抗点焊LME裂纹的高强钢复合镀锌板及其制备方法

摘要

本发明公开了一种抗点焊LME裂纹的高强钢复合镀锌板及其制备方法，该高强钢复合镀锌板包括高强钢主体(1)、低碳钢复合层(2)和镀锌层(3)；两层低碳钢复合层(2)分别复合轧制在高强钢主体(1)的两个表面上，至少一层低碳钢复合层(2)的表面形成有镀锌层(3)，构成高强钢复合镀锌板。本发明将低碳钢复合层复合轧制在高强钢主体的表面，在点焊焊接时避免液态金属沿晶界渗入母材内，降低了高强钢复合镀锌板的点焊LME敏感性，有效避免了点焊LME裂纹的发生，缓解点焊LME裂纹问题，提高了高强钢主体的电阻点焊性能，且点焊接头的力学性能得到明显提升。

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合高强钢板及其制备方法，尤其涉及一种抗点焊LME(LiquidMetal Embrittlement，即液态金属致脆)裂纹的高强钢复合镀锌板及其制备方法。

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AHSS(Advanced high strength steel，即先进高强钢)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。

为了提高高强钢的耐腐蚀性能，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LME现象，成为镀锌高强钢在汽车领域应用的主要障碍之一。

LME裂纹的特征在于母材在受外部施加的应力或由约束、热膨胀、相变等引起的内部应力作用下，与其它种类的液态金属即融化后的镀锌层接触时，液态金属会沿母材晶界渗入，严重时形成裂纹，从而造成母材塑性的降低。对LME敏感的母材与液态金属接触、应力、适合的温度区间是LME裂纹形成的3个必要条件，高强钢镀锌板在电阻点焊时，可同时满足上述3个条件，因此高强钢镀锌板的点焊LME裂纹问题尤为严重。这些钢种的普遍特点是含残余奥氏体，强度高，以及碳、硅、锰含量相对较高，其中，第二代AHSS及第三代AHSS对点焊LME最敏感。

中国发明专利CN201610963996.5公开了一种具有良好接头性能的镀锌高强钢电阻点焊方法，在一个点焊周期内使用三个焊接脉冲；第一焊接脉冲和第二焊接脉冲用于生成熔核并抑制LME裂纹生成，其中，第一焊接脉冲生成直径为3.75T1/2—4.25T1/2的熔核，T为板厚；第二焊接脉冲使熔核缓慢长大；第三焊接脉冲为缓冷脉冲，用于提高焊点的塑性。该方法通过点焊工艺优化，尽量减少了点焊接头存在诱发LME产生必要条件的时间和程度，但无法彻底杜绝LME的诱因。

中国发明专利CN 201810819361.7公开了一种多层钢以及降低液态金属脆化的方法，多层钢包括由相变诱发塑性(TRIP)钢形成的芯。脱碳层位于芯外部的至少一侧。脱碳层相对于芯具有降低的碳含量。锌基层位于脱碳层的外部。脱碳层能够由至少80％铁素体组成，使得LME减少或减轻。该方法只能一定程度上减轻LME裂纹的问题，且存在脱碳层厚度及均匀性不易控制、母材表面性能不稳定等问题。

中国发明专利CN201780080831.6公开了一种点焊性及耐腐蚀性优异的多层镀锌合金钢材，多层镀锌合金钢材包含基材铁和基材铁上形成的多层镀层，多层镀层的每个镀层为Zn镀层、Mg镀层及Zn-Mg合金镀层中的任何一个，相对于多层镀层的总重量，多层镀层中含有的Mg重量之比为0.13至0.24。该方法中镀层和基板的附着力难以保证，且由于Zn-Mg合金相变复杂，镀层的稳定性和均匀性较难控制。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种抗点焊LME裂纹的高强钢复合镀锌板，具有较低的点焊LME敏感性，提高高强钢复合镀锌板的电阻点焊性能。

本发明的目的之二在于提供一种抗点焊LME裂纹的高强钢复合镀锌板的制备方法，能在保证母材性能的同时，通过低碳钢复合层的复合轧制降低高强钢复合镀锌板的点焊LME敏感性，缓解点焊LME裂纹问题。

本发明是这样实现的：

一种抗点焊LME裂纹的高强钢复合镀锌板，包括高强钢主体、低碳钢复合层和镀锌层；两层低碳钢复合层分别复合轧制在高强钢主体的两个表面上，至少一层低碳钢复合层的表面形成有镀锌层，构成高强钢复合镀锌板。

所述的高强钢主体为对点焊LME敏感的高强钢，按质量百分比计，高强钢主体含C≥0.14％，Mn≥1.5％，Si≥0.4％，抗拉强度≥780MPa。

低碳钢复合层为对点焊LME不敏感的低碳钢，按质量百分比计，低碳钢复合层中含有C和Mn，且C含量≤0.1％，Mn含量≤0.7％，抗拉强度≤590MPa。

所述的高强钢主体的原始板坯厚度与低碳钢复合层的原始板坯厚度之间应满足关系式：L×A+M×B+N×C＝T；

其中，A为其中一层低碳钢复合层的原始板坯厚度占总组坯厚度的百分比，C为另一层低碳钢复合层的原始板坯厚度占总组坯厚度的百分比，B为高强钢主体的原始板坯占总组坯厚度的百分比，且A+B+C＝100％；总组坯为高强钢主体和两层低碳钢复合层的原始板坯总厚度；

L为其中一层低碳钢复合层退火后的抗拉强度，N为另一层低碳钢复合层退火后的抗拉强度，M为高强钢主体退火后的抗拉强度；

T为高强钢复合镀锌板的目标抗拉强度。

所述的高强钢复合镀锌板中，每层低碳钢复合层的厚度均为10-200um。

所述的高强钢复合镀锌板中，镀锌层的厚度为4-26um。

所述的高强钢复合镀锌板的抗点焊LME裂纹性能为：在发生焊接飞溅前接头无LME裂纹，在发生焊接飞溅后接头TypeA类LME裂纹长度不超过板厚的10％，且数量不超过6条，TypeD类LME裂纹长度不超过板厚的3％，且数量不超过3条，无TypeB类、TypeC类LME裂纹。

一种抗点焊LME裂纹的高强钢复合镀锌板的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：取高强钢主体的原始板坯和两层低碳钢复合层的原始板坯，将两层低碳钢复合层的原始板坯贴合在高强钢主体原始板坯的两个表面上，并将两层低碳钢复合层的原始板坯边缘处与高强钢主体的原始板坯边缘处焊接，形成总组坯；

步骤2：通过厚板开坯工序将总组坯加热后进行初步轧制，降低总组坯的厚度，再依次进行热轧、酸洗、冷轧、退火，使高强钢主体的原始板坯与两层低碳钢复合层的原始板坯发生冶金结合，形成抗拉强度为T的坯料；

步骤3：在坯料的至少一个面上镀覆镀锌层，形成高强钢复合镀锌板。

所述的步骤1中，在两层低碳钢复合层2的原始板坯与高强钢主体1的原始板坯叠放前，需对高强钢主体1和两层低碳钢复合层2的贴合面进行打磨和清洁。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明由于在高强钢主体的两个表面复合轧制了对点焊LME裂纹不敏感的低碳钢复合层，在点焊时通过低碳钢复合层起到阻隔作用，避免液态锌沿晶界渗入高强钢主体母材，从而从根本上解决了高强钢主体的点焊LME裂纹的问题，在保证母材机械性能的同时，拥有良好的电阻点焊性能，且拥有极低的点焊LME敏感性。

2、本发明的高强钢复合镀锌板在点焊时，发生焊接飞溅前接头无LME裂纹，在发生焊接飞溅后接头TypeA类LME裂纹长度不超过板厚的10％，且数量少于6条，TypeD类LME裂纹长度不超过板厚的3％，且数量少于3条，无TypeB类、TypeC类LME裂纹，且其基本焊接性能及母材力学性能满足汽车制造等相关领域的应用要求。

本发明将低碳钢复合层复合轧制在高强钢主体的表面，在点焊焊接时避免液态锌沿晶界渗入母材内，降低了高强钢复合镀锌板的点焊LME敏感性，有效避免了点焊LME裂纹的发生，缓解点焊LME裂纹问题，提高了高强钢主体的电阻点焊性能，且点焊接头的力学性能得到明显提升。

附图说明

图1是本发明抗点焊LME裂纹的高强钢复合镀锌板的剖视图；

图2是本发明抗点焊LME裂纹的高强钢复合镀锌板实施例1中高强钢复合镀锌板的点焊LME评估结果(裂纹长度)；

图3是本发明抗点焊LME裂纹的高强钢复合镀锌板实施例1中高强钢复合镀锌板的点焊LME评估结果(裂纹数量)；

图4是实施例1中对照例的点焊LME评估结果(裂纹长度)；

图5是本发明抗点焊LME裂纹的高强钢复合镀锌板实施例1中点焊接头硬度分布图，其中，

图中，1高强钢主体，2低碳钢复合层，3镀锌层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

请参见附图1，一种抗点焊LME裂纹的高强钢复合镀锌板，包括高强钢主体1、低碳钢复合层2和镀锌层3；两层低碳钢复合层2分别复合轧制在高强钢主体1的两个表面上，至少一层低碳钢复合层2的表面形成有镀锌层3，构成高强钢复合镀锌板。不同钢种对点焊LME的敏感性不同，而点焊LME裂纹是发生在镀锌高强钢的表面，故通过低碳钢复合层2的复合轧制使高强钢主体1的表面对点焊LME裂纹不敏感，从根本上解决了点焊LME裂纹的发生。

所述的高强钢主体1为对点焊LME敏感的高强钢，按质量百分比计，高强钢主体1含C≥0.14％，Mn≥1.5％，Si≥0.4％，其余为Fe、其它合金元素及杂质元素，抗拉强度≥780MPa。高强钢主体1可以是任何对点焊LME敏感的高强钢，例如QP(Quenching andPartitioning，即淬火配分钢)、TRIP(transformation induced plasticity steel，即相变诱导塑性钢)、TWIP(twinning induced plasticity steel，即孪生诱发塑性钢)、DH(dual-phase high ductility steel，即高延性双相钢)、7Mn(Fe-7％Mn-0.3％C-2％Al)、10Mn(Fe-10％Mn-0.3％C-2％Al)、DP(dual-phase，即双相钢)、MS(Martensitic Steel，即马氏体钢)等钢种。

所述的低碳钢复合层2为对点焊LME不敏感的低碳钢，按质量百分比计，低碳钢复合层2中含有C和Mn，且C含量≤0.1％，Mn含量≤0.7％，抗拉强度≤590MPa级，例如IF(interstitial-free steel，即无间隙原子钢)、铝镇静钢、BH钢(Bake Hardenable steel，即烘烤硬化钢)、低合金钢。

所述的高强钢主体1的原始板坯厚度与低碳钢复合层2的原始板坯厚度之间应满足关系式：L×A+M×B+N×C＝T。

其中，A为其中一层低碳钢复合层2的原始板坯厚度占总组坯厚度的百分比，C为另一层低碳钢复合层2的原始板坯厚度占总组坯厚度的百分比，B为高强钢主体1的原始板坯占总组坯厚度的百分比，且A+B+C＝100％。总组坯为高强钢主体1和两层低碳钢复合层2的原始板坯总厚度。

L为其中一层低碳钢复合层2退火后的抗拉强度，N为另一层低碳钢复合层2退火后的抗拉强度，M为高强钢主体1退火后的抗拉强度。

T为高强钢复合镀锌板的目标抗拉强度。

所述的高强钢复合镀锌板中，每层低碳钢复合层2的厚度均为10-200um。高强钢主体1两侧的两层低碳钢复合层2的厚度可以相同，也可以不同。

所述的高强钢复合镀锌板中，镀锌层3的厚度为4-26um。

一种抗点焊LME裂纹的高强钢复合镀锌板的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：取高强钢主体1的原始板坯和两层低碳钢复合层2的原始板坯，将两层低碳钢复合层2的原始板坯贴合在高强钢主体1原始板坯的两个表面上，并将两层低碳钢复合层2的原始板坯边缘处与高强钢主体1的原始板坯边缘处焊接，形成总组坯。

在两层低碳钢复合层2的原始板坯与高强钢主体1的原始板坯叠放前，需对高强钢主体1和两层低碳钢复合层2的贴合面进行打磨和清洁，以保证光洁度。

步骤2：通过厚板开坯工序将总组坯加热后进行初步轧制，降低总组坯的厚度，再依次进行后续的热轧、酸洗、冷轧、退火等工序，使高强钢主体1的原始板坯与两层低碳钢复合层2的原始板坯发生冶金结合，形成抗拉强度为T的坯料。初步轧制、热轧、酸洗、冷轧、退火等工艺均采用现有生产工艺，此处不再赘述。

步骤3：在坯料的至少一个面上通过热镀、电镀或其他方式镀覆镀锌层3，形成高强钢复合镀锌板。镀锌层3的镀覆可采用热镀、电镀或其他现有工艺，此处不再赘述。

对本发明的高强钢复合镀锌板采用北美汽车/钢铁伙伴组织(A/SP)发布的RapidLME Test Procedure for Coated Sheet Steels V2.0标准进行点焊LME敏感性评估，在该标准中，根据裂纹的分布位置，将裂纹分为TypeA、TypeB、TypeC、TypeD四类，其中，TypeA类裂纹位于点焊接头上下表面中点焊电极端部与钢板的接触区域，该标准要求发生焊接飞溅前TypeA类裂纹长度需≤板厚10％，该标准对发生焊接飞溅后TypeA类裂纹长度无要求；TypeB类裂纹位于点焊接头上下表面中点焊电极与钢板的非接触区域，该标准要求无论发生焊接飞溅前、后TypeB类裂纹长度需≤板厚5％；TypeC类裂纹位于点焊接头中上下层钢板搭接的接触区域，该标准要求无论发生焊接飞溅前、后TypeC类裂纹长度需≤板厚5％；TypeD类裂纹位于点焊接头上下表面压痕的肩部区域，该区域焊厚变形量最大，该标准要求发生焊接飞溅前TypeD类裂纹长度需≤板厚5％，发生焊接飞溅后TypeD类裂纹长度需≤板厚10％。

本发明的高强钢复合镀锌板具有良好的抗电阻点焊LME裂纹的性能：在发生焊接飞溅前接头无LME裂纹，在发生焊接飞溅后接头TypeA类LME裂纹长度不超过板厚的10％，且数量不超过6条，TypeD类LME裂纹长度不超过板厚的3％，且数量不超过3条，无TypeB类、TypeC类LME裂纹。同时，本发明的高强钢复合镀锌板的基本焊接性能及母材力学性能满足相关领域的应用要求。

实施例1：

请参见附图1，取QP1180(作为高强钢主体1)的原始板坯，按质量百分比计，高强钢主体1的原始板坯包括：0.18％的C、1.67％的Si、2.73％的Mn、0.0089％的P、0.0009％的S、0.02的Ti、0.03％的Cr、余量的铁和不可避免的杂质元素。

取IF钢DC04(作为低碳钢复合层2)的原始板坯，按质量百分比计，低碳钢复合层2的原始板坯包括：0.0015％的C、0.002％的Si、0.114％的Mn、0.0119％的P、0.0044％的S、余量铁和不可避免的杂质。

两层低碳钢复合层2的原始板坯厚度相同，均为24mm，高强钢主体1的原始板坯厚度为182mm。高强钢主体1的原始板坯与低碳钢复合层2的原始板坯的厚度比为7.5:1，本实施例中，A＝C＝10.5％，L＝N＝150MPa，B＝79％，M＝1250MPa，T＝1019MPa。通过组坯-厚板开坯-热轧-酸洗-冷轧-退火工艺，将两层低碳钢复合层2的原始板坯复合轧制在高强钢主体1的原始板坯的两个表面上，得到坯料，并在坯料的两个表面上通过热镀锌的方式镀覆镀锌层3，形成高强钢复合镀锌板。最终获得的高强钢复合镀锌板的总厚度为1.5mm，两层低碳钢复合层2的厚度约160um，镀锌层3的厚度约8.6um。高强钢复合镀锌板的屈服强度为696MPa，抗拉强度为1074MPa，断裂延伸率为15％，满足QP980GI的要求，中心层组织为QP钢组织，含马氏体及残余奥氏体。

对本实施例复合轧制的高强钢复合镀锌板采用A/SP发布的Rapid LME TestProcedure for Coated Sheet Steels V2.0标准，进行点焊LME敏感性评估，当焊接电流≥11kA时发生焊接飞溅，在发生焊接飞溅前接头无LME裂纹，在发生焊接飞溅后接头TypeA类LME裂纹长度不超过板厚的10％，且数量不超过6条，TypeD类LME裂纹长度不超过板厚的3％，且数量不超过3条，无TypeB类、TypeC类LME裂纹，如附图2和附图3所示。根据该标准，本实施例的高强钢复合镀锌板属于点焊LME低敏感性材料，可接受。

将厚度为1.5mm的QP980GI材作为对照例，QP980GI材的成分为：按质量百分比计，包括0.18％的C、1.8％的Si、2.3％的Mn、0.001％的S、0.012％的P、0.017％的Ti，余量为铁和不可避免的杂质。QP980GI材的力学性能为：屈服强度687MPa、抗拉强度1068MPa、断裂延伸率22％。采用Rapid LME Test Procedure for Coated Sheet Steels V2.0标准对QP980GI材进行点焊LME敏感性评估，当焊接电流≥10.5kA时发生焊接飞溅，由于飞溅后TypeA型裂纹是可接受的，在作为对照的QP980GI的评估结果中，未将TypeA型裂纹计入，但有长度接近板厚90％的TypeD型裂纹和长度超过板厚20％的TypeC型裂纹，如附图4所示。根据该标准，该材料属于点焊LME敏感性材料，不可接受。

采用表1所列的点焊参数，对本实施例和对照例进行点焊基本性能实验，其点焊接头硬度分布如附图5所示。

表1点焊参数

从附图5可知，本实施例的高强钢复合镀锌板的可焊区间为6.6kA-9.0kA，区间宽度为2.4kA，对照例的QP980GI材的可焊区间为6.7kA-9.1kA，区间宽度2.4kA；二者的可焊区间相当。其中可焊区间的下限为生成熔核直径为5mm时对应的焊接电流，可焊区间的上限为发生焊接飞溅时对应的最小焊接电流。相应的，在二者熔核直径均为5mm时，对两种样板的接头TSS(Tensile shear strength，即拉剪强度)强度及接头CTS(Cross tensionstrength，即十字拉伸强度)强度进行测试，本实施例的接头TSS强度为13.89kN(该接头TSS强度值为本实施例的3个样品测试后的平均值)，接头CTS强度为6.22kN(该接头CTS强度值为本实施例的3个样品测试后的平均值)，对照例的接头TSS强度为14.033kN(该接头TSS强度值为对照例的3个样品测试后的平均值)，接头CTS强度为4.277kN(该接头CTS强度值为对照例的3个样品测试后的平均值)。可见，本实施例的接头TSS强度相比与对照例相当，但由于复合轧制层IF钢的存在，降低了熔核区域的碳当量，使熔核的硬度降低，塑性得到提高，因此本实施例的接头CTS强度相比对照例有较大幅度的提升。

实施例2：

请参见附图1，取QP1180(作为高强钢主体1)的原始板坯，按质量百分比计，高强钢主体1的原始板坯包括：0.18％的C、1.67％的Si、2.73％的Mn、0.0089％的P、0.0009％的S、0.02的Ti、0.03％的Cr、余量的铁和不可避免的杂质元素。

取IF钢DC04(作为低碳钢复合层2)的原始板坯，按质量百分比计，低碳钢复合层2的原始板坯包括：0.0015％的C、0.002％的Si、0.114％的Mn、0.0119％的P、0.0044％的S、余量铁和不可避免的杂质。

将高强钢主体1的原始板坯与低碳钢复合层2的原始板坯分别按厚度比为：5.5：1、7.5：1、10.5：1、16.5：1和35.5：1，进行组坯，并按本发明的制备方法，经组坯-厚板开坯-热轧-酸洗-冷轧-退火-热镀锌等工序，获得具有不同低碳钢复合层2厚度的高强钢复合镀锌板，各高强钢复合镀锌板(1#～5#)的详细信息如表2所示。

表2具有不同厚度的低碳钢复合层2的高强钢复合镀锌板1#～5#

对1#～5#高强钢复合镀锌板分别采用A/SP发布的Rapid LME Test Procedurefor Coated Sheet Steels V2.0标准，进行点焊LME敏感性评估。结果表明在发生焊接飞溅前，1#～5#高强钢复合镀锌板点焊接头均无LME裂纹；在发生焊接飞溅后，1#～5#高强钢复合镀锌板点焊接头均无TypeB类、TypeC类LME裂纹，TypeA类LME裂纹长度均不超过板厚的10％，且数量不超过6条，TypeD类LME裂纹长度均不超过板厚的3％，且数量不超过3条，详见表3。

表3 1#～5#高强钢复合镀锌板点焊接头发生飞溅后LME裂纹检测结果

实施例3：

请参见附图1，取QP1180(作为高强钢主体1)的原始板坯，按质量百分比计，高强钢主体1的原始板坯包括：0.18％的C、1.67％的Si、2.73％的Mn、0.0089％的P、0.0009％的S、0.02的Ti、0.03％的Cr、余量的铁和不可避免的杂质元素。

分别取冷轧碳素结构钢St37-2G、加磷高强钢HC220P、高强IF钢HC180Y、烘烤硬化钢HC180B、低合金高强钢HC300LA作为低碳钢复合层2的原始板坯。按质量百分比，上述五种低碳钢复合层2的原始板坯的主要化学成分见表4，余量为铁和不可避免的杂质元素。

表4五种低碳钢复合层2的原始板坯主要化学成分

将高强钢主体1的原始板坯与上述五种低碳钢复合层2的原始板坯按厚度比7.5：1进行组坯，并按本发明所述的制备方法，经组坯-厚板开坯-热轧-酸洗-冷轧-退火-热镀锌等工序，获得具有不同低碳钢复合层2的高强钢复合镀锌板6#～10#，各高强钢复合镀锌板(6#～10#)的详细信息如表5所示。

表5具有不同厚度的低碳钢复合层2的高强钢复合镀锌板6#～10#

对本实施例复合轧制的6#～10#高强钢复合镀锌板分别采用A/SP发布的RapidLME Test Procedure for Coated Sheet Steels V2.0标准，进行点焊LME敏感性评估。结果表明在发生焊接飞溅前，6#～10#高强钢复合镀锌板点焊接头均无LME裂纹；在发生焊接飞溅后，6#～10#高强钢复合镀锌板点焊接头均无TypeB类、TypeC类LME裂纹，TypeA类LME裂纹长度均不超过板厚的10％，且数量不超过6条，TypeD类LME裂纹长度均不超过板厚的3％，且数量不超过3条。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，因此，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。