一种带镀层热成形钢零件及其制备方法与流程

1.本技术涉及钢材制备技术领域，尤其涉及一种带镀层热成形钢零件及其制备方法。


背景技术：

2.铝硅镀层热成形钢目前在热冲压领域应用较广，目前有多种镀层厚度的铝硅镀层热成形钢。在热冲压过程中的加热环节，存在一些问题，比如因为板料表面有铝硅镀层，因此在辊底炉中移动时容易发生粘辊现象，镀层融化后会粘连在棍子上，造成积瘤，严重时需要停机维修和更换辊子。
3.同时，在加热过程中需要实现板料的奥氏体化，板料发生奥氏体化后，还需要使得板料中的成分扩散均匀和组织均匀。只有板料加热过程中组织均匀才能避免带状组织的存在，保证冲压后零件的性能均匀。奥氏体化程度直接受加热温度和加热时间的影响。在加热后出炉时，板料需要转移到模具上进行冲压，冲压时，具有发生破裂的风险。如果冲压成形时板料温度较低，板料成形性会下降，容易发生破裂。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种带镀层热成形钢零件及其制备方法，以改善上述热冲压过程中加热和热冲压环节出现的问题。
5.第一方面，本技术提供了一种带镀层热成形钢零件的制备方法，所述方法包括：
6.根据零件设计对铝硅镀层热成形钢进行选择；
7.对所述铝硅镀层热成形钢进行加热，得到待冲压钢；
8.对所述待冲压钢进行冲压成形，后进行保压淬火，得到零件；
9.其中，所述加热包括以使所述铝硅镀层热成形钢的基体中铁元素扩散至镀层的预合金化阶段、以使所述铝硅镀层热成形钢充分奥氏体化的奥氏体化阶段和以有利于所述冲压成形的升温阶段。
10.作为一种可选的实施方式，所述预合金化阶段的温度t1满足：598℃≤t1＜860℃；和/或
11.所述奥氏体化阶段的温度t2满足：860≤t2＜930℃；和/或
12.所述升温阶段的温度t3满足：930≤t3≤960℃。
13.作为一种可选的实施方式，所述预合金化阶段的时间t1和所述加热的总时间t的关系满足：0％＜t1/t≤47％；和/或
14.所述奥氏体化阶段的时间t2和所述加热的总时间t的关系满足：0％＜t2/t≤40％；和/或
15.所述升温阶段的时间t3和所述加热的总时间t的关系满足：20％≤t3/t≤45％；和/或
16.所述加热的总时间t、所述预合金化阶段的时间t1、所述奥氏体化阶段的时间t2和
所述升温阶段的时间t3的关系满足：t＝t1+t2+t3。
17.作为一种可选的实施方式，所述加热的总时间t为180～1200s。
18.作为一种可选的实施方式，所述方法还包括：对所述零件进行破裂检测，若出现破裂，则调整升温阶段的温度；
19.当所述零件存在肉眼可见的裂纹，则调整升温阶段的温度t3满足：950≤t3≤960℃；
20.当所述零件存在肉眼不可见裂纹，则检测减薄情况；
21.当所述零件的最大减薄率x满足x≥30％时，则调整升温阶段的温度t3为950℃；
22.当所述零件的最大减薄率x满足15％≤x＜30％时，则调整升温阶段的温度t3为940～950℃；
23.当所述零件的最大减薄率x满足12％≤x＜15％时，则调整升温阶段的温度t3为930～940℃；
24.当所述零件的最大减薄率x满足x＜12％时，则调整升温阶段的温度t3为930℃。
25.作为一种可选的实施方式，当所述零件的最大减薄率x满足15％≤x＜30％时，则调整升温阶段的温度t3满足t3＝(200/3)x+930；和/或
26.当所述零件的最大减薄率x满足12％≤x＜15％时，则调整升温阶段的温度t3满足t3＝(1000/3)x+890。
27.作为一种可选的实施方式，所述方法还包括：所述铝硅镀层热成形钢的形式包括一片式、补丁板式和拼焊式。
28.作为一种可选的实施方式，所述铝硅镀层热成形钢的形式为拼焊式时，根据所述铝硅镀层热成形钢的镀层厚度选择焊接方式；
29.当所述铝硅镀层热成形钢的镀层厚度h满足h≤10μm时，所述焊接方式为直接激光拼焊；
30.当所述铝硅镀层热成形钢的镀层厚度h满足10＜h≤20μm时，所述焊接方式为直接激光拼焊或者直接激光填丝焊；
31.当所述铝硅镀层热成形钢的镀层厚度h满足20＜h≤35μm时，所述焊接方式为直接激光填丝焊或间接激光填丝焊；
32.当所述铝硅镀层热成形钢的镀层厚度h满足h＞35μm时，所述焊接方式为间接激光填丝焊。
33.作为一种可选的实施方式，所述保压淬火的冷却速率不低于27℃/s。
34.第二方面，本技术提供了一种带镀层热成形钢零件，所述零件采用第一方面所述的带镀层热成形钢零件的制备方法制得。
35.本技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
36.本技术实施例提供的该方法，通过将加热分阶段进行，包括预合金化阶段、奥氏体化阶段和升温阶段，预合金化阶段通过相对低温预合金化，从而使得基体铁元素得以扩散到镀层中，提高镀层的熔点。同时因为温度相对不高，不至于导致镀层过度融化，从而缓解甚至避免了粘辊现象。奥氏体化阶段使铝硅镀层热成形钢充分奥氏体化，从而在后续的冲压和淬火过程中，可以使得基体完全转变为马氏体，进而有利于零件的性能。升温阶段能够保证铝硅镀层热成形钢的出炉温度，同时具有继续奥氏体化的功能和作用。提高出炉温度，
从而可以保证板料转移到模具上时，板料仍然处于较高的温度，有利于后续的冲压成形。
附图说明
37.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本技术的实施例，并与说明书一起用于解释本技术的原理。
38.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
39.图1为本技术实施例提供的方法的流程图；
40.图2为本技术实施例提供的零件镀层的第一形貌图；
41.图3为本技术实施例提供的零件镀层的第二形貌图；
42.图4为本技术实施例提供的零件镀层的第三形貌图。
具体实施方式
43.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
44.除非另有特别说明，本技术中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
45.图1为本技术实施例提供的方法的流程图，如图1所示，本技术实施例提供了一种带镀层热成形钢零件的制备方法，所述方法包括：
46.s1.根据零件设计对铝硅镀层热成形钢进行选择；
47.在一些实施例中，针对铝硅镀层热冲压零件进行设计，在设计过程中需要进行铝硅镀层热成形钢材料的选择，同时需要对零件的强度和强度分区进行设计。
48.在对强度分区设计完成后，则需要确定零件的具体形状细节。铝硅镀层热成形钢主要分为一片式、补丁板式和拼焊式。一片式则是一片板料进行热冲压。补丁板式是指为增强零件的局部强度，在原有一片式基础上增加加强板(也叫补丁板)，补丁板通常是通过点焊与原零件板料进行连接然后再进行热冲压成形。拼焊式则是将两个不同强度或厚度的热成形钢板料通过激光拼焊成一体，然后再进行热冲压。
49.通过激光拼焊成一体式冲压是提高强量化和碰撞性能的一种有效手段。本方法提出将不同镀层厚度的铝硅镀层热成形钢进行了分类。以及针对不同类别进行焊接方式的选择。本方法提出的具体分类方法和焊接方式如下所示：
50.加热和热冲压前，对板料的镀层厚度进行检测：当镀层厚度小于等于10um时，为a类板，焊接方式选择直接激光拼焊方式；当镀层厚度大于10um，小于等于20um时，为b类板，焊接方式采用直接激光拼焊或者直接激光填丝焊；当镀层厚度大于20um，小于等于35um时，为c类板，焊接方式采用直接激光填丝焊或间接激光填丝焊；当镀层厚度大于35um时，为d类板，焊接方式采用间接激光填丝焊。
[0051][0052][0053]
s2.对所述铝硅镀层热成形钢进行加热，得到待冲压钢；其中，所述加热包括以使所述铝硅镀层热成形钢的基体中铁元素扩散至镀层的预合金化阶段、以使所述铝硅镀层热成形钢充分奥氏体化的奥氏体化阶段和以有利于所述冲压成形的升温阶段。
[0054]
具体而言，本实施例中，铝硅镀层热成形钢在进行热冲压时，需要先将铝硅镀层热成形钢进行加热。目前热冲压生产线的加热装备以辊底炉为主。采用辊底炉加热时，机械手将铝硅镀层热成形钢夹持从炉口一端放入。铝硅镀层热成形钢在辊底炉中移动至另一端，然后从另一端出炉，然后机械手将加热后的铝硅镀层热成形钢夹持起，转移到热冲压模具上进行热冲压成形。将辊底炉加热过程分为三个阶段(也就是依次分为三个区)，按照时间顺序分为：预合金化阶段，奥氏体化阶段，升温阶段。
[0055]
预合金化阶段主要为了避免镀层的粘辊现象，通过相对低温预合金化，从而使得基体铁元素得以扩散到镀层中，提高镀层的熔点。同时因为该阶段加热温度相对不高，不至于导致镀层过度融化，从而缓解甚至避免了粘辊现象。
[0056]
奥氏体化阶段主要为了保证零件基体充分的奥氏体化，从而在后续的冲压和淬火过程中，可以使得基体完全转变为马氏体。
[0057]
升温阶段，即是为了保证铝硅镀层热成形钢的出炉温度，同时具有继续奥氏体化的功能和作用。提高出炉温度，从而可以保证铝硅镀层热成形钢转移到模具上时，铝硅镀层热成形钢仍然处于较高的温度，有利于后续的冲压成形。铝硅镀层热成形钢在较高温度下时，材料的变形抗力低，容易发生变形。如果铝硅镀层热成形钢在成形过程中温度较低，则容易发生破裂现象，从而导致零件失效。
[0058]
在一些实施例中，所述预合金化阶段的温度t1满足：598℃≤t1＜860℃；所述奥氏体化阶段的温度t2满足：860≤t2＜930℃；所述升温阶段的温度t3满足：930≤t3≤960℃。所述预合金化阶段的时间t1和所述加热的总时间t的关系满足：0％＜t1/t≤47％；述奥氏体化阶段的时间t2和所述加热的总时间t的关系满足：0％＜t2/t≤40％；所述升温阶段的时间t3和所述加热的总时间t的关系满足：20％≤t3/t≤45％；所述加热的总时间t、所述预合金化阶段的时间t1、所述奥氏体化阶段的时间t2和所述升温阶段的时间t3的关系满足：t＝t1+t2+t3。其中，加热总时长需要根据具体零件具体设定，通常，所述加热的总时间t为180～1200s。
[0059]
因为升温阶段的温度直接影响铝硅镀层热成形钢的进入模具的温度，进而影响零件成形性，因此为保证成形质量，本方法提出了根据冲压后零件成形质量确定升温阶段的温度。在一些实施例中，所述方法还包括：对所述零件进行破裂检测，若出现破裂，则调整升温阶段的温度；当所述零件存在肉眼可见的裂纹，则调整升温阶段的温度t3满足：950≤t3≤960℃；当所述零件存在肉眼不可见裂纹，则检测减薄情况；当所述零件的最大减薄率x满
足x≥30％时，则调整升温阶段的温度t3为950℃；当所述零件的最大减薄率x满足15％≤x＜30％时，则调整升温阶段的温度t3为940～950℃；当所述零件的最大减薄率x满足12％≤x＜15％时，则调整升温阶段的温度t3为930～940℃；当所述零件的最大减薄率x满足x＜12％时，则调整升温阶段的温度t3为930℃。进一步的，当所述零件的最大减薄率x满足15％≤x＜30％时，则调整升温阶段的温度t3满足t3＝(200/3)x+930；当所述零件的最大减薄率x满足12％≤x＜15％时，则调整升温阶段的温度t3满足t3＝(1000/3)x+890。
[0060]
s3.对所述待冲压钢进行冲压成形，后进行保压淬火，得到零件；
[0061]
在一些实施例中，所述保压淬火的冷却速率不低于27℃/s。
[0062]
具体而言，本实施例中，铝硅镀层热成形钢加热后，铝硅镀层热成形钢出炉，然后机械后迅速夹持铝硅镀层热成形钢转移到热冲压模具上，然后进行冲压成形。冲压成形后，进行保压和淬火。保压淬火过程，主要是为了将铝硅镀层热成形钢的奥氏体转换成马氏体。通常，热成形钢在保压淬火过程中的冷却速率需要不低于27℃/s。为了保证热冲压零件的冷却速率，热冲压模具中会设计相应的冷却水道，在生产过程中，进行通水冷却。零件的保压淬火后，模具打开，然后机械手夹持零件移动出热冲压模具。通常，机械手将零件放置于传送带上，传送带送出至工作台。工人对零件进行检测分析。主要检测的成形质量包括开裂、减薄、零件性能等。
[0063]
基于一个总的发明构思，本技术实施例还提供了一种带镀层热成形钢零件，所述零件采用如上提供的带镀层热成形钢零件的制备方法制得。
[0064]
该带镀层热成形钢零件系统是基于上述方法来实现制备，该方法的具体步骤可参照上述实施例，由于该带镀层热成形钢零件采用了上述实施例的部分或全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
[0065]
本技术的各种实施例可以以一个范围的形式存在；应当理解，以一范围形式的描述仅仅是因为方便及简洁，不应理解为对本技术范围的硬性限制；因此，应当认为所述的范围描述已经具体公开所有可能的子范围以及该范围内的单一数值。例如，应当认为从1到6的范围描述已经具体公开子范围，例如从1到3，从1到4，从1到5，从2到4，从2到6，从3到6等，以及所述范围内的单一数字，例如1、2、3、4、5及6，此不管范围为何皆适用。另外，每当在本文中指出数值范围，是指包括所指范围内的任何引用的数字(分数或整数)。
[0066]
在本技术中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上”和“下”具体为附图中的图面方向。另外，在本技术说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。
[0067]
在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本文中，“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b的情况。其中a，b可以是单数或者复数。在本文中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“至少一种”、“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”，或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c,或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
[0068]
以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种带镀层热成形钢零件的制备方法，其特征在于，所述方法包括：根据零件设计对铝硅镀层热成形钢进行选择；对所述铝硅镀层热成形钢进行加热，得到待冲压钢；对所述待冲压钢进行冲压成形，后进行保压淬火，得到零件；其中，所述加热包括以使所述铝硅镀层热成形钢的基体中铁元素扩散至镀层的预合金化阶段、以使所述铝硅镀层热成形钢充分奥氏体化的奥氏体化阶段和以有利于所述冲压成形的升温阶段。2.根据权利要求1所述的带镀层热成形钢零件的制备方法，其特征在于，所述预合金化阶段的温度t1满足：598℃≤t1＜860℃；和/或所述奥氏体化阶段的温度t2满足：860≤t2＜930℃；和/或所述升温阶段的温度t3满足：930≤t3≤960℃。3.根据权利要求1或2所述的带镀层热成形钢零件的制备方法，其特征在于，所述预合金化阶段的时间t1和所述加热的总时间t的关系满足：0％＜t1/t≤47％；和/或所述奥氏体化阶段的时间t2和所述加热的总时间t的关系满足：0％＜t2/t≤40％；和/或所述升温阶段的时间t3和所述加热的总时间t的关系满足：20％≤t3/t≤45％；和/或所述加热的总时间t、所述预合金化阶段的时间t1、所述奥氏体化阶段的时间t2和所述升温阶段的时间t3的关系满足：t＝t1+t2+t3。4.根据权利要求1所述的带镀层热成形钢零件的制备方法，其特征在于，所述加热的总时间t为180～1200s。5.根据权利要求1所述的带镀层热成形钢零件的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：对所述零件进行破裂检测，若出现破裂，则调整升温阶段的温度；当所述零件存在肉眼可见的裂纹，则调整升温阶段的温度t3满足：950≤t3≤960℃；当所述零件存在肉眼不可见裂纹，则检测减薄情况；当所述零件的最大减薄率x满足x≥30％时，则调整升温阶段的温度t3为950℃；当所述零件的最大减薄率x满足15％≤x＜30％时，则调整升温阶段的温度t3为940～950℃；当所述零件的最大减薄率x满足12％≤x＜15％时，则调整升温阶段的温度t3为930～940℃；当所述零件的最大减薄率x满足x＜12％时，则调整升温阶段的温度t3为930℃。6.根据权利要求1所述的带镀层热成形钢零件的制备方法，其特征在于，当所述零件的最大减薄率x满足15％≤x＜30％时，则调整升温阶段的温度t3满足t3＝(200/3)x+930；和/或当所述零件的最大减薄率x满足12％≤x＜15％时，则调整升温阶段的温度t3满足t3＝(1000/3)x+890。7.根据权利要求1所述的带镀层热成形钢零件的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：所述铝硅镀层热成形钢的形式包括一片式、补丁板式和拼焊式。8.根据权利要求1所述的带镀层热成形钢零件的制备方法，其特征在于，所述铝硅镀层热成形钢的形式为拼焊式时，根据所述铝硅镀层热成形钢的镀层厚度选择焊接方式；
当所述铝硅镀层热成形钢的镀层厚度h满足h≤10μm时，所述焊接方式为直接激光拼焊；当所述铝硅镀层热成形钢的镀层厚度h满足10＜h≤20μm时，所述焊接方式为直接激光拼焊或者直接激光填丝焊；当所述铝硅镀层热成形钢的镀层厚度h满足20＜h≤35μm时，所述焊接方式为直接激光填丝焊或间接激光填丝焊；当所述铝硅镀层热成形钢的镀层厚度h满足h＞35μm时，所述焊接方式为间接激光填丝焊。9.根据权利要求1所述的带镀层热成形钢零件的制备方法，其特征在于，所述保压淬火的冷却速率不低于27℃/s。10.一种带镀层热成形钢零件，其特征在于，所述零件采用权利要求1至9中任一项所述的带镀层热成形钢零件的制备方法制得。

技术总结
本申请涉及一种带镀层热成形钢零件及其制备方法，属于钢材制备技术领域；方法包括：根据零件设计对铝硅镀层热成形钢进行选择；对铝硅镀层热成形钢进行加热，得到待冲压钢；对待冲压钢进行冲压成形，后进行保压淬火，得到零件；其中，加热包括预合金化阶段、奥氏体化阶段和升温阶段；预合金化阶段通过相对低温预合金化，从而使得基体铁元素得以扩散到镀层中，提高镀层的熔点。同时因为温度相对不高，不至于导致镀层过度融化，从而缓解甚至避免了粘辊现象。奥氏体化阶段使铝硅镀层热成形钢充分奥氏体化，进而有利于零件的性能。升温阶段能够保证铝硅镀层热成形钢的出炉温度，有利于后续的冲压成形。冲压成形。冲压成形。


技术研发人员：马闻宇 李学涛 郑学斌 徐德超 张博明 张永强 黄俊 李亚东 姚野 刘煜 王宝川 韩龙帅
受保护的技术使用者：首钢集团有限公司
技术研发日：2023.06.27
技术公布日：2023/10/5