预防镀锌热成形钢液态金属致脆的亚临界合金化加热方法与流程

本发明涉及热成形，具体涉及一种预防镀锌热成形钢液态金属致脆的亚临界合金化加热方法。

背景技术：

1、随着汽车行业对轻量化和安全性能的要求不断提高，超高强度钢板在车辆结构件制造中得到广泛应用。然而，传统的超高强度钢板在冷加工时存在易开裂、回弹量大等问题，影响其使用效果。为了解决这些问题，热冲压成形技术应运而生，能够有效避免上述缺陷，提高零件的精度和强度。

2、在热冲压成形过程中，钢板表面容易发生氧化和脱碳，因此需要在其表面涂覆耐腐蚀性良好的镀层。热镀锌板（gi钢板）因其优异的耐腐蚀性、耐热性、涂装性和焊接性而备受关注，然而，在传统的直接热冲压工艺中，板料在奥氏体化温度下，镀层中仍存在未固化的液态锌，在后续冲压的拉应力作用下，液态锌极易沿脆弱的奥氏体晶界向内部渗透，引发液态锌脆（lime）问题，影响成形后零件的组织性能。

3、为了防止镀锌板热冲压过程中的lime问题，现有常见主流技术有间接热冲压成形、出炉吹风预冷后成形、模具热浴成形等。

4、间接热冲压成形是指先通过冷冲压的方式将零件成形，随后将整个零件输送至加热炉中进行奥氏体化过程，最后在模具中冷却淬火实现马氏体转化，从而得到高强度零件。因为成形已经完成，所以及时后续加热过程中有液态zn，而淬火过程中并无成形应力，因此液态zn也不会侵入基体，从而达到防止lime裂纹的目的；但是增加了冷成形工序，额外增加了制造成本，而且冷态下材料成形能力有限，难以成形复杂零部件，使其应用场景受到极大限制。

5、出炉吹风预冷是指加热完成后，在炉口布置吹风单元，迅速将液态zn冷却至固态或者半固态，在成形时缺少流动性液态zn，从而达到防止lime的目的；但同样需要对加热炉进行设备改造，额外增加吹风单元，同时需要在出炉后停留吹风预冷，延长了生产节拍，增加了制造成本，且针对具有不同厚度和不同强度的坯料，特别是带补丁的坯料，难以保证温度的均匀性，最终导致零件局部性能不合格以及尺寸超差。

6、模具热浴成形是指将成形模具下模浸泡在热水中，坯料出炉后，迅速与热水发生冷却反应，从而将表面液态zn冷却至固态或者半固态，从而防止lime裂纹。但需要模具增加额外的储水和加热装置，生产过程中需持续进行补水和加热，增加了生产成本，坯料进入水箱后冷却速率较大，易发生翘曲行为从而导致最终零件尺寸超差，生产过程中的高温水蒸气会对压力机和机械手等高精密电气设备造成影响导致停机等异常，水箱中水溶液包含了氧化锌等金属物，需要进行相应的环保处理。

7、因此，研究开发一种预防镀锌热成形钢液态金属致脆的亚临界合金化加热方法具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术中的不足，提供一种预防镀锌热成形钢液态金属致脆的亚临界合金化加热方法，首先采用预合金化处理，之后采用分段阶梯式加热控制方式，在奥氏体相变前设置特定温度区间的原位合金化平台，在进入压机前彻底消除纯液相锌，从物理通道上根除微裂纹的萌生条件，防止lime裂纹。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种预防镀锌热成形钢液态金属致脆的亚临界合金化加热方法，包括如下步骤：

3、首先对锌基镀层材料进行预合金化处理，在520-620℃下保温60-170s；之后将预合金化的锌基镀层的热成形钢板料送入加热炉，依次经过快速升温阶段、亚临界合金化阶段和高温奥氏体化阶段；

4、其中，在快速升温阶段板料升温至620-670℃；在亚临界合金化阶段板料温度稳定在650℃-ac1，锌基镀层中的zn与热成形钢基体中的fe发生扩散反应，形成fe-zn合金化层；在高温奥氏体化阶段，板料升温至ac3以上完成奥氏体化。

5、本发明采用预合金化和分段阶梯式加热方式，先做镀锌板预合金化，避免后续合金化不充分，之后在快速升温阶段设置较高的炉膛温度，克服冷态锌基镀层低发射率和初始吸热慢的问题，实现快速升温，为后续亚临界合金化提供起始温度；在亚临界合金化阶段下压炉膛温度，板料在650℃-ac1区间保持，区间上限为热成形钢的奥氏体相变临界点（ac1）之下，在铁素体状态下，锌基镀层中的zn与热成形钢基体中的fe发生扩散反应完成亚临界合金化，减少后续高温阶段可流动液态锌；在高温奥氏体化阶段设置较高炉膛温度，板料快速跨越ac3临界点并完成奥氏体化。

6、本发明在加热炉内设置沿板料输送方向具有不同温度的加热区（前段、中段和后段），实现了对板料的分段控温，实现了镀层合金化与钢基体奥氏体相变的精确解耦。

7、进一步的，所述快速升温阶段在加热炉的前段完成，该段炉膛温度为850-960℃，板料在停留时间20-90s内完成升温。

8、进一步的，所述亚临界合金化阶段在加热炉的中段完成，该段炉膛温度为690℃至ac1+40℃。

9、进一步的，所述高温奥氏体化阶段在加热炉的后段完成，该段炉膛温度为890-980℃。

10、进一步的，所述亚临界合金化阶段，板料停留40-200s完成镀层的亚临界合金化。

11、进一步的，所述高温奥氏体化阶段，板料温度停留20-200s完成奥氏体化。

12、进一步的，所述板料停留40-200s具体为：

13、板料厚度为1.0-1.3mm时，停留40-100s；

14、板料厚度为1.4-1.6mm时，停留50-120s；

15、板料厚度为1.7-1.9mm时，停留60-160s；

16、板料厚度为2.0-2.5mm时，停留70-220s。

17、进一步的，所述板料在完成高温奥氏体化阶段后出炉成形、淬火，所述板料出炉温度为840-930℃。

18、进一步的，所述锌基镀层包括gi纯锌镀层、ga镀层、zn-al镀层、zn-mg镀层或zn-al-mg镀层中的至少一种；所述钢板基体为22mnb5、含硼热成形钢、1500mpa-2400mpa级热成形钢。

19、本发明的有益效果：

20、本发明先对锌基镀层材料进行预合金化处理，之后在快速升温阶段利用高温环境与冷态板料的高温差，有效击穿冷态锌基镀层表面固有的低热发射率壁垒，使板料表面温度迅速逼近后续合金化所需的目标温度区间；然后在亚临界合金化阶段将板料温度稳定在特定温度区间，加快了镀层的合金化反应速度，使fe-zn原子有充足时间扩散，在奥氏体化前完成合金化，避免了液态锌的形成，确保了镀层的完整性和稳定性；最后在高温奥氏体化阶段施加极度高温，使板料温度快速越过ac3相变临界线，完成基体的完全、均匀奥氏体化；解决了传统工艺存在液态锌脆、奥氏体化不均匀等问题。

21、本发明通过阶梯式分段加热方式，严格控制各阶段的温度和时间参数，实现了镀层合金化与钢基体奥氏体相变的精确解耦，有效提高了锌基镀层热成形钢的整体性能和使用效果。

1.一种预防镀锌热成形钢液态金属致脆的亚临界合金化加热方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的预防镀锌热成形钢液态金属致脆的亚临界合金化加热方法，其特征在于，所述快速升温阶段在加热炉的前段完成，该段炉膛温度为850-960℃，板料在停留时间20-90s内完成升温。

3.如权利要求1所述的预防镀锌热成形钢液态金属致脆的亚临界合金化加热方法，其特征在于，所述亚临界合金化阶段在加热炉的中段完成，该段炉膛温度为690℃至ac1+40℃。

4.如权利要求1所述的预防镀锌热成形钢液态金属致脆的亚临界合金化加热方法，其特征在于，所述高温奥氏体化阶段在加热炉的后段完成，该段炉膛温度为880-980℃。

5.如权利要求1所述的预防镀锌热成形钢液态金属致脆的亚临界合金化加热方法，其特征在于，所述亚临界合金化阶段，板料停留40-200s完成镀层的亚临界合金化。

6.如权利要求1所述的预防镀锌热成形钢液态金属致脆的亚临界合金化加热方法，其特征在于，所述高温奥氏体化阶段，板料停留20-200s完成奥氏体化。

7.如权利要求5所述的预防镀锌热成形钢液态金属致脆的亚临界合金化加热方法，其特征在于，所述板料停留40-200s具体为：

8.如权利要求1所述的预防镀锌热成形钢液态金属致脆的亚临界合金化加热方法，其特征在于，所述板料在完成高温奥氏体化阶段后出炉成形、淬火，所述板料出炉温度为840-930℃。

9.如权利要求1所述的预防镀锌热成形钢液态金属致脆的亚临界合金化加热方法，其特征在于，所述锌基镀层包括gi纯锌镀层、ga镀层、zn-al镀层、zn-mg镀层或zn-al-mg镀层中的至少一种；所述钢板基体为22mnb5、含硼热成形钢、1500mpa-2400mpa级热成形钢。