscope coupled with energy dispersive X-ray spectrometer (EDS) analysis, where “√” indicates presence and “/” indicates absence.
3) явление заедания ролика3) roller jamming phenomenon
Судя по визуальному осмотру. «×» указывает на отсутствие заедания, а «√» указывает на наличие заедания.Judging by visual inspection. “×” indicates no jam and “√” indicates jam.
4) Стойкость к водородному охрупчиванию4) Resistance to hydrogen embrittlement
Содержание водорода в термоформованной детали оценивают с использованием микроанализатора концентрации водорода G4-PHONEX. Максимальная температура нагрева не превышает 400°С. Регистрируют количество выделившегося водорода, и чем выше выделившееся количество, тем ниже стойкость к водородному охрупчиванию. Шкала оценок варьируется от 1 (худший) до 5 (лучший).The hydrogen content of a thermoformed part is assessed using the G4-PHONEX Micro Hydrogen Concentration Analyzer. The maximum heating temperature does not exceed 400°C. The amount of hydrogen released is recorded, and the higher the amount released, the lower the resistance to hydrogen embrittlement. The rating scale ranges from 1 (worst) to 5 (best).
5) Массовая доля Mg в поверхностном слое детали/массовая доля Mg во внутреннем слое детали5) Mass fraction of Mg in the surface layer of the part/mass fraction of Mg in the inner layer of the part
Анализируют с помощью спектрометра тлеющего разряда GDS850A. Внутренний слой детали относится к подложке термоформованной детали до темного слоя с высоким содержанием железа в слое покрытия, а поверхностный слой детали относится к темному слою с высоким содержанием железа в слое покрытия до поверхности слоя покрытия.Analyze using a GDS850A glow discharge spectrometer. The inner layer of the part refers to the substrate of the thermoformed part up to the dark high-iron layer in the plating layer, and the surface layer of the part refers to the dark high-iron layer in the plating layer to the surface of the plating layer.
6) Стойкость к красной ржавчине6) Resistant to red rust
Оценивают с помощью теста в нейтральном солевом тумане. Исследуемая термоформованная деталь не имеет электрофоретического покрытия. Через 24 часа оценивают площадь поражения красной ржавчиной, при этом поражение менее 5% указывает на наилучшие характеристики. В этом эксперименте используется шкала оценок от 1 (худший) до 5 (лучший).Assessed using a neutral salt spray test. The thermoformed part under study does not have an electrophoretic coating. After 24 hours, the area affected by red rust is assessed, with less than 5% damage indicating best performance. This experiment uses a rating scale from 1 (worst) to 5 (best).
7) твердость сердцевины HV17) core hardness HV1
Определяется в соответствии со стандартом GB/T 4340.1 - 2009 для твердости по Виккерсу термоформованной детали.Determined in accordance with the GB/T 4340.1 - 2009 standard for the Vickers hardness of a thermoformed part.
Фиг. 1 получают путем сканирования слоя покрытия стального листа с алюминиевым покрытием, полученного в примере 2 настоящего изобретения, с использованием автоэмиссионного электронного микроскопа Zeiss.Fig. 1 is obtained by scanning the coating layer of the aluminum-coated steel sheet obtained in Example 2 of the present invention using a Zeiss field emission electron microscope.
Термоформованную деталь, полученную в примере 2 настоящего изобретения, испытывают с использованием спектрометра тлеющего разряда GDS850A, чтобы получить фиг. 2, которая показывает изменение массовой доли Mg в зависимости от глубины слоя покрытия.The thermoformed part obtained in Example 2 of the present invention is tested using a GDS850A glow discharge spectrometer to obtain FIG. 2, which shows the change in the mass fraction of Mg depending on the depth of the coating layer.
В таблице 1 показан элементный химический состав подложек в примерах 1-6 и сравнительных примерах 1-2.Table 1 shows the elemental chemical composition of the substrates in Examples 1-6 and Comparative Examples 1-2.
Таблица 1 (%, остальное Fe и другие неизбежные примеси, кроме P, S и V)Table 1 (%, rest Fe and other unavoidable impurities except P, S and V)
В таблице 2 показаны параметры процесса прокатки и непрерывного отжига и горячего покрытия, состав расплава, а также микроструктура и толщина слоя стальных листов из примеров 1-6 и сравнительных примеров 1-2.Table 2 shows the rolling and continuous annealing and hot coating process parameters, melt composition, and microstructure and layer thickness of the steel sheets of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 2.
В таблице 3 показаны параметры процесса термообработки, наличие явления заедания ролика, параметры процесса термоформования стальных листов с алюминиевым покрытием, а также свойства термоформованных деталей в примерах 1-6 и сравнительных примерах 1-2.Table 3 shows the heat treatment process parameters, the presence of roller jamming phenomenon, the thermoforming process parameters of aluminum coated steel sheets, and the properties of thermoformed parts in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 2.
Из таблиц 1-3 видно, что стальные листы с алюминиевым покрытием, полученные в примерах 1-6, демонстрируют микроструктуру слоя покрытия, включающую фазу Mg2Si и фазу AlMgSiFe. Средний диаметр зерен фазы Mg2Si составляет 1-5 мкм. Во время термической обработки не происходит явления заедания роликов, вызванного плавлением. Термоформованные детали, полученные в примерах 1-6, обладают соответствующей стойкостью к водородному охрупчиванию, при этом отношение массовой доли Mg в поверхностном слое к массовой доле Mg во внутреннем слое более или равно 5. Кроме того, термоформованные детали обладают подходящей стойкостью к красной ржавчине и имеют твердость сердцевины HV1 300 или более.From Tables 1-3 it can be seen that the aluminum coated steel sheets obtained in Examples 1-6 exhibit a microstructure of the coating layer comprising a Mg 2 Si phase and an AlMgSiFe phase. The average grain diameter of the Mg 2 Si phase is 1-5 μm. During heat treatment, the phenomenon of roller jamming caused by melting does not occur. The thermoformed parts obtained in Examples 1-6 have adequate resistance to hydrogen embrittlement, with the ratio of the mass fraction of Mg in the surface layer to the mass fraction of Mg in the inner layer being greater than or equal to 5. In addition, the thermoformed parts have suitable resistance to red rust and have a core hardness of HV1 300 or more.
Фиг. 1 представляет вид слоя покрытия стального листа с алюминиевым покрытием из примера 2 настоящего изобретения, и видно, что микроструктура слоя покрытия включает фазу Mg2Si и фазу AlMgSiFe. Фиг. 2 показывает изменение массового процента Mg в термоформованной детали примера 2 настоящего изобретения в зависимости от глубины слоя покрытия, и можно видеть, что чем ближе измерение к поверхности слоя покрытия, тем выше массовая доля Mg.Fig. 1 is a view of the coating layer of the aluminum coated steel sheet of Example 2 of the present invention, and it can be seen that the microstructure of the coating layer includes a Mg 2 Si phase and an AlMgSiFe phase. Fig. 2 shows the change in the mass percentage of Mg in the thermoformed part of Example 2 of the present invention depending on the depth of the coating layer, and it can be seen that the closer the measurement is to the surface of the coating layer, the higher the mass percentage of Mg.
Напротив, для сравнительного примера 1 средняя скорость охлаждения от температуры стального листа, выходящего из ванны покрытия, до температуры затвердевания слоя покрытия слишком мала и составляет всего 10°C/с. Химический состав расплава не включает Mg, а слой алюминиевого покрытия стального листа не включает фазы Mg2Si и AlMgSiFe. Явление заедания валков, вызванное плавлением, возникает во время термообработки, температура заготовки при перемещении в форму слишком низкая, всего 600°C, и скорость охлаждения формы слишком низкая, всего 25°C/с. Следовательно, стойкость к водородному охрупчиванию и стойкость к красной ржавчине термоформованной детали являются низкими, а твердость сердцевины HV1 составляет всего 250.In contrast, for Comparative Example 1, the average cooling rate from the temperature of the steel sheet leaving the coating bath to the solidification temperature of the coating layer is too low and is only 10°C/s. The chemical composition of the melt does not include Mg, and the aluminum coating layer of the steel sheet does not include the Mg 2 Si and AlMgSiFe phases. The phenomenon of roll jamming caused by melting occurs during heat treatment, the temperature of the workpiece when moving into the mold is too low, only 600°C, and the cooling rate of the mold is too low, only 25°C/s. Therefore, the hydrogen embrittlement resistance and red rust resistance of the thermoformed part are low, and the core hardness HV1 is only 250.
Для сравнительного примера 2 существует значительная разница между температурой расплава и температурой стального листа, поступающего в ванну покрытия, с разницей в 20°С. Средняя скорость охлаждения от температуры стального листа, выходящего из ванны покрытия, до температуры затвердевания слоя покрытия слишком низкая, всего 5°C/с, а средняя скорость охлаждения от температуры стального листа, выходящего из ванны покрытия, до 200°C слишком медленная, всего 8°C/с. Содержание Mg в расплаве составляет всего 0,3%, фазы Mg2Si и фазы AlMgSiFe отсутствуют. Явление заедания роликов, вызванное плавлением, возникает во время термической обработки. Температура заготовки при переносе в форму слишком низкая, всего 600°С, и скорость охлаждения формы также низкая, всего 25°С/с. В результате стойкость к водородному охрупчиванию термоформованной детали является низким, а отношение массовой доли Mg поверхностного слоя к массе внутреннего слоя детали составляет всего 3. Кроме того, стойкость к красной ржавчине является неудовлетворительной, а твердость сердцевины HV1 всего 250.For Comparative Example 2, there is a significant difference between the temperature of the melt and the temperature of the steel sheet entering the coating bath, with a difference of 20°C. The average cooling rate from the temperature of the steel sheet leaving the coating bath to the solidification temperature of the coating layer is too low, only 5°C/s, and the average cooling rate from the temperature of the steel sheet leaving the coating bath to 200°C is too slow, only 8°C/s. The Mg content in the melt is only 0.3%, there are no Mg 2 Si phases and AlMgSiFe phases. The phenomenon of roller jamming caused by melting occurs during heat treatment. The temperature of the workpiece when transferred to the mold is too low, only 600°C, and the cooling rate of the mold is also low, only 25°C/s. As a result, the hydrogen embrittlement resistance of the thermoformed part is low, and the ratio of the Mg mass fraction of the surface layer to the mass of the inner layer of the part is only 3. In addition, the red rust resistance is unsatisfactory, and the core hardness HV1 is only 250.
Поскольку параметры обработки стальных листов из сравнительных примеров 1 и 2 не контролируются должным образом во время непрерывного отжига, горячего покрытия и термоформования, полученные термоформованные детали не обладают искомыми свойствами настоящей заявки.Since the processing parameters of the steel sheets of Comparative Examples 1 and 2 are not properly controlled during continuous annealing, hot coating and thermoforming, the resulting thermoformed parts do not have the desired properties of the present application.
Таким образом, настоящее изобретение предлагает стальной лист с алюминиевым покрытием, термоформованную деталь и способы изготовления, которые могут облегчить проблему заедания роликов, вызванного плавлением, и снизить риск водородного охрупчивания во время термообработки стального листа с алюминиевым покрытием, улучшая при этом стойкость к красной ржавчине термоформованной детали.Thus, the present invention provides an aluminum coated steel sheet, a thermoformed part, and manufacturing methods that can alleviate the problem of roller jamming caused by melting and reduce the risk of hydrogen embrittlement during heat treatment of the aluminum coated steel sheet, while improving the red rust resistance of the thermoformed steel sheet. details.
Хотя настоящее изобретение было проиллюстрировано и описано со ссылкой на некоторые предпочтительные осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что приведенное выше содержание представляет собой дополнительное подробное описание настоящего изобретения в сочетании с конкретными осуществлениями, и нельзя считать, что конкретные осуществления настоящего изобретения ограничены только предшествующим описанием. Специалисты в данной области техники могут вносить различные изменения в формы и детали, в том числе делать определенные выводы или замены, не отступая от сущности и объема настоящего изобретения.Although the present invention has been illustrated and described with reference to certain preferred embodiments of the present invention, it will be understood by those skilled in the art that the foregoing contents constitute further detailed description of the present invention in conjunction with specific embodiments, and the specific embodiments of the present invention should not be construed as The inventions are limited only by the foregoing description. Various changes in form and detail, including certain derivations or substitutions, may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the present invention.
Claims (21)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110119239.0 | 2021-01-28 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2819830C1 true RU2819830C1 (en) | 2024-05-27 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1555374A1 (en) * | 1987-11-19 | 1990-04-07 | Фрунзенский политехнический институт | Method of manufacturing aluminium-coated steel strip |
| CN101565806A (en) * | 2008-04-25 | 2009-10-28 | 东部制铁株式会社 | Hot-dip aluminum alloy plating composition and method of manufacturing hot-dip aluminum alloy-plated steel using the same |
| CN103649361A (en) * | 2011-07-14 | 2014-03-19 | 新日铁住金株式会社 | Aluminum-plated steel plate having excellent external appearance and corrosion resistance to alcohol or gasoline mixed therewith, and method for manufacturing same |
| CN109402547A (en) * | 2018-11-29 | 2019-03-01 | 宝山钢铁股份有限公司 | A kind of hot-dip coated steel sheet that corrosion resistance is excellent and its manufacturing method |
| RU2684801C1 (en) * | 2015-07-30 | 2019-04-15 | Арселормиттал | Sheet steel with aluminum-based metal coating |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1555374A1 (en) * | 1987-11-19 | 1990-04-07 | Фрунзенский политехнический институт | Method of manufacturing aluminium-coated steel strip |
| CN101565806A (en) * | 2008-04-25 | 2009-10-28 | 东部制铁株式会社 | Hot-dip aluminum alloy plating composition and method of manufacturing hot-dip aluminum alloy-plated steel using the same |
| CN103649361A (en) * | 2011-07-14 | 2014-03-19 | 新日铁住金株式会社 | Aluminum-plated steel plate having excellent external appearance and corrosion resistance to alcohol or gasoline mixed therewith, and method for manufacturing same |
| RU2684801C1 (en) * | 2015-07-30 | 2019-04-15 | Арселормиттал | Sheet steel with aluminum-based metal coating |
| CN109402547A (en) * | 2018-11-29 | 2019-03-01 | 宝山钢铁股份有限公司 | A kind of hot-dip coated steel sheet that corrosion resistance is excellent and its manufacturing method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2831305C (en) | Hot stamped high strength part excellent in post painting anticorrosion property and method of production of same | |
| RU2648722C2 (en) | Cold rolled steel sheet, method of manufacturing and vehicle | |
| EP2684985B1 (en) | Process for producing hot-pressed member steel sheet | |
| JP5825447B2 (en) | Manufacturing method of hot press-formed member | |
| EP2391508B1 (en) | Fabrication process of coated stamped parts and parts prepared from the same | |
| JP7189306B2 (en) | Steel sheet for hot press-formed parts excellent in resistance to delayed hydrogen fracture and method for producing the same | |
| WO2012128225A1 (en) | Steel sheet for hot-stamped member and process for producing same | |
| WO2013047810A1 (en) | Alloyed hot-dip galvanized steel sheet | |
| JP6187028B2 (en) | Alloyed hot-dip galvanized steel sheet with excellent productivity and press formability and manufacturing method thereof | |
| AU2015254783A1 (en) | High-strength steel sheet and method for manufacturing the same | |
| TW200532032A (en) | High strength cold rolled steel sheet and method for manufacturing the same | |
| JP7216358B2 (en) | Hot press-formed member with excellent resistance to hydrogen embrittlement and method for producing the same | |
| CN111511942B (en) | Aluminum-plated steel sheet, method for producing aluminum-plated steel sheet, and method for producing automobile component | |
| JP6152836B2 (en) | Manufacturing method of hot press-formed product | |
| WO2024082755A1 (en) | Tin plate and manufacturing method therefor | |
| JP7241283B2 (en) | Aluminum-iron plated steel sheet for hot press with excellent corrosion resistance and weldability and its manufacturing method | |
| KR101358567B1 (en) | High-strength hot-dip zinc-coated steel sheet having excellent surface appearance and process for production of same | |
| JP7251010B2 (en) | ALUMINUM-IRON ALLOY PLATED STEEL PLATE FOR HOT FORMING WITH EXCELLENT CORROSION RESISTANCE AND HEAT RESISTANCE, HOT PRESS-FORMED MEMBER, AND PRODUCTION METHOD THEREOF | |
| RU2819830C1 (en) | Aluminum-coated steel sheet, thermoformed part and methods of manufacturing | |
| Hong et al. | Development of Cu-bearing bake-hardenable steel sheets for automotive exposed panels | |
| TWI797924B (en) | A kind of aluminized steel plate, thermoformed part and manufacturing method | |
| JP7373657B2 (en) | Aluminum-iron plated steel sheet for hot pressing with excellent mold wear resistance and its manufacturing method | |
| WO2024122123A1 (en) | Plated steel sheet | |
| JP5245948B2 (en) | Cold rolled steel strip manufacturing method | |
| KR20240098902A (en) | Steel member and method for manufacturing the same |