一种热浸镀低密度钢及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种热浸镀低密度钢，其包括位于芯部的钢基板和位于表面的镀层；所述钢基板与镀层之间具有界面层，所述界面层包括铁颗粒层，所述铁颗粒层中具有分散覆盖在钢基板上的铁颗粒，所述铁颗粒上覆盖有第一阻挡层；所述热浸镀低密度钢含有质量百分含量为3.0～7.0％的Al元素。相应地，本发明专利技术还公开了该热浸镀低密度钢板的制造方法。本发明专利技术所述的热浸镀低密度钢具有密度低，强度高，且可镀性及镀层附着性强的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低密度钢，尤其涉及一种热浸镀低密度钢。
技术介绍
随着环保法规以及节能降耗的要求越来越高，轻量化是汽车发展的方向之一。从材料角度实现汽车轻量化的路径有：使用铝、镁等轻质合金替代钢材；使用更高强度的钢替代传统的低强度钢实现材料减薄；通过降低钢材密度提高钢材的比强度，即开发低密度钢。由于铝的密度比钢低的多，因此现有技术通过在钢种添加一定含量的铝来实现降低材料密度。例如，公开号为CN104220609A，公开日为2014年12月17日，名称为“高强度无晶隙低密度钢及所述钢的制备方法”的中国专利文献公开了一种高强度无晶隙低密度钢及其制备方法，为了降低密度，该钢的Al含量的重量百分比为6-9％。又例如，公开号为CN101755057A，公开日为2010年6月23日，名称为“具有良好可压延性的低密度钢”的中国专利文献公开了一种热轧铁素体钢片材，其中Al的含量为6％≤Al≤10％。连续热浸镀工艺是将经过退火后的带钢浸入镀液，在带钢表面镀上一层金属或合金(如Zn、Zn-Al、Zn-Al-Mg等)，从而提高带钢的耐蚀性。普通钢种的热镀锌已是公知的技术，但添加了较高含量Si、Mn元素的高强钢及先进高强钢的热镀锌存在可镀性的难题，其原因是热镀之前的退火气氛虽然对Fe是还原性的，但对Si、Mn是氧化性的，Si、Mn元素在带钢表面形成的氧化膜会严重恶化锌液对带钢的润湿性，从而造成露铁、镀层附着性差等质量问题。在钢中添加的合金元素中，Si元素的表面富集对可镀锌的影响最大，因此在需要热浸镀的钢种设计时，经常控制基体的Si含量，或者用其它元素替代Si。现有技术中，已知Al和Si对稳定奥氏体的作用相似，因此热镀锌相变诱导塑性钢(TRIP钢)中通常用Al替代Si，改善带钢的可镀性，但一般Al含量在2％左右。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种热浸镀低密度钢，该热浸镀低密度钢具有低密度，高强度，可镀性好的优点。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种热浸镀低密度钢，其包括位于芯部的钢基板和位于表面的镀层；所述钢基板与镀层之间具有界面层，所述界面层包括铁颗粒层，所述铁颗粒层中具有分散覆盖在钢基板上的铁颗粒，所述铁颗粒上覆盖有第一阻挡层；所述热浸镀低密度钢含有质量百分含量为3.0～7.0％的Al元素。在本专利技术所述的热浸镀低密度钢中，Al元素的设计原理为：Al元素是铁素体形成元素。添加Al元素可显著降低钢板的密度，因此，在本专利技术中，Al元素的质量百分比含量不低于3.0％。然而，Al元素的质量百分比含量超过7.0％，会抑制奥氏体形成，另外，Al元素可显著增加钢中奥氏体的堆垛层错能，因而Al元素的质量百分比含量超过7.0％，会抑制钢中残余奥氏体在形变时被诱导发生马氏体相变，从而使钢板难以获得良好的强度和塑性匹配。因此，本专利技术限定Al元素的质量百分比含量为3.0～7.0％。此外，本专利技术所述的热浸镀低密度钢的表面具有铁颗粒层，该铁颗粒层可以使得本专利技术所述的热浸镀低密度钢具有优异的可镀性及镀层附着性。进一步地，在本专利技术所述的热浸镀低密度钢中，所述钢基板邻接铁颗粒层处具有内氧化层，所述内氧化层中含有Al的氧化物。进一步地，在本专利技术所述的热浸镀低密度钢中，所述内氧化层中还含有Mn的氧化物。进一步地，在本专利技术所述的热浸镀低密度钢中，所述内氧化层的厚度为0.2-10μm。在本专利技术所述的热浸镀低密度钢中，当内氧化层的厚度<0.2μm时，无法有效抑制Al元素的外氧化，当内氧化层厚度＞10μm时可能会影响钢基板内氧化层的成形性能，因此，优选地，所述的内氧化层的厚度控制为0.2-10μm。进一步地，在本专利技术所述的热浸镀低密度钢中，所述内氧化层中的氧化物存在于晶界和晶内。所述内氧化层中的氧化物主要是Al的氧化物和Mn的氧化物，氧化物同时分布在内氧化层中的晶粒内部和晶界位置。进一步地，在本专利技术所述的热浸镀低密度钢中，所述界面层的厚度为0.1-5μm。在本专利技术所述的热浸镀低密度钢中，当界面层厚度<0.1um时，镀层附着性较差；当界面层厚度>5um时，需要更长的退火保温时间形成铁颗粒层，因此本专利技术控制界面层的厚度为0.1-5um。优选的，控制界面层厚度为0.3-3um。进一步地，在本专利技术所述的热浸镀低密度钢中，所述铁颗粒的粒径为0.1-5μm。在本专利技术所述的热浸镀低密度钢中，粒径<0.1um时，铁颗粒的厚度及覆盖面积较少，镀层附着性较差；当粒径>5um时，会导致铁颗粒层过厚。进一步地，在本专利技术所述的热浸镀低密度钢，所述铁颗粒覆盖钢基板表面30％以上的面积。进一步地，在本专利技术所述的热浸镀低密度钢，相邻铁颗粒之间的间距最大不超过铁颗粒平均粒径的10倍。上述方案中，若相邻铁颗粒之间的间隔最大超过铁颗粒平均粒径的10倍，则在热镀锌时，锌液可能无法完全浸润铁颗粒之间的间隔，并且也会影响锌液润湿性及锌层附着性。因此，优选地，本专利技术限定了相邻铁颗粒之间的间距最大不超过铁颗粒平均粒径的10倍。进一步地，在本专利技术所述的热浸镀低密度钢，所述钢基板表面未覆盖铁颗粒的位置覆盖有第二阻挡层。进一步地，在本专利技术所述的热浸镀低密度钢，所述第二阻挡层的厚度小于第一阻挡层的厚度。进一步地，在本专利技术所述的热浸镀低密度钢，所述第二阻挡层含有Fe、Al和Zn元素。进一步地，在本专利技术所述的热浸镀低密度钢，所述第一阻挡层含有Fe、Al和Zn元素。在本专利技术所述的热浸镀低密度钢中，第一阻挡层及第二阻挡层由Fe、Al、Zn组成，第一阻挡层覆盖铁颗粒与镀层接触的表面，第二阻挡层为钢基板表面未覆盖铁颗粒的位置。这是因为当钢板浸入镀液时，镀液中的Al元素及少量Zn元素首先和表面覆盖铁颗粒层的钢板Fe反应形成第一阻挡层，并且基板表面无铁颗粒覆盖的位置或者铁颗粒之间的空隙位置的基板表面也可以形成少量含Fe、Al、Zn的第二阻挡层，但其厚度比铁颗粒表面的阻挡层薄。进一步地，在本专利技术所述的热浸镀低密度钢，所述钢基板的微观组织为铁素体和残余奥氏体。进一步地，在本专利技术所述的热浸镀低密度钢，所述残余奥氏体的相比例为6-30％。进一步地，在本专利技术所述的热浸镀低密度钢，所述残余奥氏体中C元素的质量百分含量不低于0.8％。在本专利技术所述的热浸镀低密度钢中，C是重要的固溶强化元素，促进奥氏体生成，在富含Al元素的低密度钢中，若残余奥氏体中的C的质量百分比低于0.8％时，残余奥氏体的含量和力学稳定性相对较低，因而钢板的强度和延展性均较低。因此，本专利技术所述的热浸镀低密度钢中残余奥氏体中C含量不低于0.8％。进一步地，在本专利技术所述的热浸镀低密度钢，其密度＜7500kg/m3。进一步地，在本专利技术所述的热浸镀低密度钢，所述钢基板的化学元素质量百分含量为：C：0.25～0.50％，Mn：0.25～4.0％，Al：3.0～7.0％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。上述不可避免的杂质主要是指S、P和N元素，可以控制P≤0.02％，S≤0.01％，N≤0.01％。上述热浸镀低密度钢中的各化学元素的设计原理为：C：C是重要的固溶强化元素，促进奥氏体生成，在富含Al的低密度钢中，C质量百分含量低于0.25％时，残余奥氏体的含量和力学稳定性相对较低，因而钢板的强度和延展性均较低；C质量百分含量高于0.5％时，片层状碳化物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热浸镀低密度钢，其包括位于芯部的钢基板和位于表面的镀层；其特征在于：所述钢基板与镀层之间具有界面层，所述界面层包括铁颗粒层，所述铁颗粒层中具有分散覆盖在钢基板上的铁颗粒，所述铁颗粒上覆盖有第一阻挡层；所述热浸镀低密度钢含有质量百分含量为3.0～7.0％的Al元素。

【技术特征摘要】
1.一种热浸镀低密度钢，其包括位于芯部的钢基板和位于表面的镀层；其特征在于：所述钢基板与镀层之间具有界面层，所述界面层包括铁颗粒层，所述铁颗粒层中具有分散覆盖在钢基板上的铁颗粒，所述铁颗粒上覆盖有第一阻挡层；所述热浸镀低密度钢含有质量百分含量为3.0～7.0％的Al元素。2.如权利要求1所述的热浸镀低密度钢，其特征在于，所述钢基板邻接铁颗粒层处具有内氧化层，所述内氧化层中含有Al的氧化物。3.如权利要求2所述的热浸镀低密度钢，其特征在于，所述内氧化层中还含有Mn的氧化物。4.如权利要求2或3所述的热浸镀低密度钢，其特征在于，所述内氧化层的厚度为0.2-10μm。5.如权利要求2所述的热浸镀低密度钢，其特征在于，所述内氧化层中的氧化物存在于晶界和晶内。6.如权利要求1所述的热浸镀低密度钢，其特征在于，所述界面层的厚度为0.1-5μm。7.如权利要求1所述的热浸镀低密度钢，其特征在于，所述铁颗粒的粒径为0.1-5μm。8.如权利要求1所述的热浸镀低密度钢，其特征在于，所述铁颗粒覆盖钢基板表面30％以上的面积。9.如权利要求1所述的热浸镀低密度钢，其特征在于，相邻铁颗粒之间的间距最大不超过铁颗粒平均粒径的10倍。10.如权利要求1所述的热浸镀低密度钢，其特征在于，所述钢基板表面未覆盖铁颗粒的位置覆盖有第二阻挡层。11.如权利要求10所述的热浸镀低密度钢，其特征在于，所述第二阻挡层的厚度小于第一阻挡层的厚度。12.如权利要求10或11所述的热浸镀低密度钢，其特征在于，所述第二阻挡层含有Fe、Al和Zn元素。13.如权利要求1所述的热浸镀低密度钢，其特征在于，所述第一阻挡层含有Fe、Al和Zn元素。14.如权利要求1所述的热浸镀低密度钢，其特征在于，所述钢基板的微观组织为铁素体和残余奥氏体。15.如权利要求14所述的热浸镀低密度钢，其特征在于，所述残余奥氏体的相比例为6-30％。16.如权利要求14或15所述的热浸镀低密度钢，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：金鑫焱，杨旗，王利，胡广魁，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31