[发明专利]热冲压成型用锌镁镀层钢板及其制造和热冲压方法

说明书

本发明公开一种热成型用锌铝基镀层钢板及制造和热冲压方法，在热压成型后钢板的强度大于1500MPa，伸长率大于5％。镀层完全转变成铁合金层，没有镀层蒸发现象，没有液相侵蚀现象，无硬质的Fe‑Al金属间化合物。钢板的组织为马氏体+铁素体+残余奥氏体。

技术领域

本发明涉及一种热成型用镀层钢板，特别涉及一种应用于热压成型钢板的新型锌镁镀层钢板及其制造方法、锌镁镀层钢板的热压成型方法。

背景技术

随着节能环保政策的不断升级，对于汽车百公里油耗的要求不断下降，迫使汽车生产商只能推进汽车轻量化以节约燃油，汽车轻量化有几种途径：采用轻质材料如铝、镁、塑料等；采用高强度钢。高强钢在强度达到一定程度之后，会使得成型变得非常困难，于是开发了热冲压成型方法。

常规热成型工艺过程为：首先将常温下强度为500-600MPa的热压成型钢板加热到880-950℃，使之均匀奥氏体化，然后送入内部带有冷却系统的模具内冲压成型，同时快速冷却淬火，将奥氏体转变为马氏体，使冲压件得到硬化，大幅度提高强度。这个过程被称为“冲压硬化”技术。实际生产中，热冲压工艺又分为直接工艺和间接工艺，直接工艺即下料后直接将钢板加热然后冲压成型，主要用于形状简单且变形程度较小的工件；对于形状复杂或拉深深度较大的工件则需要采用间接工艺，即先将下好料的钢板进行预成型，然后再加热实施热冲压。

现有的热成型工艺使得整个零件在加热保温以及随后的冲压冷却过程中钢板会暴漏于空气中，产生很严重的氧化。为保护钢板，现在普遍采用的方法是在钢板表面镀一层防护金属镀层，常用的有镀锌、镀铝，但又都存在一些问题，镀锌容易发生液相金属镀层对钢板的侵蚀，且易于蒸发；镀铝会在钢板表面形成一层硬质的铁铝化合物，影响后续工序。

金属的液相脆性是由于液态的镀层金属对于较为粗大的基体金属晶界的侵蚀而发生的，为解决这些问题，本发明提供了一种新型锌镁镀层热压成型钢板，具备纯锌镀层对钢板的保护作用，同时又解决了纯锌镀层对钢基体的液相侵蚀及易于蒸发等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种热压成型用锌镁镀层钢板及其制造、热冲压方法，采用该方法生产的热压成型钢板，能够对钢板在加热、保温、冲压的过程中以及后续的使用过程提供良好的防护，且不会对钢板本身造成液相侵蚀，同时钢板热成型之后具备良好的塑性和韧性。

本发明目的是通过下面的技术方案实现的：

本发明要点是对热轧钢板的表面进行高能喷丸处理，去除氧化铁皮的同时，在钢板表面形成一层硬化层，在再结晶温度以下进行热压成型钢板的热浸镀锌镁镀层，获得热成型锌镁镀层钢板。

硬化层的厚度依据喷丸时间和喷丸压力的变化而变化，硬化层的结构由表面到内部依次包括表面纳米化层、塑性变形层，整个硬化层的厚度范围为100um～800um。表面纳米化层的厚度为5um～300nm。表层晶粒尺寸10～100nm，由表层到钢基体的内部晶粒尺寸逐渐增大。

本发明研究结果表明，热轧钢板在高速喷丸的过程中，高速喷丸过程中纳米晶的形成涉及位错墙的形成、亚晶界的形成和晶界的形成3个过程.位错墙的形成过程中出现了位错的滑移及其与同一滑移系内的可动位错、其它的不动位错的交互作用；在一定应力下，为了降低系统的总能量，位错墙中位错的湮灭和重排形成了亚晶界；随着应力的进一步增大，更多的位错在亚晶界处增殖、湮灭，同时伴随着亚晶界的旋转或者滑移，形成了大取向差的晶界.另一方面，碳化物颗粒的存在，使得高速喷丸过程中铁素体晶粒的细化更容易，这是因为在碳化物和基体的界面处更容易产生位错，由于位错增殖和应力集中进而细化铁素体晶粒。

本发明研究结果表明，热压成型镀层钢板的液相脆性是由于液态金属沿着晶界对于钢基体的腐蚀产生的，根本的原因在于钢板表层的晶粒尺寸较大，造成了液相侵蚀可以深入钢基体很多。本发明对钢板进行表面纳米化之后，消除了液相侵蚀的通道，使得钢板与镀层之间的铁-锌反应更加的均匀，同时由于晶界数量的增加，反应速度更快，在更短的时间内就可以完成铁-锌合金化反应。