本發(fā)明涉及金屬材料領(lǐng)域，特別涉及抗延遲開(kāi)裂1800mpa級(jí)鋅基鍍層鋼板及其制造方法、熱成形方法和部件。

背景技術(shù)：

1、熱成形鋼中最常用的是1500mpa級(jí)別的鋼種，但是隨著汽車節(jié)能減排和安全性能要求的提高，1500mpa的強(qiáng)度不能滿足需要，因此需要開(kāi)發(fā)更高強(qiáng)度的鋼種。1800mpa的熱成形鋼開(kāi)發(fā)迫在眉睫，但是隨著強(qiáng)度的提高，會(huì)存在延遲開(kāi)裂的問(wèn)題，即沖壓成形后，由于氫原子自服役環(huán)境中進(jìn)入鋼中引起的氫聚集，產(chǎn)生氫致裂紋，在應(yīng)力作用下裂紋擴(kuò)展，產(chǎn)生延遲開(kāi)裂。

2、由于熱成形是在高溫條件下進(jìn)行，鋼板不可避免會(huì)產(chǎn)生氧化，后續(xù)需要噴砂、酸洗等手段去除氧化鐵皮。為解決這一問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了鋁硅鍍層熱成形鋼板，鋁硅鍍層可以在高溫下對(duì)鋼板提供防護(hù)，避免了氧化鐵皮的生成，但是鍍層與鋼基體在熱沖壓過(guò)程中反應(yīng)生成的鋁鐵金屬間化合物屬于脆硬相，且不能為基體提供電化學(xué)的防護(hù)。

3、因此，鋅基鍍層熱成形鋼板被提出，鋅基鍍層熱成形鋼板與傳統(tǒng)鋁硅鍍層熱成形鋼板比較具有更好的耐腐蝕性能，但是由于鐵鋅化合物的熔點(diǎn)較低，在沖壓的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)液相脆性的問(wèn)題，導(dǎo)致零件開(kāi)裂、失效。

4、為解決這些問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種鋅基鍍層鋼板熱沖壓方法及鋅基鍍層熱成形鋼板，成形后的零件具備純鋅鍍層對(duì)鋼板的保護(hù)作用，同時(shí)又解決了純鋅鍍層對(duì)鋼基體的液相侵蝕以及延遲開(kāi)裂的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種抗延遲開(kāi)裂1800mpa級(jí)鋅基鍍層鋼板及其制造方法、熱成形方法和部件。采用本發(fā)明方法生產(chǎn)的熱沖壓成形零件，沒(méi)有液相脆性及液相裂紋，具有良好的強(qiáng)度、韌性和抗延遲開(kāi)裂性能，同時(shí)具有極好的耐腐蝕性能。

2、本發(fā)明目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明提供了一種抗延遲開(kāi)裂1800mpa級(jí)鋅基鍍層鋼板，包括基板和鍍層，具體如下：

4、所述鋅基鍍層鋼板基板，按質(zhì)量百分比計(jì)，化學(xué)成分包括：c：0.25％～0.35％，si：0.15％～0.45％，mn：1.50％～2.50％，p≤0.02％，s≤0.02％，al：0.03％～1.50％，nb：0.02％～0.10％，ti：0.02％～0.10％，v≤0.20％，b≤0.005％，cr：0.15％～0.60％，以及fe和其它一些不可避免的雜質(zhì)。

5、進(jìn)一步地，所述基板成分還包括下幾種元素的一種或幾種，mo≤1.00％，cu≤0.50％，ni≤1.00％；

6、進(jìn)一步地，所述鋅基鍍層鋼板的鍍層，按質(zhì)量百分比計(jì)，化學(xué)成分包括：al：0.15％～3.50％，其余為zn。

7、進(jìn)一步地，所述鍍層成分還包括：mg：1.0％～2％，si：0.05％～0.50％、ti：0.03％～0.50％、re：0.01％～0.10％、mn：0.5％～3.0％中的一種或幾種。

8、鋼板基板中元素的成分設(shè)計(jì)理由如下：

9、c：0.25％～0.35％

10、c作為主要合金元素對(duì)淬火型馬氏體鋼的強(qiáng)度貢獻(xiàn)最大，提供強(qiáng)度，同時(shí)與鋼中的nb、ti元素形成析出物，提高強(qiáng)度，細(xì)化晶粒；含量低于0.25％，熱成形之后不能夠形成足量的馬氏體、貝氏體等低溫轉(zhuǎn)變相；含量高于0.35％，鋼的淬透性提高，熱成形之后鋼的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于1800mpa，鋼的塑韌性下降，抗延遲斷裂性能下降。

11、mn：1.50％～2.50％

12、mn的作用主要是擴(kuò)大奧氏體相區(qū)，使得鋅基鍍層熱成形鋼板可以在較低的溫度區(qū)間進(jìn)行熱沖壓，也可以獲得馬氏體組織，同時(shí)固溶強(qiáng)化鋼基體，提高強(qiáng)度。mn含量低于1.50％，鋼的強(qiáng)度較低，且在熱沖壓溫度無(wú)法保持奧氏體狀態(tài)，含量高于2.50％，鋼的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于1800mpa級(jí)的要求。

13、si：0.15％～0.45％

14、si主要是抑制滲碳體出現(xiàn)，保證奧氏體在冷卻過(guò)程中不發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，在較低溫度下存在；同時(shí)固溶強(qiáng)化鋼基體，提高強(qiáng)度。si含量低于0.15％，奧氏體在熱沖壓過(guò)程中的穩(wěn)定性不夠，易于發(fā)生珠光體轉(zhuǎn)變，si含量高于0.45％，在連續(xù)熱浸鍍過(guò)程中會(huì)發(fā)生選擇性氧化，在鋼板表面形成si的氧化物，會(huì)影響鋼的熱浸鍍性能。

15、b≤0.005％，cr：0.15％～0.60％

16、為保證淬透性，添加了ti、cr及b。cr、si、mn元素由于溶質(zhì)拖拽作用，在鋼中擴(kuò)散和遷移較為困難，可以阻止熱沖壓加熱保溫過(guò)程中鍍層液態(tài)zn對(duì)于鋼基體的侵蝕，降低液相脆性，從而提高鋅基鍍層熱成形鋼板的性能。

17、cu≤0.50％

18、添加cu改進(jìn)鋼的耐蝕性能，進(jìn)而阻止h的滲入，提高了鋼的耐延遲斷裂性能。mo、nb的加入，起到強(qiáng)化鋼基體和細(xì)化晶粒的效果；

19、mo≤1.00％，ti：0.02％～0.10％，v≤0.20％，nb：0.02％～0.10％

20、mo、ti、v和nb的加入，可以在鋼中形成tin、tic、nbc、vc等細(xì)小彌散的析出物，在服役過(guò)程中形成氫陷阱，提高鋼的抗延遲斷裂性能。

21、al：0.03％～1.50％

22、al的作用與si類似，與si共同使用效果更好，抑制滲碳體出現(xiàn)，保證低溫奧氏體的穩(wěn)定性，但是al元素會(huì)縮小奧氏體相區(qū)，同時(shí)，al可以與鋼中的n形成aln析出，細(xì)化晶粒，作為永久性氫陷阱，吸附氫原子，提高抗延遲斷裂性能。al：0.03％～1.50％，含量高于1.50％，會(huì)影響奧氏體的低溫穩(wěn)定性，含量低于0.03％，不能夠保證良好的脫氧效果，會(huì)增加鋼中夾雜物含量。

23、鋅基鍍層鋼板鍍層中元素的成分設(shè)計(jì)理由如下：

24、al：0.15％～3.50％

25、al：al的加入可以在鋼板熱成形加熱和保溫的過(guò)程中生成三氧化二鋁覆蓋在鍍層表面，形成保護(hù)層，阻止鍍層的進(jìn)一步氧化。在鍍層與鋼基體的界面上形成fe-al相，該fe-al相的存在會(huì)使得鋼在熱沖壓的加熱、保溫過(guò)程中延緩鋅層液相對(duì)于鋼基體(特別是鋼的晶界)的侵蝕，降低液相脆性，提高鋼的成形性能和彎曲性能。鋁含量低于0.15％，不能夠形成足夠的fe-al抑制層從而保證鍍層粘附性，鋁含量高于3.50％，在表面會(huì)形成較厚的三氧化二鋁覆蓋層，影響后期的涂裝前處理。

26、mg：1.0％～2％

27、mg：mg元素的加入，可以大大提高鍍層的防腐蝕性能，同時(shí)鎂氧化生成的氧化鎂也可以覆蓋在鍍層表面，形成保護(hù)層，阻止鍍層的進(jìn)一步氧化。

28、si：0.05％～0.50％

29、si：si在金屬間化合物層中富集，使得fe、zn原子經(jīng)過(guò)液相通道相互擴(kuò)散受到阻礙，可以形成緊湊的抑制層組織，從而減輕以致消除鍍層對(duì)于鋼基體的液相侵蝕，可以細(xì)化鍍層的組織，提高鍍層性能。

30、ti：0.03％～0.50％

31、ti：ti的加入可以提高鍍層的耐腐蝕性能，另外ti可以形成氧化鈦的保護(hù)膜，該保護(hù)膜與基體結(jié)合力強(qiáng)，保護(hù)性能好，且可以自行修復(fù)破損。同時(shí)加入si和ti，可以生成更加緊致的抑制層，提高鋼板抗液相腐蝕的能力。ti可以與al形成金屬間化合物，提高鍍層的硬度。

32、re：0.01％～0.10％

33、re：提高鍍層的耐腐蝕性能，細(xì)化晶粒，利于鍍層表面形成致密的氧化物薄膜，在熱沖壓過(guò)程中提供防護(hù)。

34、mn：0.5％～3.0％

35、mn：提高鍍層的耐腐蝕性能，細(xì)化晶粒，提高鍍層的硬度。

36、本發(fā)明技術(shù)方案二提供一種抗延遲開(kāi)裂1800mpa級(jí)鋅基鍍層鋼板的制造方法，包括冶煉、鑄造、熱軋、酸洗冷軋、熱浸鍍。

37、熱軋工藝：

38、1220±40℃加熱，保溫180±90分鐘，1100±40℃粗軋，1060±40℃精軋，870±40℃終軋，450～750℃卷取；1220±40℃加熱，保溫180±90分鐘，保證鑄坯成分均勻一致，nb、ti等析出物溶解充分，1100±40℃粗軋，保證充分的變形能力，1060±40℃精軋，保證良好的除磷性能，870±40℃終軋，利于獲得較為均勻細(xì)小的晶粒組織，450～750℃卷取，降低氧化鐵皮的厚度，利于酸洗，形成細(xì)小均勻分布的第二相析出，保證c、mn等元素在鋼中的均勻分布，保證鋼性能的一致性。

39、酸洗冷軋：

40、酸洗徹底清除氧化鐵皮，冷軋壓下率30％～70％，大于70％軋制困難，小于30％晶粒細(xì)化作用不明顯。

41、熱浸鍍工藝：

42、鍍液成分為：al：0.15～3.50％，還可以含有mg：1.0～2％、si：0.05～0.50％、ti：0.03～0.50％、re：0.01～0.10％、mn：0.5～3.0％中的一種或幾種，其余為zn。熱浸鍍加熱溫度控制在750～900℃，鋅鍋溫度為450～520℃。鋼板在加熱的過(guò)程中進(jìn)行預(yù)氧化處理，具體為在600-750℃的溫度區(qū)間，使用氧化性的氣氛(高露點(diǎn)的爐內(nèi)氣氛或者含氧氣的爐內(nèi)氣氛)對(duì)鋼板表面進(jìn)行預(yù)氧化處理，使得鋼板表面生成一層以鐵的氧化物為主的氧化膜，在隨后的加熱及保溫的過(guò)程中還原成活性的鐵，活性的鐵易于同鋅鍋中的鋁元素反應(yīng)生產(chǎn)以鋁鐵為主的合金層。

43、進(jìn)一步地，所述制造方法還包括酸洗、冷軋。

44、本發(fā)明技術(shù)方案三提供一種抗延遲開(kāi)裂1800mpa級(jí)鋅基鍍層鋼板的熱沖壓方法，包括鋼板加熱、鋼板冷卻、熱沖壓。

45、1)鋼板加熱：將鋅基鍍層熱成形鋼板送入加熱爐加熱，加熱與保溫時(shí)間共計(jì)為180秒到600秒，加熱溫度為800～930℃,優(yōu)選850～890℃；加熱時(shí)間低于180秒，鋼板的奧氏體化不充分，同時(shí)鍍層與鋼基體的反應(yīng)不充分，不能全部轉(zhuǎn)化為fe-zn的金屬間化合物，加熱時(shí)間高于600秒，會(huì)造成奧氏體晶粒的粗化，惡化鋼的性能，同時(shí)鍍層中fe-zn的金屬間化合物全部轉(zhuǎn)化為α-fe(zn)固溶體，降低鋼的耐腐蝕性能，形成很厚的α-fe層，會(huì)在很大程度上降低鋼的強(qiáng)度。加熱溫度低于800℃，不能實(shí)現(xiàn)奧氏體化，同時(shí)鍍層的合金化不夠充分，加熱溫度高于930℃，與保溫時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的效果一致。

46、2)鋼板冷卻：鋼板保溫完成后冷卻到熱沖壓溫度開(kāi)始沖壓，冷卻的目標(biāo)溫度范圍為500～850℃，優(yōu)選600～720℃，冷卻速度大于10℃/s；冷卻的目標(biāo)溫度低于500℃，會(huì)造成奧氏體的分解，冷卻的目標(biāo)溫度高于850℃，fe-zn金屬間化合物處于液態(tài)，會(huì)造成液相脆性，720℃以下可以徹底避免這個(gè)問(wèn)題。冷卻速度大于10℃/s的目的在于保證鋼中有奧氏體存在。通過(guò)低溫?zé)釠_壓，控制大部分晶粒之間(80％以上)形成小角度晶界和亞晶界(角度小于20度)，提高晶界的強(qiáng)度，減少沿晶界開(kāi)裂與失效。

47、3)熱沖壓：鋼板冷卻到熱沖壓溫度后立即進(jìn)行熱沖壓，熱沖壓冷卻速度大于15℃/s，冷卻終點(diǎn)溫度控制在120～280℃，優(yōu)選150～220℃。

48、冷卻終點(diǎn)溫度控制在120℃以上，可以在沖壓完成后利用余熱對(duì)零件進(jìn)行時(shí)效處理，在一定程度上改善零件的韌性；冷卻終點(diǎn)溫度控制在280℃以下，原因在于高于280℃，馬氏體的轉(zhuǎn)變不完全，同時(shí)余熱時(shí)效溫度過(guò)高會(huì)降低鋼的強(qiáng)度。

49、進(jìn)一步，所述鋼板加熱過(guò)程中加熱溫度850～890℃；鋼板冷卻過(guò)程中冷卻的目標(biāo)溫度范圍600～720℃；熱沖壓過(guò)程中冷卻終點(diǎn)溫度為150～220℃。

50、本發(fā)明技術(shù)方案四提供抗延遲開(kāi)裂1800mpa級(jí)鋅基鍍層鋼板制得的熱成形部件，部件鋼基組織為96％以上的馬氏體組織，余量為鐵素體+殘余奧氏體+貝氏體組成(殘余奧氏體薄膜(0.5％～1.5％的含量)、鐵素體+貝氏體組織(1.5％～3.5％))，部件表面的微觀組織共有四層(從表面到鋼基體依次為)，第1層為表面氧化物層：氧化鋁+氧化鋅+氧化鐵+氧化錳等氧化物；第2層為鐵鋅金屬間化合物層(如fe3zn10等)；第3層，α-fe(zn)固溶體層，zn含量大于5％，厚度范圍為10um～50um，第4層為鋼基體層。

51、第二層金屬間化合物和第三層α-fe(zn)固溶體層均會(huì)優(yōu)先基體發(fā)生電化學(xué)腐蝕，對(duì)基體起到陰極保護(hù)作用。α-fe(zn)固溶體層具有良好的塑性與韌性，可以減少以至消除微裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展，提高產(chǎn)品的韌性。

52、本發(fā)明有益效果在于：

53、本發(fā)明通過(guò)高錳、高硅的元素成分設(shè)計(jì)，避免先共晶鐵素體和珠光體的產(chǎn)生，提高鋼基體的強(qiáng)度和韌性，同時(shí)加入微合金元素，細(xì)化晶粒。工藝上，采用低溫加熱低溫變形的熱沖壓工藝，控制大部分晶粒之間(80％以上)形成小角度晶界和亞晶界(角度小于20度)，提高晶界的強(qiáng)度，減少沿晶界開(kāi)裂與失效。

54、1.本發(fā)明提供的一種熱成形用鋅基鍍層鋼板的熱成形部件，在熱壓成形后，部件的屈服強(qiáng)度大于1200mpa，抗拉強(qiáng)度大于1800mpa，伸長(zhǎng)率大于6％，抗延遲斷裂性能優(yōu)良。

55、2.鍍層完全轉(zhuǎn)變成鐵合金層，沒(méi)有鍍層蒸發(fā)現(xiàn)象，沒(méi)有液相侵蝕現(xiàn)象，無(wú)硬質(zhì)的fe-al金屬間化合物。

56、3.熱成形部件的基體組織為馬氏體+鐵素體+貝氏體+殘余奧氏體，殘余奧氏體薄膜(0.5％～1.5％的含量)、鐵素體+貝氏體組織(1.5％～2.5％)。

57、4.熱沖壓后的鋼板可以滿足四點(diǎn)彎曲120小時(shí)不開(kāi)裂的要求(ph值為1的鹽酸溶液中)。