一种锌基镀层热成形钢构件及其制备方法与流程

1.本技术涉及钢材制备技术领域，尤其涉及一种锌基镀层热成形钢构件及其制备方法。


背景技术：

2.热成形钢在汽车钣金件中应用的越来越广泛，热成形钢的应用可以提高零件强度降低汽车重量。在使用不带镀层的热成形钢进行热冲压时，容易导致氧化铁皮的发生。因为板料在冲压前需要进行奥氏体化热处理，该奥氏体化热处理温度一般在900℃以上。为去除零件表面的氧化皮，在零件冲压成形后则需要进行喷丸处理。喷丸环节则增加了生产成本，延长了零件生产周期和容易导致零件尺寸精度变化。因此，在热成形钢表面进行镀锌处理，使得材料表面具有锌镀层。锌镀层则可以防止基板氧化和提供阴极保护，具有明显的优势。
3.镀锌热成形钢的开发和应用提高了汽车钣金件的耐腐蚀性能，但是因为锌的熔点相对较低，所以在实际冲压过程中，具有一定的不足。该不足主要表现在板料奥氏体热处理后，在进行冲压时熔融态的锌和锌合金容易导致基板脆裂，从而使得零件冲压失败。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种锌基镀层热成形钢构件及其制备方法，以改善目前冲压镀锌热成形钢易发生失败的问题。
5.第一方面，本技术提供了一种锌基镀层热成形钢构件的制备方法，所述方法包括：
6.对镀层钢材进行奥氏体化热处理，得到奥氏体化钢材；
7.对所述奥氏体化钢材进行冷却，以使所述奥氏体化钢材的温度不高于设定温度，得到待冲压钢材；
8.对所述待冲压钢材进行冲压和保压，得到构件；
9.其中，所述设定温度不高于所述镀层钢材的镀层熔化温度。
10.作为一种可选的实施方式，所述设定温度≤782℃。
11.作为一种可选的实施方式，所述冷却采用喷雾、喷水或者工业风扇进行冷却；当使用工业风扇进行冷却时，所述工业风扇的转速y根据所述奥氏体化钢材上温度最大值进行是实时调控。
12.作为一种可选的实施方式，所述工业风扇的转速y控制如下：
13.当0≤x＜20％时，y＝500x+1；
14.当20％≤x＜40％时，y＝2500x-400；
15.当40％≤x＜60％时，y＝3000x-600；
16.当60％≤x＜80％时，y＝4000x-1200；
17.当80％≤x＜100％时，y＝5000x-2000；
18.当100％≤x时，y＝3000；
19.其中，x为(奥氏体化钢材上温度最大值-782)/(奥氏体化热处理温度-782)*
100％；y为所述工业风扇的转速，r/min。
20.作为一种可选的实施方式，以单位为min的时间和单位为℃的温度为坐标系，所述镀层钢材的厚度为0.6～1.8mm，所述奥氏体化热处理的温度和时间的坐标点位于坐标点a(3min，930℃)、b(6.6min，930℃)、d(8min，900℃)、f(12min，880℃)、h(12min，860℃)、g(4min，860℃)、e(4min，880℃)、c(3min，900℃)和a(3min，930℃)依次连接围合的封闭范围内。
21.作为一种可选的实施方式，以单位为min的时间和单位为℃的温度为坐标系，所述镀层钢材的厚度为1.8～3mm，所述奥氏体化热处理的温度和时间的坐标点位于坐标点i(3min，950℃)、j(8min，950℃)、l(8.6min，930℃)、n(20min，900℃)、p(21min，880℃)、o(4.6min，880℃)、m(4min，900℃)、k(3min，930℃)和i(3min，950℃)依次连接围合的封闭范围内。
22.作为一种可选的实施方式，所述冲压的应变速率为0.001～100s；和/或
23.所述冲压的成型温度为660～780℃。
24.作为一种可选的实施方式，所述保压的压力为2000～12000kn；和/或
25.所述保压的时间为5～15s。
26.作为一种可选的实施方式，所述保压的出模温度低于200℃。
27.第二方面，本技术提供了一种锌基镀层热成形钢构件，所述构件为采用第一方面所述的构件的制备方法制得的构件。
28.本技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
29.本技术实施例提供的该方法，通过在奥氏体化热处理和冲压之间设置冷却工序，以避免在冲压时镀层钢材的镀层具有熔融态、导致出现基板脆裂，有效的保证了构件的冲压成功的概率。
附图说明
30.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
31.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本技术实施例提供的方法的流程图；
33.图2为本技术实施例提供的镀层钢材的厚度为0.6～1.8mm时奥氏体化热处理操作窗口示意图；
34.图3为本技术实施例提供的镀层钢材的厚度为1.8～3mm时奥氏体化热处理操作窗口示意图；
35.图4为本技术实施例提供的冲压成型的操作窗口示意图；
36.图5为本技术实施例1提供的奥氏体化钢材的微观组织示意图，组织为马氏体；
37.图6为本技术实施例2提供的奥氏体化钢材的微观组织示意图，组织为马氏体；
38.图7为本技术实施例3提供的奥氏体化钢材的镀层厚度示意图。
具体实施方式
39.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
40.除非另有特别说明，本技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
41.如图1所示，本技术实施例提供了一种锌基镀层热成形钢构件的制备方法，所述方法包括：
42.s0.得到镀锌热成形钢，后进行落料，得到镀层钢材；
43.具体而言，本实施例中，在钢板轧制后，进行钢板的表面锌层的涂覆。从而形成镀锌热成形钢。该钢板主要成份重量百分比可以为：c：0.1％-0.65％、si：《1.2％、mn：《5％、cr：《1.5％、al：《0.16％、b：《0.11％、s:《0.1％、ti《0.4％、其余为fe。在其他实施例中可以不包括以上所有成份，同时不排除添加其它成份，如铌元素。锌基镀层热成形钢镀层的涂覆重量可以为50-200g/m3/双面，为改善性能，在镀层中也添加一定比例的al元素，该元素建议不高于15％。为降低液态锌致基板脆裂的风险，也会在镀层和基板直接进行预镀镍处理。根据待冲压的零件，进行有限元分析，确定板料的形状轮廓。从而进行落料，用于零件的热冲压。
44.s1.对镀层钢材进行奥氏体化热处理，得到奥氏体化钢材；
45.具体而言，本实施例中，根据热成形钢奥氏体化温度设定加热炉的温度。板料在加热炉中进行加热和保温的总停留时间和加热温度。
46.在一些实施例中，以单位为min的时间和单位为℃的温度为坐标系，所述镀层钢材的厚度为0.6～1.8mm，所述奥氏体化热处理的温度和时间的坐标点位于坐标点a(3min，930℃)、b(6.6min，930℃)、d(8min，900℃)、f(12min，880℃)、h(12min，860℃)、g(4min，860℃)、e(4min，880℃)、c(3min，900℃)和a(3min，930℃)依次连接围合的封闭范围内，如图2所示。
47.在一些实施例中，以单位为min的时间和单位为℃的温度为坐标系，所述镀层钢材的厚度为1.8～3mm，所述奥氏体化热处理的温度和时间的坐标点位于坐标点i(3min，950℃)、j(8min，950℃)、l(8.6min，930℃)、n(20min，900℃)、p(21min，880℃)、o(4.6min，880℃)、m(4min，900℃)、k(3min，930℃)和i(3min，950℃)依次连接围合的封闭范围内，如图3所示。
48.s2.对所述奥氏体化钢材进行冷却，以使所述奥氏体化钢材的温度不高于设定温度，得到待冲压钢材；其中，所述设定温度不高于所述镀层钢材的镀层熔化温度。
49.在一些实施例中，设定温度≤782℃。所述冷却采用工业风扇进行冷却；所述工业风扇的转速y根据所述奥氏体化钢材上温度最大值进行是实时调控。所述工业风扇的转速y控制如下：
50.当0≤x＜20％时，y＝500x+1；
51.当20％≤x＜40％时，y＝2500x-400；
52.当40％≤x＜60％时，y＝3000x-600；
53.当60％≤x＜80％时，y＝4000x-1200；
54.当80％≤x＜100％时，y＝5000x-2000；
55.当100％≤x时，y＝3000；
56.其中，x为(奥氏体化钢材上温度最大值-782)/(奥氏体化热处理温度-782)*100％；y为所述工业风扇的转速，r/min。
57.具体而言，本实施例中，镀层钢材在奥氏体化热处理完成后，将奥氏体化钢材从加热炉中转移出来。通常，采用机械手进行加持和转移，转移到压力机的模具上。加热保温后，奥氏体化钢材从加热炉中取出，转移到压力机上进行冲压。为了避免液态锌致基板脆性断裂，需要控制冲压时零件的温度，保证零件的初始冲压温度低于782℃。
58.在加热炉和压力机之间设置一定数量的工业风扇。该风扇分别位于板料转移路径的上面和下面。在板料转移路径的上面和下面放置热成形仪。热成形仪用于测试板料的上下表面的温度。热成形仪可以检测一定范围内的物体温度。板料刚从加热炉中转移出来，具有明显高于周围环境的温度。
59.使用热成像仪可以显示物体的温度，获得板料上的最大温度值。根据最大温度值可以调节工业风扇的转速。
60.为实现板料最高温度与工业风扇转速的实时调节，需增加控制环节。该环节可以采集板料的最高温度，然后通过计算求得风扇的转速，然后将转速指令实时下达到风扇转速控制端，从而实现风扇的实时控制。该环节的增加可以简洁高效地提高镀锌热成形钢的热冲压成形性。
61.s3.对所述待冲压钢材进行冲压和保压，得到构件。
62.为提高零件成形的稳定性和性能的稳定性，成形时需要控制待冲压钢材的温度。结合试验研究，给出了具体的待冲压钢材成形温度范围区间和应变速率区间。在一些实施例中，所述冲压的应变速率为0.001～100s；所述冲压的成型温度为660～780℃。如图4所示，所述保压的压力为2000～12000kn；所述保压的时间为5～15s。所述保压的出模温度低于200℃。
63.具体而言，本实施例中，将待冲压钢材转移到压力机的热冲压模具上后进行冲压，冲压后进行保压。通常保压压力：因零件尺寸和一模多件的零件数量而定，一般2000kn-12000kn不等；保压时间：5-15s，通常出模温度要低于200℃，保证基体马氏体率不低于95％。比如对于1.6mm厚的板料保压时间不多于10s。模具需具有水冷功能，模具温度不高于100℃。保压压力根据实际具体零件、压力机情况和生产节拍确定，确保构件中马氏体组织含量和构件最终性能。
64.基于一个总的发明构思，本技术实施例还提供了一种锌基镀层热成形钢构件，所述构件为采用如上提供的构件的制备方法制得的构件。
65.该构件是基于上述方法来实现制备的，该方法的具体步骤可参照上述实施例，由于该构件采用了上述实施例的部分或全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
66.下面结合具体的实施例，进一步阐述本技术。应理解，这些实施例仅用于说明本技术而不用于限制本技术的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所
建议的条件进行。
67.实施例1
68.一种构件的制备方法，所述方法包括：
69.s1.对镀层钢材进行奥氏体化热处理，得到奥氏体化钢材；奥氏体化热处理的温度为880℃，奥氏体化热处理的保温时间为8min。
70.s2.对所述奥氏体化钢材进行冷却，以使所述奥氏体化钢材的温度不高于782℃，得到待冲压钢材；冷却采用工业风扇进行冷却；所述工业风扇的转速y根据所述奥氏体化钢材上温度最大值进行是实时调控。所述工业风扇的转速y控制如下：
71.当0≤x＜20％时，y＝500x+1；
72.当20％≤x＜40％时，y＝2500x-400；
73.当40％≤x＜60％时，y＝3000x-600；
74.当60％≤x＜80％时，y＝4000x-1200；
75.当80％≤x＜100％时，y＝5000x-2000；
76.当100％≤x时，y＝3000；
77.其中，x为(奥氏体化钢材上温度最大值-782)/(奥氏体化热处理温度-782)*100％；y为所述工业风扇的转速，r/min。
78.s3.对所述待冲压钢材进行冲压和保压，得到构件。
79.实施例2
80.一种构件的制备方法，所述方法包括：
81.s1.对镀层钢材进行奥氏体化热处理，得到奥氏体化钢材；奥氏体化热处理的温度为900℃，奥氏体化热处理的保温时间为4min。
82.s2.对所述奥氏体化钢材进行冷却，以使所述奥氏体化钢材的温度不高于782℃，得到待冲压钢材；冷却采用工业风扇进行冷却；所述工业风扇的转速y根据所述奥氏体化钢材上温度最大值进行是实时调控。所述工业风扇的转速y控制如下：
83.当0≤x＜20％时，y＝500x+1；
84.当20％≤x＜40％时，y＝2500x-400；
85.当40％≤x＜60％时，y＝3000x-600；
86.当60％≤x＜80％时，y＝4000x-1200；
87.当80％≤x＜100％时，y＝5000x-2000；
88.当100％≤x时，y＝3000；
89.其中，x为(奥氏体化钢材上温度最大值-782)/(奥氏体化热处理温度-782)*100％；y为所述工业风扇的转速，r/min。
90.s3.对所述待冲压钢材进行冲压和保压，得到构件。
91.实施例3
92.一种构件的制备方法，所述方法包括：
93.s1.对镀层钢材进行奥氏体化热处理，得到奥氏体化钢材；奥氏体化热处理的温度为900℃，奥氏体化热处理的保温时间为8min。
94.s2.对所述奥氏体化钢材进行冷却，以使所述奥氏体化钢材的温度不高于782℃，得到待冲压钢材；冷却采用工业风扇进行冷却；所述工业风扇的转速y根据所述奥氏体化钢
材上温度最大值进行是实时调控。所述工业风扇的转速y控制如下：
95.当0≤x＜20％时，y＝500x+1；
96.当20％≤x＜40％时，y＝2500x-400；
97.当40％≤x＜60％时，y＝3000x-600；
98.当60％≤x＜80％时，y＝4000x-1200；
99.当80％≤x＜100％时，y＝5000x-2000；
100.当100％≤x时，y＝3000；
101.其中，x为(奥氏体化钢材上温度最大值-782)/(奥氏体化热处理温度-782)*100％；y为所述工业风扇的转速，r/min。
102.s3.对所述待冲压钢材进行冲压和保压，得到构件。
103.实施例4
104.一种构件的制备方法，所述方法包括：
105.s1.对镀层钢材进行奥氏体化热处理，得到奥氏体化钢材；奥氏体化热处理的温度为880℃，奥氏体化热处理的保温时间为5min。
106.s2.对所述奥氏体化钢材进行冷却，以使所述奥氏体化钢材的温度不高于782℃，得到待冲压钢材；冷却采用工业风扇进行冷却；所述工业风扇的转速y根据所述奥氏体化钢材上温度最大值进行是实时调控。所述工业风扇的转速y控制如下：
107.当0≤x＜20％时，y＝500x+1；
108.当20％≤x＜40％时，y＝2500x-400；
109.当40％≤x＜60％时，y＝3000x-600；
110.当60％≤x＜80％时，y＝4000x-1200；
111.当80％≤x＜100％时，y＝5000x-2000；
112.当100％≤x时，y＝3000；
113.其中，x为(奥氏体化钢材上温度最大值-782)/(奥氏体化热处理温度-782)*100％；y为所述工业风扇的转速，r/min。
114.s3.对所述待冲压钢材进行冲压和保压，得到构件。
115.对本实施例得到的构件进行性能检测，结果如下表所示：
116.屈服强度/mpa抗拉强度/mpa延伸率115114696％
117.对比例1
118.一种构件的制备方法，所述方法包括：
119.s1.对镀层钢材进行奥氏体化热处理，得到待冲压钢材；奥氏体化热处理的温度为880℃，奥氏体化热处理的保温时间为8min。
120.s2.对所述待冲压钢材进行冲压和保压，得到构件。
121.对比例2
122.一种构件的制备方法，所述方法包括：
123.s1.对镀层钢材进行奥氏体化热处理，得到待冲压钢材；奥氏体化热处理的温度为900℃，奥氏体化热处理的保温时间为4min。
124.s2.对所述待冲压钢材进行冲压和保压，得到构件。
125.对比例3
126.一种构件的制备方法，所述方法包括：
127.s1.对镀层钢材进行奥氏体化热处理，得到待冲压钢材；奥氏体化热处理的温度为900℃，奥氏体化热处理的保温时间为8min。
128.s2.对所述待冲压钢材进行冲压和保压，得到构件。
129.本技术的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本技术范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
130.在本技术中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本技术说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。
131.在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况。其中a，b可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
132.以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种锌基镀层热成形钢构件的制备方法，其特征在于，所述方法包括：对镀层钢材进行奥氏体化热处理，得到奥氏体化钢材；对所述奥氏体化钢材进行冷却，以使所述奥氏体化钢材的温度不高于设定温度，得到待冲压钢材；对所述待冲压钢材进行冲压和保压，得到构件；其中，所述设定温度不高于所述镀层钢材的镀层熔化温度。2.根据权利要求1所述的锌基镀层热成形钢构件的制备方法，其特征在于，所述设定温度≤782℃。3.根据权利要求2所述的锌基镀层热成形钢构件的制备方法，其特征在于，所述冷却采用喷雾、喷水或者工业风扇进行冷却；当使用工业风扇进行冷却时，所述工业风扇的转速y根据所述奥氏体化钢材上温度最大值进行是实时调控。4.根据权利要求3所述的锌基镀层热成形钢构件的制备方法，其特征在于，所述工业风扇的转速y控制如下：当0≤x＜20％时，y＝500x+1；当20％≤x＜40％时，y＝2500x-400；当40％≤x＜60％时，y＝3000x-600；当60％≤x＜80％时，y＝4000x-1200；当80％≤x＜100％时，y＝5000x-2000；当100％≤x时，y＝3000；其中，x为(奥氏体化钢材上温度最大值-782)/(奥氏体化热处理温度-782)*100％；y为所述工业风扇的转速，r/min。5.根据权利要求1所述的锌基镀层热成形钢构件的制备方法，其特征在于，以单位为min的时间和单位为℃的温度为坐标系，所述镀层钢材的厚度为0.6～1.8mm，所述奥氏体化热处理的温度和时间的坐标点位于坐标点a(3min，930℃)、b(6.6min，930℃)、d(8min，900℃)、f(12min，880℃)、h(12min，860℃)、g(4min，860℃)、e(4min，880℃)、c(3min，900℃)和a(3min，930℃)依次连接围合的封闭范围内。6.根据权利要求1所述的锌基镀层热成形钢构件的制备方法，其特征在于，以单位为min的时间和单位为℃的温度为坐标系，所述镀层钢材的厚度为1.8～3mm，所述奥氏体化热处理的温度和时间的坐标点位于坐标点i(3min，950℃)、j(8min，950℃)、l(8.6min，930℃)、n(20min，900℃)、p(21min，880℃)、o(4.6min，880℃)、m(4min，900℃)、k(3min，930℃)和i(3min，950℃)依次连接围合的封闭范围内。7.根据权利要求1所述的锌基镀层热成形钢构件的制备方法，其特征在于，所述冲压的应变速率为0.001～100s；和/或所述冲压的成型温度为660～780℃。8.根据权利要求1所述的锌基镀层热成形钢构件的制备方法，其特征在于，所述保压的压力为2000～12000kn；和/或所述保压的时间为5～15s。9.根据权利要求1所述的锌基镀层热成形钢构件的制备方法，其特征在于，所述保压的出模温度低于200℃。
10.一种锌基镀层热成形钢构件，其特征在于，所述构件为采用权利要求1至9中任一项所述的锌基镀层热成形钢构件的制备方法制得的构件。

技术总结
本申请涉及一种锌基镀层热成形钢构件及其制备方法，属于钢材制备技术领域；方法包括：对镀层钢材进行奥氏体化热处理，得到奥氏体化钢材；对所述奥氏体化钢材进行冷却，以使所述奥氏体化钢材的温度不高于设定温度，得到待冲压钢材；对所述待冲压钢材进行冲压和保压，得到构件；其中，所述设定温度不高于所述镀层钢材的镀层熔化温度；通过在奥氏体化热处理和冲压之间设置冷却工序，以避免在冲压时镀层钢材的镀层具有熔融态、导致出现基板脆裂，有效的保证了构件的冲压成功的概率。保证了构件的冲压成功的概率。保证了构件的冲压成功的概率。


技术研发人员：马闻宇 李学涛 郑学斌 徐德超 李春光 张侠洲 胡开广 张永强 刘兴全 孙鹏 姚野 王宝川 刘煜 韩龙帅 郝玉林
受保护的技术使用者：首钢集团有限公司
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/10/5