具有較高耐腐蝕性能的鍍鋁鋼板、其熱壓成型產(chǎn)品及制造方法

專(zhuān)利名稱(chēng)：具有較高耐腐蝕性能的鍍鋁鋼板、其熱壓成型產(chǎn)品及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱壓成型用鋁合金鍍層鋼板、利用這種鋼板制成的熱壓成型產(chǎn)品以及其制造方法。更具體而言，本發(fā)明涉及在用于熱壓成型的鍍鋁鋼板和用所述鋼板制造超高強(qiáng)度鋼板的方法中具有顯著提高的耐局部腐蝕性能(如耐點(diǎn)腐蝕性能)的鍍鋁鋼板、 一種用這種鋼板制造的熱壓成型產(chǎn)品、以及它們的制造方法。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，增加完善了許多種為保護(hù)車(chē)輛乘客而制定的安全法規(guī)和為保護(hù)環(huán)境而制定的燃油效率規(guī)章。在這點(diǎn)上，車(chē)輛中所用結(jié)構(gòu)部件的強(qiáng)度提高及輕量化作為重要的研究課題而被提出。通常，用于構(gòu)成與安全性直接相關(guān)部分的汽車(chē)部件——如縱梁(side member)和前保險(xiǎn)杠或后保險(xiǎn)杠(front/rear bumper)等——需以極高強(qiáng)度的鋼板來(lái)制造以確保安全性并提高燃油效率。其中，所述與安全性直接相關(guān)的部分為例如構(gòu)成乘客乘坐的安全區(qū)域 (safety zone)的柱力口強(qiáng)板(pillar reinforcement)、橫梁(cross member)禾口碰撞緩沖區(qū)域(crash zone)。但是，在大多數(shù)情況下，增強(qiáng)鋼板的強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致由屈服強(qiáng)度提高和延伸性降低而造成的可成型性降低。并且，由于成型后過(guò)度回彈問(wèn)題，可能出現(xiàn)一種其中成型后產(chǎn)品尺寸改變的形狀定型性(shape freezing property)下降的問(wèn)題。為了解決該問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了多種先進(jìn)高強(qiáng)度鋼(AHSS，Advanced High Strength Meel)并現(xiàn)已用于實(shí)踐中。例如，先進(jìn)高強(qiáng)度鋼包括雙相鋼(DP steel,dual phase steel) 和相變誘發(fā)塑性鋼(TRIP steel, Transformation Induced Plasticity Steels)。DP 鋼包含作為基質(zhì)的鐵素體(ferrite)相和作為第二相的馬氏體(martensite)相以改善低屈服比特性。相變誘發(fā)塑性鋼以鐵素體相為基質(zhì)，包括貝氏體(bainite)和殘余奧氏體 (austenite)相，以調(diào)節(jié)強(qiáng)度-延伸性平衡。這些鋼與用于汽車(chē)應(yīng)用的普通高強(qiáng)度鋼比具有更優(yōu)異的成型性。然而，如上所述，當(dāng)材料的強(qiáng)度增加時(shí)，需要高的成型力以形成汽車(chē)構(gòu)件，以致于壓制量(press capacity)和負(fù)載都應(yīng)增加。這可使得因高的面壓引起模具磨損和模具壽命縮短，從而降低生產(chǎn)率。近來(lái)提出了一種滾軋成型的方法，與壓制成型方法相比，其可以較低的成型力生產(chǎn)產(chǎn)品。但是，由于滾軋成型的方法只能應(yīng)用于制造具有相對(duì)簡(jiǎn)單形狀的產(chǎn)品上，仍存在局限性，其中該滾軋成型的方法難以用于復(fù)雜的汽車(chē)配件或類(lèi)似的大尺寸部件。最近，作為通過(guò)形成如上所述的高強(qiáng)度鋼而制造具有IOOOMPa以上超高強(qiáng)度的汽車(chē)部件的方法，提出了一種稱(chēng)為熱壓成型方法(Hot Prees !Arming，后文簡(jiǎn)稱(chēng)為HPF)或熱成型方法(hot forming)的成型方法。這種HPF方法實(shí)施一種所謂的模壓淬火(die quenching)，其中將具有優(yōu)良可淬性(如22MnB5)的鋼板加熱至奧氏體區(qū)域，然后將其排出(extract)以使用帶有冷卻裝置的模具對(duì)其同時(shí)進(jìn)行熱成型和冷卻。使用HPF方法，不僅可以很容易地獲得具有IOOOMPa以上超高強(qiáng)度的產(chǎn)品，而且也可以獲得具有非常高尺寸精確度的產(chǎn)品。因此，這種熱壓成型方法作為一種非常有效的汽車(chē)部件成型方法在制造輕量汽車(chē)和改善剛性方面得到廣泛關(guān)注。HPF方法的基本概念以及其中所用鋼的化學(xué)組成最初在專(zhuān)利GB1490535中提出并隨后被商業(yè)化應(yīng)用；其后，1998年USINOR公司限定了與專(zhuān)利GB 1490535相類(lèi)似的每個(gè)化學(xué)組分范圍的臨界理由。美國(guó)專(zhuān)利No. 6，296，805中提出了一項(xiàng)關(guān)于鍍層鋼板的發(fā)明并然后將其商業(yè)化，所述鍍層鋼板通過(guò)在鋼板上鍍鋁或鋁合金而制造，目的是為了抑制在HPF 方法中加熱步驟期間鋼板表面上所形成的氧化膜并且改善熱壓成型后的產(chǎn)品的耐腐蝕性。將描述一種在用作HPF應(yīng)用用鋼之前的鍍鋁鋼板。有關(guān)鍍鋁鋼板從1893年起就已在德國(guó)、美國(guó)和其他國(guó)家作為專(zhuān)利申請(qǐng)被提出并進(jìn)行了商業(yè)化應(yīng)用。特別是，一種鋁-硅 (Al-Si)鍍層鋼板，其含有9-10wt%的Si且具有較高耐熱性，這種鋼板已在美國(guó)進(jìn)行商業(yè)化應(yīng)用。此后，具有較高耐腐蝕性能的純鋁鍍層鋼板也被商品化。將Si加入到鋁合金中是為了改善熱浸鋁浴的流動(dòng)性，并且同時(shí)是為了通過(guò)抑制在鐵-基質(zhì)與鍍層之間形成的鐵-鋁O^e-Al)合金層(尤其是!^eAl3)的生長(zhǎng)而改善鍍層鋼板的成型性。并且，鍍鋁鋼板表現(xiàn)出了耐腐蝕特性的改善，已知這種改善是由鋼板表面上隨時(shí)間消逝而形成的密實(shí)氧化鋁層而產(chǎn)生的。在2000年之前，HPF鋼材通常主要使用冷軋鋼板，在HPF過(guò)程中形成的表面氧化層通過(guò)進(jìn)行一種額外的短噴砂處理(short blast treatment)而去除。然而，當(dāng)將一種在 21世紀(jì)早期被商品化的鍍鋁鋼板應(yīng)用于HPF構(gòu)件制造后，可省略短噴砂處理，且鍍層重量通常以80g/m2作為標(biāo)準(zhǔn)。一種用于HPF應(yīng)用的鍍鋁鋼板由USINOR公司提出，其特征在于 將含有9-10Wt% Si和2. 0-3. 5wt% Fe的鋁合金以熱浸鍍于鋼板的表面上，該鋼板的化學(xué)組成體系為0. 22%碳(C)-L 2%錳(Mn)-50ppm以下的硼⑶作為基質(zhì)，以及在其中加入的鈦(Ti)和鉻(Cr)。當(dāng)鋁鍍層在HPF加熱過(guò)程中轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄬咏饘匍g化合物時(shí)，可以抑制表面氧化鐵的形成。一般而言，鍍鋁鋼板中所存在的鍍層包括兩個(gè)層，一個(gè)層是面向鋼基質(zhì)形成的 FeAl3層(現(xiàn)有技術(shù)中為大約2-5 μ m)，另一個(gè)層是靠近表面的α-Al層(現(xiàn)有技術(shù)中為大約 25-30 μ m)。如果在!^e-Al層存在的情況下實(shí)施包括有加熱步驟的HPF方法，鍍層會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€(gè)金屬間化合物層，且鍍層的厚度會(huì)增加。例如，多個(gè)由I^e3Al、FeAl、！^e2Al5和FeAl3等構(gòu)成的金屬間化合物層形成于鐵基質(zhì)到表面之間。當(dāng)觀察這些層時(shí)，發(fā)現(xiàn)靠近表面的層含有較多的鋁，而靠近鐵基質(zhì)的層含有較多的鐵。如上所述，金屬間化合物中所含有的鋁可有助于形成鈍化膜，從而有助于提高由HPF 制造的產(chǎn)品的耐腐蝕性。然而，這些金屬間化合物具有彼此不同的特性，并且其中一些特別表現(xiàn)出較高的脆性。因此，當(dāng)冷卻過(guò)程中由于各金屬間化合物之間存在熱收縮差異和溫度不均勻等原因產(chǎn)生張應(yīng)力時(shí)，可能由表面層向鐵基質(zhì)產(chǎn)生龜裂(crack)。圖1是一張展示這種龜裂的照片。如果鍍層上形成了這種龜裂，盡管通過(guò)HPF方法形成了 30 μ m以上的厚合金鍍層，也不可避免地會(huì)沿龜裂發(fā)生腐蝕，以致于加速了局部腐蝕，尤其點(diǎn)腐蝕。
因此，在采用鍍鋁鋼板以用于汽車(chē)等中的情況下，一直需要可抑制HPF后鍍層中龜裂產(chǎn)生和局部腐蝕發(fā)生的方法。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題在使用熱軋鋼板或冷軋鋼板制造鍍鋁鋼板且使用此鍍鋁鋼板制造HPF產(chǎn)品時(shí)，鍍鋁鋼板上一般可能出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題，尤其是局部腐蝕問(wèn)題。為抑制這種腐蝕，本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種可以有效地減少HPF過(guò)程后鍍層上龜裂的產(chǎn)生和傳播的鍍鋁鋼板、一種熱壓成型產(chǎn)品以及它們的制造方法。技術(shù)方案根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了這樣一種鍍鋁鋼板，其包含一種以鍍層重量 20-80g/cm2鍍于鋼板基底表面上的鋁的鍍層。此鍍層可以包含12wt%以下的硅(Si)、 0.7wt%以下的鉻(Cr)、以及0.7wt%以下的鉬(Mo)。熱軋鋼板或冷軋鋼板可用作鋼板基底。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種制造鍍鋁鋼板的方法，此方法包括將鋼板加熱至750-850°C ；將該經(jīng)加熱的鋼板浸入包含12wt%以下硅(Si)的鍍鋁浴(aluminum coating bath)中，并以鍍層重量20-80g/cm2對(duì)該經(jīng)加熱的鋼板鍍層；并將該經(jīng)鍍層的鋼板以5-15°C/秒的冷卻速率冷卻至室溫。其中，該鋼板可以為熱軋鋼板或冷軋鋼板。此熱浸鍍鋁浴中可以包含0. 7wt%以下的鉻(Cr)和/或0. 7wt%以下的鉬(Mo)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了這樣一種熱壓成型產(chǎn)品，其包括鋼板基底表面上的一個(gè)含有0^3Al+FeAl)化合物層的鍍層。其中，鋼板可以為用熱軋鋼板或冷軋鋼板制造的鍍鋁鋼板，其鍍層可以包含12wt%以下的硅(Si)。在鍍層的整體厚度中，該 (Fe3Al+FeAl)化合物層可以具有30%以上的占有率(occupancy ratio)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種制造熱壓成型產(chǎn)品的方法，該方法包括 制備一種含有鋁鍍層的鍍鋁鋼板作為熱壓成型(HPF)的坯料；將該坯料在820-970°C溫度下加熱；保持該經(jīng)加熱坯料的溫度并排出該經(jīng)加熱坯料；將該坯料轉(zhuǎn)移到已準(zhǔn)備好的模具中，用壓制機(jī)使所述坯料熱成型；以及將經(jīng)壓制的坯料留在模具中冷卻。其中，鋁鍍層可以包含12wt%以下的硅(Si)。經(jīng)加熱坯料的溫度可以保持3分鐘以上。在所述冷卻步驟中可以20°C /秒以上的冷卻速率冷卻至200°C以下。有益效果根據(jù)本發(fā)明可以提供一種鍍鋁鋼板和一種熱壓成型產(chǎn)品，其與現(xiàn)有的熱壓成型鋼板相比生產(chǎn)過(guò)程容易，生產(chǎn)條件簡(jiǎn)單，防止龜裂傳播的能力優(yōu)越，從而顯著地改善了這種熱壓成型產(chǎn)品的耐局部腐蝕性，尤其是針對(duì)點(diǎn)腐蝕的耐腐蝕性。


圖1是一張示出在現(xiàn)有用于熱壓成型的鍍鋁鋼板中觀察到的鍍層龜裂的顯微照片。圖2示出了曲線圖(圖2A)，其示出在(i^e3Al+FeAl)層具有40%的厚度占有率時(shí)， 鍍鋁鋼板中的鍍層重量受加熱溫度和加熱時(shí)間影響的曲線；以及曲線圖(圖2B)，其示出在具有相同的鍍層重量時(shí)，(Fe3Al+FeAl)鍍層厚度占有率的變化。圖3為示出了以下關(guān)系的曲線圖本發(fā)明具有較高耐腐蝕能力的用于熱壓成型的鍍鋁鋼板在不同加熱溫度下，鍍層重量與O^e3ARFeAl)層厚度的關(guān)系。圖4是表示現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明耐腐蝕能力評(píng)價(jià)結(jié)果的照片。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的發(fā)明人對(duì)利用含有Si的鍍鋁鋼板進(jìn)行熱壓成型(HPF)工序或與HPF工序相應(yīng)的熱處理時(shí)出現(xiàn)的鍍層合金化過(guò)程與鍍層產(chǎn)生龜裂的關(guān)系進(jìn)行了研究。經(jīng)歷了加熱處理的鍍層會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€(gè)合金鍍層。此時(shí)，在鍍層中產(chǎn)生的縱向龜裂， 如圖ι中所示，由鍍層表面開(kāi)始向鋼板基底延伸，從(Fe3Al+FeAl)層開(kāi)始不再傳播。然而， 市售鍍鋁鋼板的鍍層重量一般為80g/m2?；诖藬?shù)值，(i^3Al+FeAl)層，甚至在HPF工序后，具有5-15 μ m的厚度，并且在經(jīng)熱處理的鍍層中所占比率僅為30%以下，導(dǎo)致其防止龜裂傳播的能力相對(duì)不足。與此同時(shí)，鍍層中產(chǎn)生的龜裂常出現(xiàn)在含有相對(duì)大量鋁的金屬間化合物層(如 FeAl2,Fe2Al5,FeAl3)中。這是因?yàn)檫@些化合物層即便在高溫下也具有高脆性，并且另外，張應(yīng)力是由于金屬間化合物在冷卻過(guò)程中具有不同的熱收縮差異和不均勻的溫度而產(chǎn)生的， 其可能導(dǎo)致在金屬間化合物層中產(chǎn)生龜裂。因此，本發(fā)明的發(fā)明人對(duì)于可提高經(jīng)HPF處理的鍍鋁鋼板的耐腐蝕能力的方法進(jìn)行了持續(xù)研究，結(jié)果完成了本發(fā)明。本發(fā)明涉及一種能改善最終HPF產(chǎn)品耐腐蝕能力的鍍鋁鋼板及其制造方法。并且，本發(fā)明還涉及一種熱壓成型產(chǎn)品及其生產(chǎn)方法，其中形成合金鍍層的結(jié)構(gòu)并對(duì)其優(yōu)化以通過(guò)適當(dāng)?shù)乜刂艸PF過(guò)程中的加熱條件而防止腐蝕。(1)鍍鋁鋼板及其制造方法在下文中，將更詳細(xì)地描述一種能改善耐腐蝕性能的鍍鋁鋼板及其制造方法。本發(fā)明經(jīng)優(yōu)化的鍍鋁鋼板中，鋼板基底的表面上具有鍍層，其鍍層重量為20_80g/ m2 ；作為結(jié)果，控制鍍層重量從而使得在HPF過(guò)程中所形成的0^3Al+FeAl)化合物層在鍍層厚度中可具有30%以上的占有率。其中，該鍍層中可以包含有12wt%以下的Si，還可以含有選自0. 7wt%以下的Cr、0. 7wt%以下的Mo的一種或兩種組分。本發(fā)明中，鋼板基底可以包括熱軋鋼板、冷軋鋼板以及未經(jīng)鍍層的冷軋鋼板。并且，制造鍍鋁鋼板的方法包括加熱步驟，將熱軋鋼板或冷軋鋼板在750-850°C 下加熱；鍍層步驟，將經(jīng)加熱的鋼板浸入鍍鋁浴中，該鍍鋁浴中包含有12wt%以下(不包括 0%)的硅(Si) Je和其他不能避免的雜質(zhì)，并控制鍍層重量為20-80g/m2;以及冷卻步驟， 將該鍍層鋼板以5-15°C /秒的冷卻速率冷卻至室溫。對(duì)每個(gè)技術(shù)因素進(jìn)行限制的原因如下。鋁鍍層重量20-80g/m2鋁鍍層重量，與加熱溫度、加熱時(shí)間一起，為促使0^3Al+FeAl)金屬間化合物層在 HPF過(guò)程中產(chǎn)生的最重要因素之一。在鍍合金鋼板中，合金層的生長(zhǎng)從根本上受溫度和時(shí)間影響。這是因?yàn)樵阡X鍍層和鋼板基底之間發(fā)生的合金化反應(yīng)會(huì)隨著鍍層重量減輕而增加，以促使O^e3ARFeAl)金屬間化合物層生長(zhǎng)。
因此，鋁鍍層重量被限制于20_80g/m2的范圍。當(dāng)小于20g/cm2時(shí)，由于鍍層重量較低，在后續(xù)的HPF過(guò)程中(i^e3Al+FeAl)金屬間化合物層的占有率可能在較短時(shí)間內(nèi)增加， 但是整個(gè)鍍層厚度可能會(huì)太薄。另一方面，當(dāng)超過(guò)80g/cm2的范圍內(nèi)時(shí)，由于在HPF過(guò)程中 (Fe3Al+FeAl)金屬間化合物層的生長(zhǎng)受到抑制，占有率可能降低。鍍?cè)?鍍層)中硅(Si)的含量12wt%以下隨著鍍?cè)≈蠸i含量的增加，流動(dòng)性提高，從而具有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即鍍層過(guò)程可以在較低的熱浸浴溫度下完成。因此，通常在鍍?cè)≈屑尤氪罅康腟i。然而，如HPF過(guò)程那樣當(dāng)鍍層經(jīng)受熱處理時(shí)，經(jīng)鍍層鋼板上的鍍層轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N含有多種金屬間化合物層的鍍層。就是說(shuō)，存在于鋼板基底中的鐵(Fe)原子擴(kuò)散到鍍層中，并使得一種在鍍層過(guò)程中于鋼板基底界面上形成的FeAl3合金相轉(zhuǎn)變?yōu)?^e3Al和/或 i^eAl金屬間化合物。最終，由于在鋼板基底到表面之間形成多種層，例如i^e3Al、FeAl Je2Al5 和!^e-Al2O3，所以在對(duì)鍍層進(jìn)行HPF處理時(shí)不需要加入大量的Si。因此，鍍?cè)』蝈儗又械腟i 含量可以被限制在12wt%以下，優(yōu)選8wt%以下。鍍?cè)?鍍層)中鉻(Cr)的含量0. 7wt%以下鍍?cè)≈械腃r在HPF熱處理過(guò)程中溶解入金屬間化合物中并起到形成氧化膜的有效元素的作用，因此本發(fā)明中可以加入Cr。當(dāng)Cr的含量超過(guò)0. 7wt%時(shí)，相比于加入量所增加的效果可能降低，制造成本可能增加。因此，Cr的含量被限制在0. 7wt%以下。鍍?cè)?鍍層)中鉬(Mo)的含量0. 7wt%以下當(dāng)Mo在鍍層中存在時(shí)，其作為在HPF熱處理過(guò)程中溶解于金屬間化合物中而有助于形成氧化膜的元素，已知比Cr更為有效。因此，在本發(fā)明中可以添加適量的Mo。當(dāng)Mo的含量超過(guò)0. 7wt%時(shí)，相對(duì)于加入量而言的效果可能降低，制造成本可能增加。因此，Mo的含量被限制在0. 7wt%以下。冷卻速率以5_15°C /秒的冷卻速率冷卻至室溫如果經(jīng)鍍層的鋼板的冷卻速率降低，鍍層生產(chǎn)線的線速度會(huì)降低，從而降低生產(chǎn)率，并且熔融鋁的混入(pick-up)缺陷可能存在于鋼板表面上，因此冷卻應(yīng)以5°C /秒以上的冷卻速率進(jìn)行。另一方面，如果超過(guò)15°C/秒，就可能產(chǎn)生低溫微觀結(jié)構(gòu)(如貝氏體或馬氏體)，從而導(dǎo)致進(jìn)行下料(blanking)之前的鍍層鋼板強(qiáng)度增加以縮短下料模具的使用壽命。因此，冷卻速率的上限被控制為15°C/秒。并且，鍍鋁鋼板或鍍鋁合金鋼板可以用干法鍍層方式(如化學(xué)蒸汽沉積法)制造。 其中，經(jīng)鍍層鋼板制備中的基底鋼板可以用熱軋鋼板或冷軋鋼板制造。(2) HPF產(chǎn)品及其制造方法本發(fā)明提供了一種由如上文所述的鍍鋁鋼板制造的HPF產(chǎn)品，該鋼板使用熱浸鍍?cè)∵M(jìn)行鍍層，以及該HPF產(chǎn)品的制造方法。該制造方法包括制備一種用于HPF應(yīng)用的坯料；將該坯料在820-970°C的溫度下加熱；保持所述經(jīng)加熱的坯料3分鐘以上后，排出所述經(jīng)加熱的坯料；排出后用壓制機(jī)使排出的坯料熱成型；以及通過(guò)將經(jīng)熱成型的坯料留在模具中而以20°C /秒以上的冷卻率將其進(jìn)行模壓淬火至200°C或以下的溫度。并且，如此制造的產(chǎn)品中可以含有厚度占有率30%以上的(Fe3Al+FeAl)金屬間化合物層，從而可獲得改善的產(chǎn)品耐腐蝕性能。在下文中，將更詳細(xì)地描述這種產(chǎn)品及其制造方法。
考慮到最終產(chǎn)品的形狀，將在本發(fā)明的熱浸鍍?cè)l件下制備的鍍鋁鋼板和鍍鋁合金鋼板，或由一般干法鍍層而制造的鍍鋁鋼板和鍍鋁合金鋼板，作為坯料制備，然后用HPF 方法將其生產(chǎn)為汽車(chē)等的部件。關(guān)于形成鍍層的加熱溫度和加熱時(shí)間，本發(fā)明中使用比通常的HPF處理鍍鋁鋼板過(guò)程更低一些的溫度和更短的時(shí)間。在本發(fā)明中，加熱溫度被限制在820-970°C，加熱時(shí)間限制在3分鐘以上?？紤]到鋁鍍層重量的范圍，這是通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出的經(jīng)優(yōu)化0^3Al+FeAl) 金屬間化合物層的生長(zhǎng)條件的結(jié)果。如果加熱溫度過(guò)低，加熱時(shí)間過(guò)短，(Fe3Al+FeAl)金屬間化合物層的可能不能合適地生長(zhǎng)。另一方面，如果溫度過(guò)高或持續(xù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，在生產(chǎn)率方面就會(huì)有不想要的結(jié)果。這將在下文中詳細(xì)描述。(Fe3Al+FeAl)金屬間化合物層的鍍層厚度占有率30%以上對(duì)于一種在上述條件下進(jìn)行HPF處理的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，其0^3Al+FeAl)金屬間化合物層的厚度占有率為30%以上是重要的。如果形成30%以上的0^3Al+FeAl)金屬間化合物層，就可以獲得具有較高耐腐蝕能力的改善。如果占有率達(dá)到40%以上，耐局部腐蝕能力得以顯著提升。因此，可以將占有率控制在40%以上。坯料的加熱溫度820-970°C坯料的加熱溫度可根據(jù)最終產(chǎn)物所要求的強(qiáng)度等級(jí)不同而稍微不同，但是，在普通的HPF過(guò)程中，在許多情況下，加熱溫度會(huì)超過(guò)奧氏體區(qū)域的Ac30本發(fā)明中，加熱溫度在 820°C以上，這是為了控制鋁鍍層合金化反應(yīng)的程度，這種合金化反應(yīng)對(duì)于耐腐蝕性能的改進(jìn)是有效的。如果加熱溫度小于820°C，(Fe3Al+FeAl)金屬間化合物層的厚度占有率變得小于30%，就像普通鍍鋁鋼板一樣，以致于在耐腐蝕性能方面難以得到足夠的改善。另一方面，如果加熱溫度過(guò)高，超過(guò)970°C，(Fe3Al+FeAl)金屬間化合物層的厚度占有率會(huì)增加。 然而，在經(jīng)濟(jì)或生產(chǎn)率的方面上卻可能不盡如人意，并且可能在局部形成過(guò)多的氧化鋁，以致于鍍層可形成不均勻的不規(guī)則表面。坯料的加熱持續(xù)時(shí)間3分鐘以上將坯料在加熱溫度的范圍內(nèi)保持3分鐘以上。對(duì)溫度的保持是為使得整塊坯料有同樣的溫度而進(jìn)行的均勻化熱處理，這是為了得到整體厚度占有率30%以上的 (Fe3Al+FeAl)金屬間化合物層。同時(shí)，并不需要對(duì)加熱時(shí)間設(shè)定上限。加熱時(shí)間可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)具體情況選擇性地設(shè)定。優(yōu)選加熱時(shí)間可以保持3-10分鐘。本發(fā)明的溫度和時(shí)間條件與傳統(tǒng)的鍍鋁鋼板相比，即使用低的加熱溫度和短的保持時(shí)間，也能夠增加阻止龜裂傳播的O^e3ARFeAl)合金層，而且可相對(duì)地減少導(dǎo)致龜裂形成的!^2Al5層。因此，可容易地滿足本發(fā)明對(duì)于改良耐腐蝕性能的期望。并且，也有望減少 HPF過(guò)程的成本且增加產(chǎn)品的生產(chǎn)率。冷卻速率20-300°C/ 秒為確保鋼板的強(qiáng)度，HPF過(guò)程中的冷卻速率與鋼板中馬氏體相的最大產(chǎn)量有關(guān)。 因此，當(dāng)冷卻速率低時(shí)，可能會(huì)形成低強(qiáng)度相，如鐵素體或珠光體相。因此，冷卻應(yīng)以20°C / 秒以上的速率進(jìn)行。隨著冷卻速率增加，可更容易形成馬氏體相，并且整個(gè)產(chǎn)品可以獲得均勻的超高強(qiáng)度。因此，不必要設(shè)定冷卻速率的上限。然而，實(shí)現(xiàn)高于300°C/秒的冷卻速率是非常難的，且需要額外的冷卻設(shè)備，這是不經(jīng)濟(jì)的。因此，所需冷卻速率的上限為300°C / 秒。
將通過(guò)以上處理所形成的坯料通過(guò)壓制機(jī)被熱成型，可以制成與最終產(chǎn)品尺寸相同的形狀。當(dāng)以本發(fā)明的冷卻速率進(jìn)行冷卻后，可以制成超高強(qiáng)度產(chǎn)品。將更詳細(xì)地描述通過(guò)本發(fā)明方法所制造的產(chǎn)品的特征。發(fā)明實(shí)施例在下文中，將結(jié)合下列具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述。(實(shí)施例1)此實(shí)施例是關(guān)于在HPF處理之后(i^3Al+FeAl)化合物層在整個(gè)鍍層中的厚度占有率與加熱溫度、加熱時(shí)間的關(guān)系。本實(shí)驗(yàn)所用鋼板的化學(xué)組成范圍包含C: 0. 15-0. 35wt %, Si :0. 5wt % 以下、Mn :1. 5-2. 2%, P :0. 025% 以下、S :0. 01 % 以下、Al
0.01-0. 05%, N :50-200ppm、Ti :0. 005-0. 05%, W :0. 005-0. 1%, B l_50ppm，其余的是 Fe 和必要的雜質(zhì)，其中Ti/N 小于3. 4, Ceq :0. 48-0. 58，且Ar3溫度為670_725°C ；但并不限于此。并且，鍍?cè)≈泻?wt%的Si，鍍層重量分別控制在20、40和80g/m2。在不同條件下， 加熱溫度分別維持在800-970°C，(Fe3Al+FeAl)金屬間化合物層的目標(biāo)占有率在40%以上。 當(dāng)加熱溫度維持在3-10分鐘時(shí)，其關(guān)系如圖2中所示。圖2(a)是一張示出在鍍層重量為40_80g/m2的情況下(Fe3Al+FeAl)金屬間化合物層的厚度占有率為40 %時(shí)的曲線圖。當(dāng)鍍層重量為80g/m2時(shí)，為控制該占有率達(dá)到40 % 以上，需要在970°C下加熱7分鐘以上，在900°C下加熱10分鐘以上。然而，隨著鍍層重量降低，為達(dá)到占有率40%以上所需要的加熱溫度進(jìn)一步降低了，且加熱持續(xù)時(shí)間也縮短了。圖2 (b)是一張示出在鍍層重量為40g/m2時(shí)0^3Al+FeAl)層的厚度占有率隨著加熱溫度和加熱時(shí)間變化的曲線圖。如圖2(b)中所示，隨著加熱溫度的升高和加熱持續(xù)時(shí)間的增長(zhǎng)，此金屬間化合物層的占有率增加。圖3示出了基于加熱溫度鍍層重量與0^3Al+FeAl)層的厚度占有率的關(guān)系。在此實(shí)驗(yàn)中將加熱時(shí)間限定為7分鐘。如圖3所示，當(dāng)鍍層重量減少時(shí)，(Fe3Al+FeAl)層即使在較低溫度下也很容易達(dá)到40%以上。在本實(shí)施例中可以看出，當(dāng)鍍層重量高于80g/m2時(shí)，(i^3Al+FeAl)層獲得40%以上的占有率是非常難的。因此在節(jié)約能量的方面效率很差。所以，鋁鍍層重量上限可以被設(shè)為80g/m2，特別是60g/m2。為了得到均勻的鋁鍍層，鋁鍍層重量必須最少為20g/m2，因此鍍層重量的下限可為20g/m2。(實(shí)施例2)在該實(shí)施例中，通過(guò)改變鍍鋁鋼板的鍍層重量和HPF過(guò)程的加熱條件，制造了鍍層中的0^3Al+FeAl)層占有率不同的鋼板。評(píng)價(jià)這些鋼板的抗張強(qiáng)度和耐腐蝕性。如上文所述，對(duì)于用作制造鍍鋁鋼板或鍍鋁合金鋼板的原料鋼板的熱軋鋼板或冷軋鋼板來(lái)說(shuō)，其化學(xué)組分體系和組份含量并沒(méi)有特別的限制。然而，只要鋼板的化學(xué)組成和可淬性足夠在熱壓成型后獲得目標(biāo)強(qiáng)度和相就足夠了。此實(shí)施例中所用的鋼板的化學(xué)組成范圍以襯％來(lái)表示?？捎娩摪宓幕瘜W(xué)組成范圍如下C 0. 15-0. 35wt %、Si :0. 5wt %以下、Mn
1.5-2. 2 P 0. 025 % 以下、S :0. 01 % 以下、Al :0. 01-0. 05 N :50_200ppm、Ti 0. 005-0. 05%、W :0. 005-0. 1 %、B :l_50ppm，其余為鐵和必需的雜質(zhì)，其中 Ti/N 小于 3. 4， Ceq 0. 48-0. 58，且Ar3溫度為670_725°C ；但不限于此。在熱軋鋼板上進(jìn)行酸浸法處理，并進(jìn)行冷軋。用這種方法所獲得的鋼板用作鍍鋁鋼板。實(shí)驗(yàn)中所使用的鋼板及經(jīng)過(guò)熱處理后的物理性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果在下表1中示出。表 權(quán)利要求
1.一種耐腐蝕能力突出的鍍鋁鋼板，其包含一種以鍍層重量20-80g/Cm2鍍于鋼板基底表面上的鋁的鍍層。
2.權(quán)利要求1的鍍鋁鋼板，其中該鍍層含有12wt%以下的硅(Si)。
3.權(quán)利要求1或2的鍍鋁鋼板，其中該鍍層含有0.7wt%以下的鉻(Cr)和0. 7wt%以下的鉬(Mo)中的至少一種。
4.權(quán)利要求1的鍍鋁鋼板，其中熱軋鋼板或冷軋鋼板用作鋼板基底。
5.一種制造耐腐蝕能力突出的鍍鋁鋼板的方法，所述方法包括鋼板加熱步驟，將鋼板加熱到750-850°C ；鋼板鍍層步驟，將經(jīng)加熱的鋼板浸入含有12wt%以下Si的熱浸鍍鋁浴中，以將該經(jīng)加熱的鋼板以20-80g/m2的鍍層重量進(jìn)行鍍層；以及冷卻步驟，將該經(jīng)鍍層的鋼板以5-15°C /秒的冷卻速率冷卻至室溫。
6.權(quán)利要求5的方法，其中熱浸鍍鋁浴中含有0.7wt%以下的鉻(Cr)和0.7wt%以下的鉬(Mo)中的至少一種。
7.權(quán)利要求5或6的方法，其中所述鋼板是熱軋鋼板或冷軋鋼板。
8.一種耐腐蝕能力突出的熱壓成型產(chǎn)品，在所述熱壓成型產(chǎn)品的表面上有一個(gè)含有 (Fe3Al+FeAl)化合物層的鍍層，其中所述O^3ARFeAl)化合物層在鍍層厚度中具有30%以上的占有率。
9.權(quán)利要求8的熱壓成型產(chǎn)品，其中所述鍍層含有12wt%以下的硅(Si)。
10.權(quán)利要求8的熱壓成型產(chǎn)品，其中所述鋼板是用熱軋鋼板或冷軋鋼板制造的鍍鋁鋼板。
11.權(quán)利要求8或9的熱壓成型產(chǎn)品，其中鍍層中含有0.7wt%以下的鉻(Cr)和 0.下的鉬(Mo)中的至少一種。
12.權(quán)利要求8的熱壓成型產(chǎn)品，其中所述熱壓成型產(chǎn)品具有馬氏體結(jié)構(gòu)或者馬氏體-貝氏體結(jié)構(gòu)。
13.—種制造耐腐蝕能力突出的熱壓成型產(chǎn)品的方法，所述方法包括制備一種含有鋁鍍層的鍍鋁鋼板作為熱壓成型(HPF)的坯料的步驟；加熱步驟，將所述坯料在820-970°C溫度下加熱；溫度保持步驟，保持所述經(jīng)加熱坯料的溫度，并排出所述經(jīng)加熱坯料；熱壓成型步驟，將該坯料轉(zhuǎn)移到已準(zhǔn)備好的模具中，用壓制機(jī)使所述坯料熱壓成型；及冷卻步驟，將經(jīng)壓制的坯料留在模具中冷卻。
14.權(quán)利要求13的方法，其中所述鋁鍍層中含有12wt%以下的硅(Si)。
15.權(quán)利要求13的方法，在所述溫度保持步驟中，溫度保持時(shí)間為3分鐘以上。
16.權(quán)利要求13的方法，在所述冷卻步驟中，冷卻速率為20°C/秒以上。
17.權(quán)利要求13或16的方法，在所述冷卻步驟中冷卻至200°C以下。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鍍層鋼板、一種用這種鋼板所制造的熱壓成型產(chǎn)品及其制造方法。將熱軋鋼板或冷軋鋼板制造成鍍鋁鋼板時(shí)，使熱浸鍍?cè)l件最優(yōu)化，控制由鋼板制造熱壓成型產(chǎn)品的過(guò)程，從而在鋼板的表面形成具有很高比率(Fe3Al+FeAl)化合物層的鍍層。當(dāng)(Fe3Al+FeAl)化合物層在整個(gè)鍍層厚度中具有適當(dāng)?shù)恼加新蕰r(shí)，該熱壓成型產(chǎn)品可以獲得良好的抵抗龜裂和腐蝕的特性，從而改良耐局部腐蝕能力，特別是耐點(diǎn)腐蝕能力。因此，可以制造出生產(chǎn)率高且生本較低的高品質(zhì)熱壓成型產(chǎn)品。
文檔編號(hào)C23C2/12GK102348824SQ201080011300
公開(kāi)日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月9日
發(fā)明者樸晟浩, 白應(yīng)律, 趙悅來(lái), 金泰昊 申請(qǐng)人:Posco公司