一种表面有铝合金镀层的钢质热冲压产品的制造方法及其产品技术

本发明专利技术公开了一种表面有铝合金镀层的钢质热冲压产品的制造方法及其产品，具体步骤如下：第一步，准备带钢，将所述带钢表面涂镀铝硅镀层；第二步，将涂镀铝硅镀层的带钢冲裁或切割，获得表面有铝硅镀层的钢质毛坯；第三步，预热加热炉至炉温895℃~945℃，加热炉内部有气流吹扫，气流温度为895℃~945℃，气流吹扫速度为0~8m/s；第四步，将毛坯放入加热炉中加热，气流吹扫毛坯上表面，毛坯在炉中总停留时间为100s~860s；第五步，转移热处理之后的毛坯至冲压模具，第六步，冲压成形。本发明专利技术解决了因热处理时间过长导致的涂镀层被烧穿而产生的基体氧化及脱碳，并且本发明专利技术解决了毛坯下表面铝硅镀层的粘辊或粘托盘结瘤问题，提高了辊子及托盘的使用寿命，降低了能源消耗，大幅度降低了加工成本。加工成本。加工成本。

【技术实现步骤摘要】
一种表面有铝合金镀层的钢质热冲压产品的制造方法及其产品


[0001]本专利技术属于钢材热加工
，具体涉及一种表面有铝合金镀层的钢质热冲压产品的制造方法及其产品。

技术介绍

[0002]随着汽车安全法规的不断升级，结构安全仍将是汽车安全设计和选材首要考虑的因素，热成形钢成为汽车车身用材的主要选择之一，其在解决汽车轻量化与高强度钢的冲压成形问题上有着不可替代的优势，同时随着其成本不断下降，行业应用也越来越多。热成形钢成形过程需要将材料加热至奥氏体化温度，在加热中会导致氧化铁皮的产生，也会有一定的表面脱碳，氧化铁皮容易脱落在模具中，降低模具的使用寿命；为满足冲压件的后续处理要求，需要通过喷丸去除表面生成的氧化铁皮，但喷丸处理不仅会导致成本增加，而且影响零件的尺寸精度，同时也有粉尘和噪音污染；在热成形钢板表面涂镀铝硅镀层之后进行热冲压，可有效解决热成形基板氧化掉皮及脱碳的问题。传统的热冲压成形方法，加热时间长，容易将钢板表面铝硅镀层烧穿，产生基体氧化及脱碳，严重降低零件性能；并且传统热处理方法为了保证足够的热处理时长，必须增加炉子的尺寸才能保证足够的加热时间，产线投入大，能源浪费多。
[0003]中国专利CN101583486公开了涂覆带钢材的热冲压产品及方法，
技术实现思路
包括加热、转移及冷却过程方法，该专利技术中针对不同板厚提供了加热时间及加热温度范围，未涉及加热过程中高温气流对加热时间的影响，在转移过程中未考虑环境气流对板材的快速降温作用，导致冲压合模前板材温度不足，零件强度不足。
[0004]中国专利CN106466697A一种带铝或者铝合金镀层的钢质热冲压产品及其制造方法，包括加热、转移及保压时间等冲压参数，该技术加热时间长，容易发生镀层烧穿基体氧化脱碳等问题，并且该技术未涉及不等厚热成形板的热冲压方法。
[0005]中国专利CN108588612A 热冲压成形构件、热冲压成形用预涂镀钢板及热冲压成形工艺，内容包括通过减薄预镀层厚度提高热冲压产品的韧性，该专利技术采用阶梯形加热曲线对板材进行加热，加热过程不容易控制，加工成本高。
[0006]在现有铝硅镀层板热加工技术中，均未考虑通过热气流对热处理时间的关键影响，也未考虑转移过程中环境气流对热冲压过程的负面影响，同时现有技术存在加热时间长，加工成本高，热冲压废品率高等问题；现有技术没有涉及差厚铝硅镀层热成形钢的加工方法，差厚板板厚差比较大，现有技术中只按照一种板厚设置加工参数，容易出现热处理时间不足或转移时间过长的问题，导致冲压产品性能不合格；现有技术的加热方式容易导致毛坯下表面的铝硅镀层在合金化之前熔融，熔融的铝硅镀层在炉内辊子或者托盘上结瘤，严重降低辊子及托盘的使用寿命。
[0007]针对现有技术存在的问题，本专利技术所提供的技术方案致力于保证毛坯表面镀层在热处理过程中的完整性，还能够使材料获得良好的力学性能，实现铝硅涂层钢的大批量应
用。

技术实现思路

[0008]本专利技术涉及的表面有铝硅镀层的钢质毛坯厚度范围为0.5~4.5mm，长度和宽度范围约为100~5000mm，典型的特点为表面积较大，厚度较小，较大的表面积可很好的吸收热量，较小的厚度使热量很容易从毛坯的表面传递至毛坯内部，所以对毛坯表面迅速加热即可迅速加热整个毛坯，使毛坯的温度到达奥氏体化温度以上，只有在毛坯温度达到奥氏体化温度以上才是有效的加热，本专利技术可有效减少毛坯从常温到达奥氏体化温度的加热时间。具体而言，在加热炉中，主要通过热辐射和热对流进行加热，根据经典热传导公式Φ=KA
⊿
T（其中，Φ:热流量，K:总导热系数，A:传热面积，
⊿
T：温度差）可知，在导热系数和传热面积不变的情况下，温度差越大，传热效率越高。在常规加热过程中，在毛坯温度未到达炉温之前，毛坯表面会有温度介于毛坯温度和炉温之间的气体层包裹，毛坯表面的气体层与毛坯之间的温差要小于炉内与毛坯之间的温差，根据经典导热公式，温差越小热流量越小，从而毛坯表面的气体层阻碍毛坯迅速升温。本专利技术的在加热炉中增加温度与炉温相近的气流对毛坯表面进行吹扫，使毛坯表面的气体层散开或变薄，进而增大毛坯与气体介质之间的温度差，从而加快热量向毛坯传递的速度，实现对毛坯的快速加热。
[0009]在完成毛坯料的加热后，对毛坯进行转移，由于毛坯的表面积相对较大，散热速度较快，所以要在短时间内完成毛坯料转移。转移过程中毛坯料表面同样会有气体层包裹，由于转移过程中环境温度为常温或者与常温相近的温度，环境温度远低于毛坯的温度，毛坯料表面的气体层可有效降低毛坯向外传热的速度，气体层降低毛坯降温速度，所以要确保环境中的气流速度尽量小，以防止环境气流吹散毛坯表面气体层，进而获得更长的转移时间，以保证冲压成形前毛坯的温度大于等于670℃；由于热处理后的毛坯温度远高于转移环境的温度，所以可以忽略转移环境温度变化对转移过程的影响。
[0010]本专利技术解决炉内辊子或托盘结瘤问题：毛坯料在加热炉中加热，加热炉中有高温气流吹扫毛坯料的上表面，使得毛坯料的上表面迅速升温，毛坯料上表面的升温速度高于毛坯料下表面的升温速度，此温度梯度促使毛坯料下表面的合金化过程从钢质基体向下表面镀层发起，使毛坯下表面镀层合金化速度高于镀层熔融速度；迅速升温的上表面将热量传递至毛坯内部以及毛坯料的下表面附近，毛坯料的下表面附近为钢质基体以及与钢质基体相接触的铝硅镀层，高温会促使钢质基体中的铁元素及与钢质基体相接触的铝元素快速相互扩散，从而快速的完成镀层的合金化，合金化的镀层熔点高，不再有镀层熔融结瘤的问题。
[0011]本专利技术提供了差厚铝硅镀层热成形钢的热冲压方法，差厚板中至少存在两种板厚，厚度大的板材所需加热时间长，厚度小的板材所需加热时间短，厚度大的板材最大转移时间长，厚度小的板材最大转移时间短，本专利技术的方法兼顾较薄侧板材和较厚侧板材对热处理参数的需求，在保证零件表面镀层完整性的同时保证零件力学性能。
[0012]本专利技术采取的技术方案如下，本专利技术的一种表面有铝合金镀层的钢质热冲压产品的制造方法及其产品，具体步骤如下：第一步，准备带钢，将所述带钢表面涂镀铝硅镀层,所述带钢的厚度为0.5mm~3mm；
第二步，将涂镀铝硅镀层的带钢冲裁或切割，获得表面有铝硅镀层的钢质毛坯，或者将涂镀铝硅镀层的带钢冲裁或切割成毛坯，然后将至少两个表面有铝硅镀层的钢质毛坯焊接到一起，获得焊接的表面有铝硅镀层的钢质毛坯，所述表面有铝硅镀层的钢质毛坯具有单一厚度或者至少两种厚度；优选的是，所述表面有铝硅镀层的钢质毛坯厚度为0.5mm~4.5mm，当所述表面有铝硅镀层的钢质毛坯为单一厚度时，毛坯厚度范围为0.5mm~3mm；当所述表面有铝硅镀层的钢质毛坯具有至少两种厚度时，毛坯的厚度范围为0.5mm~4.5mm;优选的是，所述冲裁或切割的方法包括开卷模具落料，开卷剪切，剪床剪切，激光切割，线切割中的一种或多种；所述焊接的方法包括激光拼焊、搭接电阻点焊、搭接激光飞行焊、搅拌摩擦焊中的一种或多种;第三步，预热加热炉至炉温895℃~945℃，加热炉内部有气流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面有铝合金镀层的钢质热冲压产品的制造方法其特征在于，具体步骤如下：第一步，准备带钢，将所述带钢表面涂镀铝硅镀层，所述带钢的厚度为0.5mm~3mm；第二步，将涂镀铝硅镀层的带钢冲裁或切割，获得表面有铝硅镀层的钢质毛坯，或者将涂镀铝硅镀层的带钢冲裁或切割成毛坯，然后将至少两个表面有铝硅镀层的钢质毛坯焊接到一起，获得焊接的表面有铝硅镀层的钢质毛坯，所述表面有铝硅镀层的钢质毛坯具有单一厚度或者至少两种厚度，所述表面有铝硅镀层的钢质毛坯厚度为0.5mm~4.5mm,所述冲裁或切割的方法包括开卷模具落料，开卷剪切，剪床剪切，激光切割，线切割中的一种或多种，所述焊接的方法包括激光拼焊、搭接电阻点焊、搭接激光飞行焊、搅拌摩擦焊中的一种或多种；第三步，预热加热炉至炉温895℃~945℃，加热炉内部有气流吹扫，气流温度为895℃~945℃，气流吹扫速度为0~8m/s，其特征在于，炉内气流吹扫方向与所述表面有铝硅镀层的钢质毛坯表面的夹角为0
°
~90
°
，炉内气流为紊流或层流，炉内气流对毛坯的吹扫为连续吹扫或非连续吹扫，炉内气流速度为0~8m/s范围内的任一固定速度，或者，炉内气流速度为0~8m/s范围内的至少两种速度；第四步，将冲裁或切割的表面有铝硅镀层的钢质毛坯或焊接的表面有铝硅镀层的钢质毛坯放入加热炉中加热，气流吹扫毛坯的上表面，毛坯在炉中总停留时间为100s~860s,其特征在于，所述表面有铝硅镀层的钢质毛坯在加热炉中最少停留时间取决于表面有铝硅镀层的钢质毛坯中的最大板厚；所述表面有铝硅镀层的钢质毛坯在加热炉中最少停留时间满足公式：Tmin=180s
‑
(FV/0.1)*1.0s+（THK
‑
0.5）*125s+（945
‑
W）*3s；式中：Tmin为毛坯在炉内最少停留时间；FV为炉内气流速度，所述炉内气流速度为毛坯料在炉内停留总时间范围内的平均气流速度；THK为表面有铝硅镀层的钢质毛坯中的最大板厚；W为炉内温度；第五步，转移热处理之后的表面有铝合金镀层的钢质毛坯至冲压模具，转移环境中的不可避免的气流速度不大于6m/s；第六步，冲压成形，冲压前毛坯温度大于等于670℃。2.根据权利要求1所述的一种表面有铝合金镀层的钢质热冲压产品的制造方法，其特征在于，当炉内温度为935℃~945℃且，所述表面有铝硅镀层的钢质毛坯中的最大板厚度是0.5mm~1.6mm时，炉内气流速度和毛坯在炉内停留时间限定在区域ABCD范围内，所述区域ABCD具有A(8m/s，100s)、B(8m/s，350s)、C(0m/s，430s)、D(0m/s，180s)所限定炉内气流速度和毛坯在炉内停留时间的范围；所述表面有铝硅镀层的钢质毛坯中的最大板厚度是＞1.6mm~3.0mm时，炉内气流速度和毛坯在炉内停留时间限定在区域A
’
B
’
C
’
D
’
范围内，所述区域A
’
B
’
C
’
D
’
具有A
’
(8m/s，237.5s)、B
’
(8m/s，510s)、C
’
(0m/s，590s)、D
’
(0m/s，317.5s)所限定炉内气流速度和毛坯在炉内停留时间的范围；
所述表面有铝硅镀层的钢质毛坯中的最大板厚度是＞3.0mm~4.5mm时，炉内气流速度和毛坯在炉内停留时间限定在区域A”B”C”D”范围内，所述区域A”B”C”D”具有A”(8m/s，412.5s)、B”(8m/s，660s)、C”(0m/s，740s)、D”(0m/s，492.5s)所限定炉内气流速度和毛坯在炉内停留时间的范围。3.根据权利要求1所述的一种表面有铝合金镀层的钢质热冲压产品的制造方法，其特征在于，当炉内温度为925℃~935℃且，所述表面有铝硅镀层的钢质毛坯中的最大板厚度是0.5mm~1.6mm时，炉内气流速度和毛坯在炉内停留时间限定在区域EFGH范围内，所述区域EFGH具有E(8m/s，130s)、F(8m/s，380s)、G(0m/s，460s)、H(0m/s，210s)所限定炉内气流速度和毛坯在炉内停留时间的范围；所述表面有铝硅镀层的钢质毛坯中的最大板厚度是＞1.6mm~3.0mm时，炉内气流速度和毛坯在炉内停留时间限定在区域E
’
F
’
G
’
H
’
范围内，所述区域E
’
F
’
G
’
H
’
具有E
’
(8m/s，267.5s)、F
’
(8m/s，540s)、G
’
(0m/s，620s)、H
’
(0m/s，347.5s)所限定炉内气流速度和毛坯在炉内停留时间的范围；所述表面有铝硅镀层的钢质毛坯中的最大板厚度是＞3.0mm~4.5mm时，炉内气流速度和毛坯在炉内停留时间限定在区域E”F”G”H”范围内，所述区域E”F”G”H”具有E”(8m/s，442.5s)、F”(8m/s，690s)、G”(0m/s，770s)、H”(0m/s，522.5s)所限定炉内气流速度和毛坯在炉内停留时间的范围。4.根据权利要求1所述的一种表面有铝合金镀层的钢质热冲压产品的制造方法，其特征在于，当炉内温度为915℃~925℃且，所述表面有铝硅镀层的钢质毛坯中的最大板厚度是0.5mm~1.6mm时，炉内气流速度和毛坯在炉内停留时间限定在区域IJKL范围内，所述区域IJKL具有I(8m/s，160s)、J(8m/s，410s)、K(0m/s，490s)、L(0m/s，240s)所限定炉内气流速度和毛坯在炉内停留时间的范围；所述表面有铝硅镀层的钢质毛坯中的最大板厚度是＞1.6mm~3.0mm时，炉内气流速度和毛坯在炉内停留时间限定在区域I
’
J
’
K
’
L
’
范围内，所述区域I
’
J
’
K
’
L
’
具有I
’
(8m/s，297.5s)、J
’
(8m/s，570s)、K
’
(0m/s，650s)、L
’
(0m/s，377.5s)所限定炉内气流速度和毛坯在炉内停留时间的范围；所述表面有铝硅镀层的钢质毛坯中的最大板厚度是＞3.0mm~4.5mm时，炉内气流速度和毛坯在炉内停留时间限定在区域I”J”K”L”...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雪，
申请(专利权)人：李雪，
类型：发明
国别省市：