一种消除镀锌高强钢成形过程液态金属脆化的复合镀层制备工艺方法及其应用

摘要

本发明公开了一种消除镀锌高强钢成形过程液态金属脆化的复合镀层制备工艺方法及其应用，本发明涉及汽车用高强钢及热镀锌工艺领域，提供了一种消除镀锌高强钢成形过程液态金属脆化(Liquidmetalembrittlement,LME)的复合新镀层工艺。本发明方法为：在高强钢热镀锌之前预热浸镀一层Al，之后通过热处理的方式使Al层氧化，在高强钢基材表面生成一层Al

说明书

技术领域

本发明涉及汽车用高强钢以及热镀锌工艺领域，提供了一种消除镀锌高强钢成形过程液态金属脆化的复合镀层制备工艺方法。

背景技术

汽车轻量化材料的研发和应用关系到车辆的节能、减排、安全、成本等诸多方面，对节约世界能源、自然资源和环境保护等方面具有重要意义，已成为汽车材料发展的主导方向。以先进高强钢(Advancedhighstrengthsteel,AHSS)为代表的高强度材料已经充分体现出以降低汽车重量而实现节能目的的巨大潜力。

随着汽车轻量化进程的推进，汽车行业对超高强度钢的需求越来越大。热成形技术在解决高强钢板材冷加工时易出现形状不良、加工成形载荷高等问题方面具有明显的优势。为防止加热过程中钢板表面的氧化，同时获得较好的耐腐蚀性能，包括热镀锌、电镀锌等形式的镀锌工艺被广为采用。镀锌高强钢在汽车领域的应用不可避免地需要用到连接技术。然而，镀锌高强钢后续热加工如热冲压和电阻点焊过程中易产生液态金属脆化(Liquidmetal embrittlement,LME)现象，成为镀锌高强钢在汽车领域应用的主要障碍之一。

DP、TRIP、TWIP、QP钢等典型的镀锌高强钢电阻点焊过程中均会产生LME现象，涵盖三代汽车用高强钢，其中TWIP和QP钢具有较高的LME裂纹敏感性。这无疑会对镀锌汽车板在应用过程中的安全性造成非常大的负面影响。因此，研究镀锌高强钢点焊过程LME裂纹的形成机制及应对措施已刻不容缓。合理的点焊工艺调整和元素调控可以一定程度减轻镀锌高强钢的LME裂纹，但都未从根本上解决LME问题。

本发明在现有热镀锌工艺之前预热浸镀一层Al，之后通过热处理的方式使Al层氧化，在高强钢基材表面生成一层连续、致密且在后续成形过程不易破裂的Al

本发明申请人采用热镀锌+Al

发明内容

为了解决镀锌高强钢成形过程中产生LME的现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种消除镀锌高强钢成形过程液态金属脆化的复合镀层制备工艺方法及其应用，在现有热镀锌工艺之前预热浸镀一层Al，之后通过热处理的方式使Al层氧化，在高强钢基材表面生成一层连续、致密且在后续成形过程不易破裂的Al

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种消除镀锌高强钢成形过程液态金属脆化的复合镀层制备工艺方法，现有热镀锌工艺之前预热浸镀一层Al，之后通过热处理的方式使Al层氧化，在高强钢基材表面生成一层Al

优选地，所述的高强钢表面形成的Al及Al

优选地，在所述高强钢表面生成的Al

优选地，在热镀铝工艺所用的镀铝液主要为Al，同时铝液中可包含氧化物、Si、稀土等有利于镀Al的物质或元素。

优选地，在完成热镀铝后，继续对得到的Al层进行退火，获得含Al

优选地，所述高强钢为包含但不限于QP钢、TWIP钢等钢种。

优选地，本发明消除镀锌高强钢成形过程液态金属脆化的复合新镀层制备工艺方法，具有以下步骤：

a.对待镀锌的高强钢进行表面清洁处理，备用；

b.对高强钢进行热镀Al，并依据实际情况进行镀铝参数调控；

c.对带有Al层的高强钢进行热处理，在高强钢基材表面生成一层Al

d.对高强钢进行热镀锌处理，并依据实际情况进行镀锌参数调控，形成高强钢基材表面-Al

优选地，在所述步骤d中，所述热镀锌参数调控的参数包含镀锌温度、镀锌时间、露点温度中的至少一种参数。

一种本发明消除镀锌高强钢成形过程液态金属脆化的复合新镀层制备工艺方法的应用，对镀锌高强钢成形过程液态金属脆化敏感性进行评估，并依据实际情况进行点焊参数调控及热成形参数调控；然后对比现有热镀锌工艺制备的镀锌高强钢电阻点焊和热成形过程液态金属脆化的敏感性数据，得到液态金属脆化的敏感性定量评估结果。

优选地，所述电阻点焊参数调控包含焊接电流、焊接电压、保载时间、冷却时间、脉冲个数中至少一种参数；

优选地，所述热成形参数调控包含热成形温度、热成形时间中至少一种参数。

优选地，所述液态金属脆化的敏感性定量评估结果包含LME裂纹位置、裂纹长度中至少一种结论信息；

优选地，通过评估不同参数下的镀锌高强钢成形过程LME敏感性，检测结果显示可有效消除镀锌钢在成形过程中的液态金属脆化程度信息。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1.本发明方法能制备消除镀锌高强钢成形过程液态金属脆化(Liquidmetalembrittlement,LME)的复合锌镀层；在高强钢热镀锌之前预热浸镀一层Al，之后通过热处理的方式使Al层氧化，在高强钢基材表面生成一层Al

2.相比于传统热镀锌工艺，本发明在热镀锌前进行了预镀Al层，在热镀Al后可继续进行退火，获得含Al

3.本发明消除高强钢成形过程LME的复合新镀层工艺，能统计不同成形条件下镀锌高强钢的LME敏感性，作为复合新镀层工艺改良的参考数据，为汽车用高强钢的应用提供高质量的表面工程解决方案，并开发新的镀锌钢材产品提供大数据支持。

附图说明

图1为传统及热镀锌新工艺示意图对比。图中，1-高强钢基材，2-Al

具体实施方式

以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

在本实施例中，一种消除镀锌高强钢成形过程液态金属脆化的复合镀层制备工艺方法，在高强钢热镀锌之前预热浸镀一层Al，之后通过热处理的方式使Al层氧化，在高强钢基材表面生成一层Al

在本实施例中，消除镀锌高强钢成形过程液态金属脆化的复合新镀层制备工艺方法，具有以下步骤：

a.对待镀锌的QP980高强钢进行表面清洁处理，备用；

b.对高强钢进行热镀Al，镀铝温度为700℃左右，并依据实际情况进行镀铝参数调控Al层的厚度为2μm左右；

c.对带有Al层的高强钢进行热处理，在高强钢基材表面生成一层Al

d.对高强钢进行热镀锌处理，镀锌温度为455-460℃，并依据实际情况进行镀锌参数调控，形成QP980钢基材表面-Al

实验测试分析：

分别选取传统热镀锌和热镀锌新工艺获得的QP980高强钢，分别在电阻点焊工艺条件下获取对应的点焊接头，相同工艺条件下的点焊接头至少选取三块，以保证测试数据的可靠性；

对电阻点焊试样进行线切割，截取包含点焊接头所有焊接特征区域的试样，对截取后的试样进行表面冲洗，防止异物对测试结果的干扰，冲洗后的样品进行干燥处理；

对干燥后的试样进行磨抛处理，试样磨抛之后在金相显微镜下进行高分辨全景拍摄，获取磨抛面的形貌图片；

对比传统热镀锌和新热镀锌工艺下QP980钢电阻点焊接头中的LME裂纹情况。

本实施例提供了消除镀锌高强钢成形过程液态金属脆化(LME)的复合新镀层工艺，图1为传统及热镀锌新工艺示意图。图中，1-高强钢基材，2-Al

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同：

在本实施例中，一种消除镀锌高强钢成形过程液态金属脆化的复合镀层制备工艺方法，在高强钢热镀锌之前预热浸镀一层Al，之后通过热处理的方式使Al层氧化，在高强钢基材表面生成一层Al

在本实施例中，消除镀锌高强钢成形过程液态金属脆化的复合新镀层制备工艺方法，具有以下步骤：

a.对待镀锌的TWIP高强钢进行表面清洁处理，备用；

a.对待镀锌的TWIP高强钢进行表面清洁处理，备用；

b.对高强钢进行热镀Al，镀铝温度为700℃左右，并依据实际情况进行镀铝参数调控Al层的厚度为2μm左右；

c.对带有Al层的高强钢进行热处理，在高强钢基材表面生成一层Al

d.对高强钢进行热镀锌处理，镀锌温度为455-460℃，并依据实际情况进行镀锌参数调控，形成TWIP钢基材表面-Al

实验测试分析：

分别选取传统热镀锌和热镀锌新工艺获得的高强钢，分别在900-950℃下进行拉伸测试，获取对应热镀锌工艺下的试样，相同工艺条件下的试样至少选取三块，以保证测试数据的可靠性；

对热成形试样进行线切割，截取包含所有特征区域的试样，对截取后的试样进行表面冲洗，防止异物对测试结果的干扰，冲洗后的样品进行干燥处理；

对干燥后的试样进行磨抛处理，试样磨抛之后在金相显微镜下进行高分辨全景拍摄，获取磨抛面的形貌图片；

对比传统热镀锌和新热镀锌工艺下高强钢在高温拉伸过程中的LME裂纹情况。

本实施例提供了消除镀锌高强钢成形过程液态金属脆化(LME)的复合新镀层工艺，本实施例在所述高强钢表面生成的Al

实施例三：

本实施例与前述实施例基本相同：

在本实施例中，一种消除镀锌高强钢成形过程液态金属脆化的复合新镀层制备工艺方法的应用，对镀锌高强钢成形过程液态金属脆化敏感性进行评估，并依据实际情况进行点焊参数调控及热成形参数调控；然后对比现有热镀锌工艺制备的镀锌高强钢电阻点焊和热成形过程液态金属脆化的敏感性数据，得到液态金属脆化的敏感性定量评估结果。

在本实施例中，所述电阻点焊参数调控包含焊接电流、焊接电压、保载时间、冷却时间、脉冲个数中至少一种参数；

在本实施例中，所述热成形参数调控包含热成形温度、热成形时间中至少一种参数。

在本实施例中，所述液态金属脆化的敏感性定量评估结果包含LME裂纹位置、裂纹长度中至少一种结论信息；

在本实施例中，通过评估不同参数下的镀锌高强钢成形过程LME敏感性，检测结果显示可有效消除镀锌钢在成形过程中的液态金属脆化程度信息。

本实施例对热镀锌后的高强钢进行电阻点焊和热成形，并依据实际情况进行点焊及热成形参数调控；对比现有热镀锌工艺制备的镀锌高强钢电阻点焊和热成形过程LME的敏感性。本实施例消除高强钢成形过程LME的复合新镀层工艺，能统计不同成形条件下镀锌高强钢的LME敏感性，作为复合新镀层工艺改良的参考数据，为汽车用高强钢的应用提供高质量的表面工程解决方案，并位为开发新的镀锌钢材产品提供大数据支持，具有重要的产业应用价值。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。