一種熱壓成型用鍍鋁矽鋼板及其製造方法
2023-06-15 13:32:41
專利名稱：一種熱壓成型用鍍鋁矽鋼板及其製造方法
技術領域：
本發明屬於帶鋼連續熱浸鍍領域，特別涉及一種熱壓成型用鍍鋁矽鋼板及其製造方法。
背景技術：
目前高強鋼板及其鍍鋅產品雖已大幅提高了鋼板產品的使用強度及壽命，但都難以保證更高強度鋼板的良好成型性，如強度不低於1500MPa的超強鋼板，並且生產エ藝難以解決形狀固定性的問題。為解決更高強度鋼板的成型問題，ー種高溫下的成型エ藝引起廣泛關注，該エ藝可很好的協調高強度和高成型性。公開號JP2000-234153公開了ー種在加熱的同時形成鋼板並利用成型期間產生的熱量來增加強度的エ藝，其目的是通過適當控制鋼中的組分，在鐵氧的溫度範圍內加熱鋼板，並在該溫度範圍內利用沉澱強化增加強度，但其強度提高的幅度有限。公開號JP2000-87183中提出了ー種高強度鋼板，其中在成型溫度下的屈服強度遠低於室溫屈服強度，這使其壓製成型精度大大提高。
為更大幅度提高板材強度，目前多採用高溫熱壓成型エ藝，該エ藝通過將鋼板在不低於800°C的高溫下成型，並在成型後快速冷卻，從而解決高強鋼板成型問題。然而，高溫成型過程一般在大氣環境下進行，這使鋼板表面容易產生氧化物，這些氧化物在後序エ序中需要去處,使エ藝成本和難度增加。為解決鋼板高溫成型過程中易氧化，並增加熱壓成型鋼板的抗腐蝕性能，塗鍍エ藝在熱壓成型鋼中越來越得到重視。鋁鍍層表面易形成緻密的氧化鋁膜，耐蝕性能優異，且鋁的熔點較高，在高溫下鐵元素能夠快速擴散到鋁鍍層中形成高熔點的金屬間化合物Fe-Al相，避免高溫下鋁鍍層的液化，最終形成穩定的超高強度的鍍鋁熱壓成型鋼。鋼板表面鍍鋁方法很多，對於大批量的板帶連續生產エ藝來說，熱浸鍍最為適合，熱浸鍍鋁エ藝及鍍後性能研究也成為近年來關注的焦點。熱鍍鋁鋼板具有多種優異性能1、耐高溫性2、熱反射性3、機械強度4、耐蝕性5、生態特性。塗層具有持久的光澤、更優秀的耐蝕性和抗風化性性能。近年來鍍鋁板的應用範圍日益擴大，並可以和不鏽鋼媲美，且其價格僅為不鏽鋼的三分之一左右，被廣泛用於汽車、家電、建築、エ業等領域。儘管熱鍍鋁板具有諸多優點，但在目前生產過程中仍存在漏鍍，鍍後鋁合金層脆性剝落等問題。熱壓成型鋼板需要高溫成型，溫度均在800°C以上，這使基板中Fe元素在短時間內擴散至表面使鋁層變為金屬間化合物，該層硬而脆，受彎曲力時易產生裂縫並以粉末狀剝離，尤其在熱壓過程中，剝落的鍍層易粘附於模具上，在壓制期間產生疤痕。鍍層產生裂縫使鋼基板暴露，特別是噴漆之後的耐蝕性能大幅降低。公開號CN 1531604A中採用鍍液中加入少量合金元素，如Mn、Cr等元素，使Fe-Al-合金體系鍍層具有優異的噴漆後耐腐蝕性。鍍鋁層的電勢高於鋼基板，一旦基板暴露，鋼的腐蝕即從裂縫開始，鍍層中加入少量合金元素(Mn、Cr、Zn、Mg等)能夠起到控制合金層電勢的作用，使鍍層電勢接近或低於鋼基板，從而提聞鋼板的耐蝕性能。隨著對鋼板超高強度要求的提高，鋼中合金元素的種類和成分也是日益更新，對於熱壓成型鋼，合金元素較為複雜，含量範圍變化波動較大，這也對熱鍍エ藝提出了嚴峻考驗。很多合金元素經過各種エ序後暴露於基板表面，並與空氣中氧作用形成氧化物，基板表面部分合金元素氧化物的還原溫度較高，如Si、Mn等，因此在熱浸鍍前鋼板表面往往仍殘留有氧化物，結果導致熱浸鍍後，表面出現漏鍍等不良缺陷。熱鍍鋁產品一般分為Al-Si鍍層和純Al鍍層，前者稱為II型鍍層，後者稱為I鍍層。熱鍍鋁エ藝過程中，鍍層與基板之間往往存在ー個過渡層，過渡層一般為Fe和Al的金屬間化合物，屬脆性相。Si的存在可使界面形成Al-Si-Fe相，起到阻止Fe元素過量擴散，減小Fe-Al層厚度的作用，而且Si可提高 基板的侵潤性，改善鋁鍋鍍液的流動性。公開號CN 101709447A和美國專利US 3841894(A)中均公開了含有一定量Si (質量百分比7% 12%)的熱鍍Al-Si鍍層。對於熱壓成型用鍍鋁矽鋼板而言，板材需在800°C以上進行保溫成型エ藝，這要求鍍層本身既具有較高的耐熱性，又要有良好的成型性能，而現有的鋁矽鍍層產品在800°C以上進行熱壓成型時，往往出現鍍層液化、剝落、粘附模具等不良現象，這可能是鍍液中Si含量較高，鍍層和基板間的Al-Si-Fe相較為緻密，幾乎完全阻擋了 Fe的擴散所致。而純Al板在熱壓成型前由於缺少Al-Si-Fe相的阻擋，Al-Fe脆性合金層較厚，成型過程中大變形區的鍍層易從界面處斷裂，導致鍍層剝落，基板暴露。對於熱壓成型用鍍鋁矽鋼板，在800°C以上保溫和成型過程中希望有一定量的Fe元素擴散到鍍層表面，這樣既通過鍍層中形成金屬合金相來提高鍍層熔點，増加耐熱性，又能使鍍層力學性能接近鋼基板，減少由於鍍層和基板之間力學性能差異過大帶來的殘餘應カ影響，避免成型過程中和成型後出現鍍層剝落；鍍層在熱成型時發生的合金化過程也可大大提高其耐蝕性。總之，由於熱壓成型用鍍鋁矽鋼板的特殊性，對現有的熱鍍エ藝、鍍液成分、鍍後冷卻及熱壓成型エ藝等都有許多需要改進的地方。
發明內容
為了克服上述現有技術的缺點，本發明所要解決的技術問題是提供一種熱壓成型用鍍鋁矽鋼板，及適合於採用板帶連續熱浸鍍エ藝生產的方法，該鋼板應具有較高的耐蝕性、耐熱性、高溫成型性能穩定，具有超高強度，成型後表面平整度好、組織均勻。本發明採用的熱壓成型用鍍鋁矽鋼板鋼板，包括鋼板，鋼板表面鍍有Al-Si鍍層，其中鍍層中按質量百分比Al含量96% 98%，Si含量I. 3% 3.8%，稀土含量O. 1%
0.3%，鍍層中的合金層厚度< 5 μ m，合金層中的Si含量控制在為3% 6%。所述的鍍層厚度為20 50 μ m。所述的鋼基板的化學成分為(質量百分含量)C :0.08% 0.3%，Si :0· 10%
1.5 %，Mn :0· 2 % 3. O %，P :彡 O. 010 %，S :彡 O. 004 %，Al :0· 016 % O. 040 %，Cr :O. 1% O. 9%，Ti :0· 01% O. 2%，B :0· 0001% O. 005%,N O. 005%，餘量為 Fe 和不
可避免的雜質。熱壓成型用鍍鋁矽鋼板的製造方法包括退火、熱浸鍍和快速冷卻エ藝，其特徵在幹鋼板在連續熱鍍線上首先採用NOF爐進行預氧化處理，氧化氣氛為煤氣或天然氣與空氣的混合氣氛，空氣過剩係數為O. 8 I. 2，或採用體積百分比5% Η2+Ν2+Η20，其中露點控制為-10 +30°C ;預氧化處理中加熱速度為30 80°C /s，加熱終了溫度為600 700°C ；還原爐內氣氛按體積百分含量為H2 :20% 50%，餘量為N2 ;爐內露點控制在-20 -60°C ;退火溫度為800 850°C ；鋁鍋中的鍍液化學成分按質量百分比為A1 :97% 98%，Si :1% 3%，稀土 O. 12% O. 3%，餘量為Fe元素及不可避免的雜質；鍍液溫度為680 750°C ；鋼板入鍋溫度為650 750°C，浸鍍時間為2 5s ;鋼板從鋁鍋引出後到鋁矽合金凝固點之間以> 1200C /s進行快速冷以控制合金層的生長；然後再以30 100°C /s的速度冷卻到420 480°C，以控制鋼基體中碳的析出， 然後在350 450°C之間進行10 300s的過時效退火處理。本發明中熱浸鍍鋁矽合金鍍層成分控制及エ藝控制原理如下在熱浸鍍過程中，Al較活潑，與基體中的Fe擴散反應形成較厚的Fe2Al5脆性金屬間相，Fe2Al5過厚時，成型過程中合金層易碎裂，致使鍍層成片剝落，造成基板暴露，進而氧化，鋼板的耐蝕性嚴重下降。本發明中的鍍鋁鋼帶鍍層選為Al-Si合金，Al液中添加Si元素，能在鋼帶表面形成Fe-Al-Si抑制層，有效地阻礙脆性金屬間相Fe2A15的形成，提高鍍層與基體的結合強度，而且Si可以改善鍍液流動性，增加鍍液對鋼板的侵潤性。Si含量過大，易使Fe-Al-Si抑制層過厚，在隨後的熱壓成型過程中不利於鍍層的合金化，使鍍層與基板間的力學性能差異過大，尤其成型後，鍍層和基板之間殘餘應カ較大，易造成應カ腐蝕等缺陷。本發明中根據以上情況將鍍鋁液中的Si含量控制在I 3%。為彌補Si含量較少，無法保證鍍液流動性的缺陷，本發明中適當在鍍液中加入稀土元素，主要以Ce元素為主，也可加入La，或二者混合加入，本發明中的加入量為O. 1% O. 3%。稀土元素可有效改善鍍層表面質量，一般以單質形式存在於鍍層之中，試驗證明，稀土可大大提高鍍液的流動性，降低表面張カ,提高鍍液對基板的侵潤性。由於本發明中合金元素較多，且Si和Mn元素含量較普通熱鍍鋅板高，且Si和Mn的氧化物難以還原，儘管相對於鋼中Fe元素Si和Mn的含量很低，但板材長期放置於空氣中時，合金元素易擴散至鋼板表面與空氣中氧反應形成氧化物，合金元素氧化物的形成伴隨著體積膨脹，從而導致合金元素氧化物薄膜大面積覆蓋於鋼板表面，且SiO和MnO等氧化物的還原溫度極高，難以在現有生產線上完全還原，氧化物與AlSi合金鍍層的結合力很差，最終使鍍層鋼板存在大面漏鍍現象。為解決此類問題，在鋼板進入還原氣氛爐前進行預氧化，使鋼板表面完全氧化，由於鋼板以Fe為基材，氧化鐵的形成可以抑制合金元素的表面擴散，並且伴隨Fe元素氧化時的體積擴散效應使鋼板表面主要覆蓋的薄膜為氧化鐵膜，氧化鐵的還原溫度較低，在現有生產線完全可以實現，使鋼板出還原爐後表面以海綿狀純鐵為主，降低了熱鍍鋁矽鍍層的難度，保證了鍍層質量。即使增加預氧化爐，基板在進入退火爐時，表面仍存在少量合金元素氧化物，因此本發明中將爐內露點控制到較低，以增強鋼板表面的還原性。降低露點更有益於鋼板表面的還原，尤其對於鋼板表面殘留的合金氧化物，這可以從以下簡化反應式中看出MeCHH2 — H20+MeMe表示合金元素
可見降低爐內露點，能夠促使上述反應式向右進行，促進了合金元素的還原效果。與熱鍍鋅中爐內的H2含量不同，熱浸鍍鋁矽吋，爐內保護氣體中H2含量較高，本發明中一般控制在35%左右，此外，爐鼻處的氫氣含量對鋼帶同鋁液的浸潤性影響較大。氫氣濃度在IOOOppm以下時，鋁液對鋼帶的浸潤性最好，超過IOOOppm以上，其浸潤性急劇下降，因此，氫氣含量不宜過高。鋼帶從爐鼻處出來後進入鋁鍋，如果鋁液的溫度較高，鋁會加速與基體的鐵反應，形成較厚的合金層，對鍍層的結合力造成不利影響。鋁液的溫度過低，則其流動性差，鋁層厚度控制較為困難。同時，溫度降低會讓鋁液中溶解的Fe元素以金屬間化合物FeAl3的形 式析出，這些固體小顆粒最終會附著於鍍層表面，影響表面質量。由此可見，鋁液溫度應以確保鋁液能保持有效控制鍍層厚度的那種流動性的最低溫度為宜，本發明中鋁鍋溫度控制在 680 750°C。鍍鋁鋼帶從鋁鍋引出來並經氣刀調整鍍層厚度以後即開始冷卻階段。鍍鋁鋼帶的冷卻制度對鍍鋁鋼帶的外觀及其力學性能有重要的影響。鋼帶從鋁鍋出來後，鍍層性能要求快速冷卻到400°C以下，以減少合金層的長大。為此本發明中採用兩段冷卻和短時間的過時效處理。鋼帶從鋁鍋引出後到其凝固點(約600°C)之間進行急冷，以控制合金層的生長。然後再以30 100°C /s的速度冷卻到420°C 480°C，以控制鋼基體中碳的析出，然後在350 450°C之間進行短時間的過時效退火處理。本發明熱壓成型用熱鍍鋁矽鋼板及其製造方法，通過改善鋁液成分等手段製備出表面質量合格的熱壓成型用鍍鋁矽鋼板。解決了含有多合金元素，尤其是Si含量較高時(^0.3%)鋼板的熱浸鍍問題，熱鍍後鋁矽鍍層鋼板能夠滿足熱壓成型エ藝要求，熱成形後鋼板表面質量良好，具有較高的耐蝕性和耐熱性，並滿足超高強度用鋼。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
對本發明進ー步說明實施例I :鋼板的化學成份為(質量百分含量)C:0.21%，Si 0. 40%, Mn 0. 8%, P O. 007%, S 0. 002%, Al :0. 016%, Cr :0. 3%, Ti :0. 03%, B :0. 005%, N :0. 003%，餘量為
Fe和不可避免的雜質。鋼板在預氧化爐中加熱速度40°C/S，終了溫度控制為600°C，氣氛為煤氣+空氣的混合氣氛，過剩係數為O. 9。還原爐內保護氣氛含量為(體積百分含量):H2 :40%，餘量為N2。熱鍍鋁鍋中的鍍液化學成分為Al :98% 99%;Si :0. 8%，Ce :0. 3%，餘量為不可避免的Fe元素等雜質。爐內露點控制在-30°C。退火溫度為850°C，鍍液溫度為720°C。板帶入鍋溫度為680°C，浸鍍時間為4s。鋼帶從鋁鍋引出後到其凝固點(約600°C)之間進行急冷，冷卻速度120°C/s。然後再以80°C /s的速度冷卻到450°C，以控制鋼基體中碳的析出，然後在380°C之間進行過時效退火處理，時效時間100s。Al-Si鍍層中Al含量97. 2%，Si含量I. 52%，稀土含量O. 13%，合金層厚度4·6μπι，合金層中的Si含量為3. 38%。鍍層與鋼板結合良好，冷彎180度不脫落，鍍層表面質量良好，能夠達到FA表面質量要求。實施例2 鋼板的化學成份為(質量百分含量)C 0. 14%, Si 0. 24%, Mn 0. 5%, P O. 007%, S 0. 002%, Al :0. 016%, Cr :0. 23%, Ti :0. 02%, B :0. 005%, N 0. 003%，餘量為
Fe和不可避免的雜質。鋼板在預氧化爐中加熱速度60°C /s，終了溫度控制為650°C，氣氛為煤氣+空氣的混合氣氛，空氣過剩係數為I. I。 熱鍍鋁鍋中的鍍液化學成分為Al :97% 98% ；Si 2%, Ce :0. 25%，餘量為不可避免的Fe元素等雜質。還原爐內保護氣氛含量為(體積百分含量)H2 :30%，餘量為N2。爐內露點控制在-40°C。退火溫度為800°C，鍍液溫度為700°C。板帶入鍋溫度為680°C，浸鍍時間為3s。鋼帶從鋁鍋引出後到其凝固點(約600°C)之間進行急冷，冷卻速度160°C/s。然後再以50°C/s的速度冷卻到450°C，以控制鋼基體中碳的析出，然後在380°C之間進行短時間的過時效退火處理，時效時間200s。Al-Si鍍層中Al含量96. 6%，Si含量3. 2%，稀土含量O. 2%，合金層厚度3. 8 μ m，合金層中的Si含量控制在為5. 7%。鍍層與鋼板結合良好，冷彎180度不脫落，鍍層表面質量良好，能夠達到FA表面質量要求。實施例3 鋼板的化學成份為(質量百分含量)C:0.22%，Si 0.4%, Mn 1. 2 %, P O. 007%, S 0. 002%, Al :0. 016%, Cr :0. 5%, Ti :0. 02%, B :0. 005%, N :0. 003%，餘量為
Fe和不可避免的雜質。鋼板在預氧化爐中加熱速度70V /s，終了溫度控制為700°C，氣氛為體積百分比5% Η2+Ν2+Η20，露點控制為 +30°C。熱鍍鋁鍋中的鍍液化學成分為Al :97% 98% ；Si 2%, Ce+La :0. 2%，餘量為不可避免的Fe元素等雜質。還原爐內保護氣氛含量為(體積百分含量)H2 :50%,餘量為N2。爐內露點控制在-40°C。退火溫度為850°C，鍍液溫度為750°C。板帶入鍋溫度為730°C，浸鍍時間為3s。鋼帶從鋁鍋引出後到其凝固點(約600°C)之間進行急冷，冷卻速度180°C/s。然後再以80°C /s的速度冷卻到450°C，以控制鋼基體中碳的析出，然後在350°C之間進行短時間的過時效退火處理，時效時間200s。Al-Si鍍層中Al含量96. 8 %，Si含量2.9%，稀土含量0.3%，合金層厚度3. 2 μ m，合金層中的Si含量控制在為5.9%。鍍層與鋼板結合良好，冷彎180度不脫落，鍍層表面質量良好，能夠達到FA表面質量要求。
權利要求
1.一種熱壓成型用鍍鋁矽鋼板，包括鋼板，其特徵在於鋼板表面鍍有Al-Si鍍層，其中鍍層中按質量百分比Al含量96% 98% ,Si含量I. 3% 3.8%，稀土含量O. 1% O. 3%,鍍層中的合金層厚度< 5 μ m,合金層中的Si含量控制在為
2.根據權利要求I所述熱壓成型用鍍鋁矽鋼板，其特徵在於鍍層厚度為20 50μ m。
3.根據權利要求I所述熱壓成型用鍍鋁矽鋼板，其特徵在於鋼板的化學成分按質量百分含量為C :0· 08% O. 3%，Si :0· 10% I. 5%，Mn :0· 2% 3· 0%，P :彡 O. 010%，S :^ O. 004%,Al :0.016% O. 040%, Cr 0. 1% 0.9%，Ti :0. 01% O. 2%，B :0. 0001% O. 005%, N O. 005%，餘量為Fe和不可避免的雜質。
4.一種根據權利要求I 3所述的熱壓成型用鍍鋁矽鋼板的製造方法，包括退火、熱浸鍍和快速冷卻工藝，其特徵在於鋼板在連續熱鍍線上首先採用NOF爐進行預氧化處理，氧 化氣氛為煤氣或天然氣與空氣的混合氣氛，空氣過剩係數為O. 8 I. 2，或採用體積百分比5% Η2+Ν2+Η20，其中露點控制為-10 +30°C;預氧化處理中加熱速度為30 80°C /s，加熱終了溫度為600 700°C ； 還原爐內氣氛按體積百分含量為H2 :2 O % 5 O %，餘量為N2 ;爐內露點控制在-20 -60°C ;退火溫度為800 850°C ； 鋁鍋中的鍍液化學成分按質量百分比為=Al :97% 98%，Si :1 % 3%，稀土 O. 12% O. 3%，餘量為Fe元素及不可避免的雜質；鍍液溫度為680°C 750°C ； 鋼板入鍋溫度為650 750°C，浸鍍時間為2 5s ; 鋼板從鋁鍋引出後到鋁矽合金凝固點之間以> 120°C /s進行快速冷以控制合金層的生長；然後再以30 100°C /s的速度冷卻到420 480°C，以控制鋼基體中碳的析出，然後在350 450°C之間進行10 300s的過時效退火處理。
全文摘要
本發明公開了一種熱壓成型用鍍鋁矽鋼板及其製造方法，鋼板表面鍍有Al-Si鍍層，其中鍍層中按質量百分比Al含量96％～98％，Si含量1.3％～3.8％，稀土含量0.1％～0.3％，合金層厚度≤5μm，合金層中的Si含量控制在為3％～6％。鋼板先採用NOF爐進行預氧化處理；還原爐內氣氛H220％～50％，餘量為N2；爐內露點控制在-20℃～-60℃；退火溫度為800℃～850℃；鍍液溫度為680℃～750℃；鋼板入鍋溫度為650℃～750℃，浸鍍時間為2s～5s；鋼板從鋁鍋引出後到鋁矽合金凝固點之間以≥120℃/s進行快速冷；然後再以30～100℃/s的速度冷卻到420℃～480℃，然後在350～450℃之間進行10s～300s的過時效退火處理。
文檔編號C21D1/26GK102851629SQ20111017992
公開日2013年1月2日 申請日期2011年6月28日 優先權日2011年6月28日
發明者楊洪剛, 李鋒, 呂家舜 申請人:鞍鋼股份有限公司