一种铝硅镀层热冲压成形构件及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种铝硅镀层热冲压成形构件及其制备方法和应用，其包括钢板基材和设置在钢板基材的至少一个表面上的铝硅镀层，该铝硅镀层包括铝含量低于5wt％的低铝含量铁素体层，该低铝含量铁素体层的厚度大于5μm，所述铝硅镀层热冲压成形构件的最大弯曲角大于65

【技术实现步骤摘要】
一种铝硅镀层热冲压成形构件及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种铝硅镀层热冲压成形构件及其制备方法和应用，特别涉及一种提高铝硅镀层热冲压成形钢板弯曲性能的方法和由该方法制得的热冲压成形构件。

技术介绍

[0002]随着“碳达峰”与“碳中和”目标的提出，汽车节能减排已经成为当务之急，汽车轻量化则是贯彻节能减排的有效途径。在众多轻量化材料中，超高强度钢因其强度高、成本低、工艺成熟等优势，是实现汽车轻量化同时保障车辆安全性的理想材料。
[0003]热冲压成形是指在高温下对全奥氏体化钢板进行冲压变形、同时快速冷却，最终获得超高强度钢构件的成形工艺。热冲压成形具有成形精度高、减重效果好等优点，尤其适用于复杂一体化薄壁零件的加工成形，例如汽车白车身A柱、B柱、背顶横梁等。热冲压成形钢板(press hardening steel，PHS)的全球市场每年超过600万吨。
[0004]在实际热冲压成形过程中，为避免高温在钢表面造成氧化和脱碳，通常会在钢板表面进行预涂覆处理。其中，应用最广泛的是由ArcelorMittal公司于1999年专利技术的耐高温Al
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Si镀层专利(CN101583486B)，该预涂覆Al
‑
Si镀层的PHS于2007年实现商业化。在CN101583486B中，热冲压参数要求为：当钢板厚度在0.7
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1.5mm之间时，加热温度和时间限定在(3分钟，930℃)、(6分钟，930℃)、(13分钟，880℃)、(4.5分钟，880℃)组成的四边形内部；当钢板厚度为1.5
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3mm时，温度和时间限定在(4分钟，940℃)、(8分钟，940℃)、(13分钟，900℃)、(6.5分钟，900℃)组成的四边形内部；预涂覆Al
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Si镀层的厚度为20至33μm。目前，Al
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Si镀层仍然是PHS的唯一商业化的保护层。ArcelorMittal公司每年生产300多万吨Al
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Si镀层PHS，并且这一数字仍在大幅增加。然而，这项技术由ArcelorMittal公司垄断。因此，为全球汽车和钢铁公司开发替代预涂覆技术非常重要。
[0005]此外，Al
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Si预涂覆技术的另一个缺点是，它不可避免地损害了PHS的可弯曲性，这严重影响了PHS在汽车中应用的安全性。例如，图1显示了具有和不具有Al
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Si镀层的PHS的VDA 238
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100标准弯曲试验结果，表明Al
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Si镀层明显降低了热冲压成形后钢材的弯曲性能。图2显示了真实交通事故后汽车B柱的弯曲变形情况，可以看出B柱的可弯曲性在交通事故中保护乘客空间的重要性。由于汽车部件的可弯曲性对于在事故中保护乘客的生命至关重要，因此Al
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Si镀层PHS的低弯曲性是PHS在汽车工业中应用的最大限制之一。
[0006]近期的一些研究论文和专利文献报道了几种提高Al
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Si镀层热冲压部件的断裂韧性的方法：
[0007]育材堂(苏州)的专利CN108588612B中涉及厚度在6
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26μm之间的薄Al
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Si镀层，加热温度在900℃至940℃之间，保温时间在2min至5min之间。薄Al
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Si涂层提高了热冲压钢部件的断裂韧性。然而，Al
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Si涂层的脆性仍然存在，并且该技术未针对钢基体来优化热冲压参数。
[0008]ArcelorMittal公司的专利申请CN104769138A公开了一种在Al
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Si涂覆之前对钢基体进行脱碳的技术，从而可以整体提高Al
‑
Si镀层钢的断裂韧性。然而，与传统的热冲压
技术相比，这种脱碳技术复杂，需要额外的资金和能源成本。
[0009]宝钢的专利CN106466697B为铝硅镀层钢提供了另一系列热冲压参数：最佳温度为935至950℃或945至950℃，保温时间为2.5至5分钟。值得注意的是，宝钢的热冲压参数范围略高于ArcelorMittal公司。然而，在实践中，宝钢的热冲压参数可能会导致钢基体中的奥氏体晶粒粗大，从而导致钢部件的断裂韧性较差。这证实了在传统的热冲压技术中，热冲压参数只能被限制在非常小的范围内。
[0010]《材料学报》(Acta Materialia)中的一篇题为“Al
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Si镀层结构对1.5
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GPa
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级热压成形钢的弯曲性能和抗氢脆性的影响”的论文研究了如何提高1.5
‑
GPa
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级PHS的弯曲性能。然而，该论文中忽略了高铝含量铁素体和低铝含量铁素体之间的差异，因此所得产品的弯曲性能非常不稳定。此外，该论文提出的热冲压方法只能应用于1.5
‑
GPa级的PHS，无法改善2
‑
GPa级PHS的弯曲性能。最重要的是，该方法仍然使用传统的一步热冲压工艺，这不能解决原奥氏体晶粒度(PAGS)粗化的问题。
[0011]CN107614733A提出了一种耐剥离性优异的热压成形(HPF)部件及其制造方法，其专利技术点在于，对表面上具有热浸镀铝层的热浸镀铝钢板进行合金化热处理时，通过控制热处理条件仅形成软质的单一扩散层，从而提高镀层的耐剥离性能，其热成型过程为：以900
‑
990℃的温度加热经热浸镀铝后的钢板，保持2
‑
30分钟，以使其表面上的热浸镀铝层进行合金化；将所述合金化的热浸镀铝钢板进行热成型的同时，快速冷却至300℃以下。然而，尽管该方法通过控制奥氏体化温度和持续时间形成了由固溶Al的α铁素体构成的软质扩散层改善了镀层的耐剥离性能，但该热处理过程会使钢板基体产生较大的原奥氏体晶粒度，从而降低材料整体的弯曲性和极限抗拉强度。
[0012]综上，尽管预涂覆铝、铝合金镀层能阻止热冲压成形钢的脱碳和表面氧化问题，但是镀层整体表现出脆性，明显降低了热冲压成形后钢材的弯曲性能，迫切需要研究如何补偿Al
‑
Si镀层造成的弯曲性能损失。最新报道的工艺对传统的铝硅镀层热冲压成形钢板的弯曲性能有所改进，但有Al
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Si镀层部件的弯曲韧性仍低于无Al
‑
Si镀层的部件。CN107614733A提出的通过控制热处理条件改善镀层耐剥离性的方法去除表面的脆性层，但该方法会导致钢板基体的奥氏体晶粒严重粗化，损害了钢板基体的弯曲性能。因此，为了满足汽车行业日益严格的标准，仍需要更多的研发工作来提高Al
‑
Si镀层的部件的弯曲韧性。

技术实现思路

[0013]针对预涂覆导致钢板的弯曲性能下降的问题，本专利技术的目的是提供一种改进的热冲压成形钢板及其制备工艺，以提高预涂覆钢板在热冲压成形后的弯曲性能。
[0014]本专利技术人在尚未公开的在先申请CN2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝硅镀层热冲压成形构件，其包括钢板基材和设置在所述钢板基材的至少一个表面上的铝硅镀层，所述铝硅镀层包括由所述钢板基材与铝硅预涂层之间的相互扩散形成的铝含量低于5wt％的低铝含量铁素体层，其中，所述低铝含量铁素体层的厚度大于5μm，其中，所述铝硅镀层热冲压成形构件的最大弯曲角大于65
°
，其中所述最大弯曲角通过VDA 238
‑
100标准弯曲试验测量。2.根据权利要求1所述的铝硅镀层热冲压成形构件，其中，所述低铝含量铁素体层的厚度大于8μm，例如大于10μm或者大于15μm，更优选大于20μm。3.根据权利要求1或2所述的铝硅镀层热冲压成形构件，其中，所述低铝含量铁素体层的厚度为5
‑
100μm，优选为5
‑
25μm。4.根据权利要求1至3中任一项所述的铝硅镀层热冲压成形构件，其中，所述低铝含量铁素体层包括铝含量低于3wt％的超低铝含量铁素体层，所述超低铝含量铁素体层的厚度大于4.7μm，优选大于8μm，例如大于10μm或者大于15μm，更优选大于20μm；优选地，所述超低铝含量铁素体层的厚度为4.7
‑
100μm，例如5
‑
25μm。5.根据权利要求1至4中任一项所述的铝硅镀层热冲压成形构件，其中，所述低铝含量铁素体层的厚度占所述铝硅镀层厚度的20％
‑
98.5％。6.根据权利要求1至5中任一项所述的铝硅镀层热冲压成形构件，其中，所述铝硅镀层热冲压成形构件的最大弯曲角大于70
°
，优选为约75
°
。7.根据权利要求1至6中任一项所述的铝硅镀层热冲压成形构件，其中，所述钢板基材的厚度为0.5
‑
3mm；所述铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄明欣，管明，
申请(专利权)人：香港大学，
类型：发明
国别省市：