一种冷轧提高Al-Si镀层热成形钢弯曲性能的生产工艺

一种冷轧提高al-si镀层热成形钢弯曲性能的生产工艺
技术领域
1.本发明属于材料生产工艺技术领域，具体涉及一种冷轧提高al-si镀层热成形钢弯曲性能的生产工艺。


背景技术：

2.铝硅镀层在高温氧化环境下表面会生产连续、均匀、致密的氧化铝等保护薄膜，所以带有热浸镀铝硅镀层的热成形钢(主要为22mnb5)在奥氏体化加热过程中不需要气体保护，不产生氧化铁皮，省去了喷丸处理，改善了加工环境，提高了模具使用寿命，增强了尺寸精度，广受汽车主机厂欢迎。
3.现有铝硅镀层钢板是通过热浸镀工艺，将裸板浸入到熔融的al-si金属液体中(以重量百分比计，8%～11%的si，2%～4%的fe及余量为al以及不可避免的杂质)使其表面涂覆铝硅镀层。在此工艺下钢基体的表面会生成铝硅层和金属间化合物层的上下分布双层结构。在热冲压的奥氏体化处理过程时，铝硅镀层会与钢基体相互扩散生成feal、fe2al5、α-fe等组织；fe2al5是脆硬相，会降低热冲压后板料的弯曲性能，降低零件的碰撞安全性，且 fe2al5脆硬相占比大，弯曲性能差。
4.常规的铝硅镀层钢板镀层结构为上下双层，这种结构在奥氏体化处理中，不利于al和fe的扩散，从而导致fe2al5脆硬相占比大，弯曲性能较差。因此，如何制备单层结构分布的铝硅镀层钢板，减少热冲压生产后fe2al5相的产生，以提高板料热冲压后弯曲性能的工艺是目前需要解决的问题。。


技术实现要素：

5.本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种冷轧提高al-si镀层热成形钢弯曲性能的生产工艺，通过冷轧轧制的方式来制备单层结构铝硅镀层钢板的工艺，提高了铝硅镀层钢板热冲压后弯曲性能，且生产工艺简单、高效。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种冷轧提高al-si镀层热成形钢弯曲性能的生产工艺，包括以下步骤：将双层铝硅镀层原料钢的钢卷开卷后，通过冷轧轧制的方式得到单层铝硅镀层钢卷，将钢卷矫直成平整的单层铝硅镀层钢板，进而用于后续的热冲压生产。
7.进一步地，所述热冲压生产中热冲压的工艺参数为：加热温度920~930℃，保温时间180~300s。
8.进一步地，所述热冲压生产还包括热冲压生产后立即淬火冷却，冷却速度≥30℃/s。
9.进一步地，所述双层铝硅镀层原料钢，其镀层呈上下分布式结构，上层为铝硅层，下层为金属间化合物层；冷轧后为铝硅层、金属间化合物层左右交错分布的单层铝硅镀层。
10.进一步地，单层铝硅镀层钢板经热冲压生产后，fe2al5相面积占比为镀层整体面积的0.2%~ 1.9%。
11.进一步地，单层铝硅镀层钢板经热冲压生产后，弯曲角度提高33%~45%。
12.进一步地，冷轧轧制道次1~3次，总冷轧压下率30%~70%。
13.进一步地，同时为了保证冷轧后铝硅镀层能形成单层结构以及冷轧后铝硅镀层完好连续、无开裂、无脱落，冷轧用工作辊硬度94-100hsd，表面粗糙度在ra 5.0μm以内。
14.进一步地，冷轧用乳化液浓度1.5~3.0%；冷轧张应力控制在（0.1-0.5）σs。
15.进一步地，所述方法适用于铝硅镀层厚度≤15μm的热成形钢。
16.进一步地，所述方法适用于as20/20双层铝硅镀层热成形钢。
17.双层铝硅镀层原料钢镀层有两层结构，铝硅层和金属间化合物层，是一种上下分布方式的结构。在冷轧轧制过程中，金属间化合物层硬度最大且塑性低，铝硅层和钢基体硬度小且塑性相对良好，使得在冷轧过程中铝硅层和钢基体承受冷轧压下而厚度减薄，且沿轧制方向延伸，金属间化合物层厚度基本不变，但是其因受压力而以破碎方式参与变形过程，破碎部分随着铝硅层和钢基体沿轧制方向延伸分布，即在冷轧变形过程中铝硅层、金属间化合物层、钢基体均参与变形，铝硅层、钢基体以厚度减薄方式参与变形，而金属间化合物层以破碎方式参与变形。当冷轧压下率小于30%时，金属间化合物层破碎裂纹小，随着冷轧压下率的增加，裂纹密度增加且裂纹沿横向扩展使得裂纹宽度增加。当冷轧压下率30%时，金属间化合物层破碎裂纹大且裂纹开口大，铝硅层因为硬度最小且承受压力而全部填充进入裂纹中，使得镀层结构由铝硅层 金属间化合物层的上下分布双层结构转变为(铝硅 金属间化合物)层的左右分布单层结构，单独的铝硅层已基本不存在。当冷轧压下率大于30%时，因无单独的铝硅层存在，铝硅镀层结构不再变化，保持(铝硅 金属间化合物)层的左右分布单层结构。
18.双层结构镀层在热冲压的加热过程中，钢基体中fe元素向最表面的铝硅层扩散需要经过金属间化合物层，铝硅层中al元素向钢基体扩散同样需要经过金属间化合物层，扩散效率低，这样使得铝硅层中的fe元素含量低而al元素含量高，促使形成fe2al5脆硬相。单层结构镀层在热冲压的加热过程中，钢基体与铝硅层直接接触的面积极大增加，在钢基体和铝硅层直接接触的位置，钢基体中fe元素可以直接扩散至铝硅层，而铝硅层中al元素可以直接扩散至钢基体，扩散效率高、充分，这样使得铝硅层中fe元素含量高而al元素含量低，促进了fe2al5脆硬相向feal韧性相的转变。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过冷轧轧制的方式，可一次性制备单层结构铝硅镀层钢板产品，工序简单，适应性强；单层铝硅镀层的钢板，热冲压后弯曲性能显著提高，增加了零件碰撞安全性。与双层铝硅镀层相比，单层铝硅镀层热压后的镀层附着力和镀层黏附破坏类型等方面功能没有减弱，镀层附着力在21-22mpa，镀层黏附破坏类型为粘附破坏af，即胶粘剂和被粘物界面处发生目视可见的破坏现象，而镀层无破坏。单层镀层进行热冲压时，与常规双层铝硅镀层相比，可以降低加热温度或者保温时间可以缩短，减小能源消耗。
附图说明
20.图1为单层铝硅镀层钢卷冷轧制备图；图2为单层铝硅镀层钢卷分条图；图3为单层铝硅镀层钢板制备图；
图4为实例2的as20/20双层铝硅镀层热冲压前结构扫描电镜图；图5为实例2的单层铝硅镀层热冲压前结构扫描电镜图；图6为实例2的as20/20双层铝硅镀层热冲压前的al元素面扫图；图7为实例2的单层铝硅镀层热冲压前的al元素面扫图；图8为实例2的as20/20双层铝硅镀层热冲压后的al元素面扫图；图9为实例2的单层铝硅镀层热冲压后的al元素面扫图。
21.附图标记：1-双层铝硅镀层原料钢卷；2-轧机；3-单层铝硅镀层钢卷；4-分条机；5-矫直机；6-剪切机；7-单层铝硅镀层钢板。
具体实施方式
22.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
23.本发明的一种冷轧提高al-si镀层热成形钢弯曲性能的生产工艺如图1~图3所示，常规的双层铝硅镀层原料钢的钢卷1开卷后进入轧机2，通过轧机的冷轧轧制压下，经卷取后得到单层铝硅镀层钢卷3，单层铝硅镀层钢卷经过分条机4分条得到所需宽度的卷料(根据宽度需要进行分条，如果不需要分条则不经过此步骤)，单层铝硅镀层钢卷通过矫直机5进行矫直，再经过剪切机6切成不同尺寸的单层铝硅镀层钢板7，进而用于后续的热冲压生产。
24.其中，所述热冲压生产中热冲压的工艺参数为：加热温度920~930℃，保温时间180~300s；所述热冲压生产还包括热冲压生产后立即淬火冷却，冷却速度≥30℃/s。
25.其中，轧制道次1-3次，总冷轧压下率30%~70%；同时为了保证冷轧后铝硅镀层能形成单层结构以及冷轧后铝硅镀层完好连续、无开裂、无脱落，冷轧用工作辊硬度94-100hsd，表面粗糙度在ra 5.0μm以内。冷轧用乳化液浓度1.5~3.0%；冷轧张应力控制在（0.1-0.5）σs；因为铝硅镀层硬度低，轧制过程中不得存在导轮异物卡阻以免破坏镀层。然后将钢卷矫直成单层结构铝硅镀层钢板，进而用于后续的热冲压生产。
26.具体的冷轧、热冲压、淬火冷却工艺参数见各实施例。各实施例中双层铝硅镀层原料钢为as20/20，铝硅镀层总厚度是11-14μm，as20/20铝硅镀层有两层，铝硅层和金属间化合物层，是一种上下分布方式的结构；铝硅层组分为1wt%~2wt%的si，余量为al；金属间化合物层，从钢基体向铝硅层方面，分别为厚度约1μm的fe2al5、feal3和厚度约5μm的fe2sial7。
27.实施例1双层铝硅镀层原料钢as20/20轧制1道次，总冷轧压下率30%，获得单层铝硅镀层钢板；热冲压参数为：加热温度930℃，保温时间300s，后立即淬火冷却，冷却速度50℃/s；双层铝硅镀层as20/20原料钢板经相同的热冲压、淬火冷却工艺处理。
28.上述两种钢板经热冲压、淬火冷却工艺处理后，其中的fe2al5相面积占镀层总面积百分比及弯曲性能参数如表1所示，as20/20上下分布双层铝硅镀层热冲压生产后形成的fe2al5相面积含量占比镀层整体15.3%，左右分布的单层铝硅镀层热冲压生产后形成的fe2al5相含量占比镀层整体1.9%，fe2al5脆硬相大大减少。根据弯曲试验标准《vda 238-100》试验要求，对热冲压生产后的板料进行弯曲试验，得到as20/20双层铝硅镀层板料和单
层铝硅镀层板料的弯曲角，从表1结果可以看出，单层结构铝硅镀层热冲压生产后的弯曲角度大于双层结构铝硅镀层热冲压生产后的弯曲角度，弯曲角度提高33.3%。
29.实施例2轧制2道次，总冷轧压下率50%，获得单层铝硅镀层钢板；热冲压参数为：加热温度925℃，保温时间240s，后立即冷却，冷却速度60℃/s。
30.双层铝硅镀层as20/20原料钢板经相同的热冲压、淬火冷却工艺处理。
31.上述两种钢板经热冲压、淬火冷却工艺处理后，其中的fe2al5相面积占镀层总面积百分比及弯曲性能参数如表2所示，as20/20上下分布双层铝硅镀层热冲压生产后形成的fe2al5相面积含量占比镀层整体15.7%，左右分布单层铝硅镀层热冲压生产后形成的fe2al5相含量占比镀层整体0.6%。根据弯曲试验标准《vda 238-100》试验要求，对热冲压生产后的板料进行弯曲试验，得到as20/20双层铝硅镀层板料和单层铝硅镀层板料的弯曲角，从表2结果可以看出，单层铝硅镀层热冲压生产后的弯曲角度大于双层结构铝硅镀层热冲压生产后的弯曲角度，弯曲角度提高41.8%。
32.图4为as20/20双层铝硅镀层结构扫描电镜图，图6为as20/20双层铝硅镀层结构的al元素面扫图，从图4和图6可以看出，as20/20镀层在冷轧前，镀层为上下分布的双层结构，上层为铝硅层，下层为金属间化合物层。图5为冷轧50%后单层铝硅镀层结构扫描电镜图，图7为冷轧50%后单层铝硅镀层结构的al元素面扫图，从图5和图7可以看出，as20/20镀层冷轧50%后，镀层结构已发生变化，为左右分布的单层结构，铝硅层和金属间化合物层交叉分布，而镀层连续，没有出现起皮、开裂。图8为925℃保温240s后立即冷却热冲压生产后的as20/20双层铝硅镀层结构的al元素面扫图，从图可知fe2al5相占比整体镀层面积15.7%。图9为冷轧50%的单层铝硅镀层925℃保温240s后立即冷却热冲压生产后的al元素面扫图，从图可知fe2al5相占比整体镀层面积0.6%，占比大幅减小。
33.实施例3轧制3道次，总冷轧压下率70%，获得单层铝硅镀层钢板；热冲压工艺参数为：加热温度920℃，保温时间180s，后立即冷却，冷却速度70℃/s。
34.双层铝硅镀层as20/20原料钢板经相同的热冲压、淬火冷却工艺处理。
35.上述两种钢板经热冲压、淬火冷却工艺处理后，其中的fe2al5相面积占镀层总面积百分比及弯曲性能参数如表3所示，as20/20上下分布双层铝硅镀层热冲压生产后形成的
fe2al5相含量占比镀层整体15.5%，左右分布单层铝硅镀层热冲压生产后形成的fe2al5相含量占比镀层整体0.2%。根据弯曲试验标准《vda 238-100》试验要求，对热冲压生产后的板料进行弯曲试验，得到as20/20双层铝硅镀层板料和单层铝硅镀层板料的弯曲角，从表3结果可以看出，单层结构铝硅镀层热冲压生产后的弯曲角度大于双层结构铝硅镀层热冲压生产后的弯曲角度，弯曲角度提高45.5%。
36.实施例4轧制2道次，总冷轧压下率40%，获得单层铝硅镀层钢板；热冲压工艺参数为：加热温度925℃，保温时间270s，后立即冷却，冷却速度55℃/s。
37.双层铝硅镀层as20/20原料钢板经相同的热冲压、淬火冷却工艺处理。
38.上述两种钢板经热冲压、淬火冷却工艺处理后，其中的fe2al5相面积占镀层总面积百分比及弯曲性能参数如表4所示，as20/20上下分布双层铝硅镀层热冲压生产后形成的fe2al5相含量占比镀层整体15.4%，左右分布单层铝硅镀层热冲压生产后形成的fe2al5相含量占比镀层整体1.3%。根据弯曲试验标准《vda 238-100》试验要求，对热冲压生产后的板料进行弯曲试验，得到as20/20双层铝硅镀层板料和单层铝硅镀层板料的弯曲角，从表4结果可以看出，单层铝硅镀层热冲压生产后的弯曲角度大于双层铝硅镀层热冲压生产后的弯曲角度，弯曲角度提高37.0%。
39.实施例5轧制3道次，总冷轧压下率60%，获得单层铝硅镀层钢板；热冲压工艺参数为：加热温度920℃，保温时间210s，后立即冷却，冷却速度65℃/s。
40.双层铝硅镀层as20/20原料钢板经相同的热冲压、淬火冷却工艺处理。
41.上述两种钢板经热冲压、淬火冷却工艺处理后，其中的fe2al5相面积占镀层总面积百分比及弯曲性能参数如表5所示，as20/20上下分布双层铝硅镀层热冲压生产后形成的fe2al5相含量占比镀层整体15.5%，左右分布单层铝硅镀层热冲压生产后形成的fe2al5相含量占比镀层整体0.3%。根据弯曲试验标准《vda 238-100》试验要求，对热冲压生产后的板料进行弯曲试验，得到as20/20双层铝硅镀层板料和单层铝硅镀层板料的弯曲角，从表5结果可以看出，单层铝硅镀层热冲压后的弯曲角度大于双层铝硅镀层热冲压后的弯曲角度，弯曲角度提高44.4%。
42.以上技术方案阐述了本发明的技术思路，不能以此限定本发明的保护范围，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上技术方案所作的任何改动及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。