一種熱鍍鋅溫成形高強度中錳鋼件的制備方法與流程

本發明屬于高強度汽車用鋼板技術領域，尤其涉及一種熱鍍鋅溫成形高強度中錳鋼件的制備方法。

背景技術：

汽車零件在要求輕量化、節能、降耗、提高碰撞安全性的同時，還要求具有良好的抗腐蝕性能。通常地，未鍍層鋼板在沒有真空或氣體保護的環境下進行高溫熱處理、轉運、成形的過程中會產生表面氧化現象。針對車用高強鋼溫熱成形工藝，通常其沖壓、淬火處理是暴露在空氣中進行，氧化現象很難避免，結果導致鋼件表面性能失效，而產生的氧化皮又嚴重影響了模具的使用壽命。當前，熱鍍鋅是汽車零件防腐性能提升較為成熟、有效的技術手段，其廣泛地應用于高強IF鋼、烘烤硬化鋼、雙相鋼、TRIP鋼、復相鋼、Q&P鋼、TWIP鋼等，還應用在熱成形所需的硼鋼中。

以中錳鋼為代表之一的第三代汽車鋼問世，為汽車輕量化和安全性的提升帶來了希望，尤其是董瀚教授團隊提出了溫成形中錳鋼技術，并已成功在某款車上進行應用。與22MnB5鋼相比，溫成形中錳鋼的優勢表現在：①較低的奧氏體化加熱溫度；②較低的成形溫度；③更寬的過冷奧氏體區域，使得降溫過程很難出現貝氏體等其他組織，據報道：降溫過程即使歷經1000s，也很難生成貝氏體組織；④更寬的冷卻速率選擇范圍，可以靈活選取多種冷卻方式，包括水冷、模冷或空冷等。

關于熱鍍鋅技術，傳統工藝主要流程是將熱處理、軋制之后的鋼板，經過去氧化皮、去油脂等處理，保持潔凈狀態進入鍍液中。在500℃左右的恒溫鍍鋅槽中進行加熱、浸鍍工序步驟，從而導致鋼板不可避免地進行二次加熱，而且對于熱成形工藝來說，在板材奧氏體化升溫過程中由于其具有涂層，使得板材加熱效率受到了影響，影響了制造工藝的節能需求。

技術實現要素：

根據上述提出的傳統熱鍍鋅工藝中存在的二次加熱處理和后續成形過程中涂層影響板材奧氏體化加熱效率等技術問題，而提供一種將熱鍍鋅和溫成形工藝結合，制備高強度中錳鋼件的制備方法。本發明主要是利用中錳鋼具有較寬的過冷奧氏體穩定區域特征，能夠在降溫過程中引入熱鍍鋅技術，使得待用鋼件在成形前完成鍍層處理，簡化熱鍍鋅工藝流程，省去了板材在傳統熱鍍鋅流程中的二次加熱處理，提高了效率；又節省了能源消耗。

本發明采用的技術手段如下：

一種熱鍍鋅溫成形高強度中錳鋼件的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、選取中錳鋼板為待用鋼件，所述中錳鋼板的化學成分重量百分比為：C：0.05-0.50％；Mn：4.0-6.0％；Al：0.015-0.060％；P≤0.015％；S≤0.02％，余下為Fe及不可避免的雜質；

S2、將待用鋼件加熱至奧氏體化溫度，升溫速率不低于10℃/s，加熱溫度在750℃-850℃之間，保溫3-5分鐘；

S3、將待用鋼件在充滿保護氣體的冷卻腔內降溫到500℃，然后投入到恒溫鍍鋅槽中，槽中溫度在480℃～500℃，保溫5s～60s；

S4、鍍鋅結束后將待用鋼件在轉運到模具的過程中進行熱烘干處理，然后置于模具上溫成形并淬火至室溫，得到具有預設形狀和鍍鋅層的高強度中錳鋼件。

進一步地，所述步驟S1中，在所述中錳鋼板的化學成分的基礎上加入重量百分比如下的一種或多種元素：Ni：0.1-3.0％；Cr：0.2-3.0％；Mo：0.1-0.8％；Cu：0.5-2.0％；B：0.0005-0.005％；Nb：0.02-0.10％；[N]：0.002-0.25％；Ti：0.05-0.25％；V：0.02-0.25％；Re：0.002-0.005％；Ca：0.005-0.03％。

進一步地，所述步驟S2中，待用鋼件在真空加熱爐中加熱防止氧化。

進一步地，所述步驟S4中，溫成形溫度不低于馬氏體相變M_s點以上30℃，冷卻速率不低于10℃/s。

較現有技術相比，本發明科學地利用溫成形處理中對奧氏體化中錳鋼的降溫過程，將熱鍍鋅和溫成形結合，與本領域之前已經公開的技術手段的區別是：

(1)將經過冶煉、熱軋、冷軋的中錳鋼板提前進行除銹、去油脂處理，并在真空加熱爐中進行加熱，奧氏體化保溫，接著以氮氣或氬氣為保護氣體的冷卻腔內進行冷卻，隔絕空氣，這樣既可以保證淬火過程中足夠的冷卻速度，又避免了板材表面氧化皮或雜質的產生，獲得表面清潔度較好的待用鋼件，有利于提高鍍層與基體的附著性；

(2)待用鋼件在降溫過程中選取適于熱鍍鋅的溫度范圍，將鋼件放入其中進行恒溫鍍鋅，本發明通過改進以往的工藝流程，將熱鍍鋅融入到溫成形過程中，最終成形冷卻后獲得具有形狀的高強度鍍鋅中錳鋼件，簡化工藝流程，省去了板材在傳統熱鍍鋅流程中的二次加熱處理，提高了效率；同時，避免了傳統溫熱工藝中因涂層存在而影響板材奧氏體化的加熱效率；

(3)通過力學性能測試表明，得到的鍍鋅中錳鋼件具有超高強度、較高延伸率(抗拉強度不低于1200MPa，屈服強度不低于800MPa，延伸率不低于10％)，并且經鍍層保護后，成形鋼件沒有明顯的氧化現象。

綜上，本發明提出的熱鍍鋅溫成形高強度中錳鋼件的制備方法，實現了溫成形與熱鍍鋅處理同時完成的復合工藝，極大程度地簡化了生產流程，提高了效率，保證了中錳鋼獲得優異的力學性能和防氧化目的，節省了能源，對實際的生產實踐有重大意義。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖做以簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發明的工藝流程圖。

圖2是溫成形后中錳鋼件的應力-應變曲線。

圖3是溫成形后中錳鋼件的表面微觀形貌。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

一種熱鍍鋅溫成形高強度中錳鋼件的制備方法，包括如下步驟(如圖1所示)：

S1、選取經過冶煉、熱軋、冷軋的中錳鋼板提前進行除銹、去油脂處理作為待用鋼件，所述中錳鋼板的化學成分重量百分比為：C：0.05-0.50％；Mn：4.0-6.0％；Al：0.015-0.060％；P≤0.015％；S≤0.02％，余下為Fe及不可避免的雜質；在所述中錳鋼板的化學成分的基礎上加入重量百分比如下的一種或多種元素：Ni：0.1-3.0％；Cr：0.2-3.0％；Mo：0.1-0.8％；Cu：0.5-2.0％；B：0.0005-0.005％；Nb：0.02-0.10％；[N]：0.002-0.25％；Ti：0.05-0.25％；V：0.02-0.25％；Re：0.002-0.005％；Ca：0.005-0.03％；

S2、將待用鋼件在真空加熱爐中加熱至奧氏體化溫度，避免加熱過程中待用鋼件氧化，升溫速率不低于10℃/s，加熱溫度在750℃-850℃之間，保溫3-5分鐘；

S3、將待用鋼件在充滿保護氣體的冷卻腔內降溫到500℃，在具有保護氣體的冷卻腔內降溫，避免降溫過程中產生氧化皮，影響鍍鋅效果，然后投入到恒溫鍍鋅槽中，槽中溫度在480℃～500℃，保溫5s～60s；

S4、鍍鋅結束后將待用鋼件在轉運到模具的過程中進行熱烘干處理，然后置于模具上溫成形并淬火，溫成形溫度不低于馬氏體相變M_s點以上30℃，淬火至室溫，冷卻速率不低于10℃/s，得到具有預設形狀和鍍鋅層的高強度中錳鋼件。

實施例1

選取中錳鋼件化學成分重量百分比為：C：0.1％；Mn：5.0％；Al：0.06％；P：0.013％；S：0.01％，余下為Fe及不可避免的雜質；根據已有的CCT曲線可知，該高強鋼M_s點在310℃左右。

制備方法包括如下步驟：

S1、將上述成分的中錳鋼板制成待用鋼件；

S2、將待用鋼件在真空加熱爐內加熱到850℃，保溫4分鐘；在保護氣體為氮氣的冷卻腔中，以20℃/s降溫速率將鋼件冷卻到500℃；

S3、將待用鋼件投入到恒溫鍍鋅槽中，槽中溫度為500℃，保溫50s；

S4、鍍鋅結束后，將待用鋼件進行熱烘干并轉運到模具上，經紅外測溫儀得知，鋼件成形溫度在400℃左右，鋼件在模具上沖壓、淬火，獲得具有預設形狀的鍍鋅高強度中錳鋼件。

將上述工藝下制得的鋼件制成單軸拉伸樣件，進行標準拉伸試驗，獲得室溫下應力-應變關系，進而得出力學性能。應力-應變關系曲線如圖2所示，抗拉強度達到1348MPa，屈服強度達到855MPa，延伸率約為10.9％，得到的鍍鋅中錳鋼件具有超高強度、較高延伸率。另外，對樣件進行橫截面微觀結構表征，如圖3所示，可以看出，經熱鍍鋅溫成形后的中錳鋼件表面未出現氧化層，而且其內部生成了細化的馬氏體組織結構。

最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明各實施例技術方案的范圍。