[發明專利]一種鋁硅鍍層熱沖壓成形構件及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202310085341.2
• 申請日: 2023-02-09
• 公開（公告）號: CN116174558A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 黃明欣;管明
• 申請（專利權）人: 香港大學
• 主分類號: B21D22/02
• 分類號: B21D22/02;C21D8/00;B62D25/04;B62D25/06;B21D53/88
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 郭廣迅;趙巖

本發明提供一種鋁硅鍍層熱沖壓成形構件及其制備方法和應用，其包括鋼板基材和設置在鋼板基材的至少一個表面上的鋁硅鍍層，該鋁硅鍍層包括鋁含量低于5wt％的低鋁含量鐵素體層，該低鋁含量鐵素體層的厚度大于5μm，所述鋁硅鍍層熱沖壓成形構件的最大彎曲角大于65°。本發明通過改進熱沖壓成形工藝使經過熱沖壓成形之后的鋁硅鍍層中的低鋁、韌性鐵素體層的厚度顯著增加，達到5?100μm，有效地阻止了表面或鍍層裂紋的形成或擴展，提高了預涂覆鋼板在熱沖壓成形后的彎曲性能；同時，本發明的熱沖壓成形工藝兼顧或優化鋼材基體的微觀組織，進一步提升材料整體的彎曲性能和拉伸性能。

技術領域

本發明涉及一種鋁硅鍍層熱沖壓成形構件及其制備方法和應用，特別涉及一種提高鋁硅鍍層熱沖壓成形鋼板彎曲性能的方法和由該方法制得的熱沖壓成形構件。

背景技術

隨著“碳達峰”與“碳中和”目標的提出，汽車節能減排已經成為當務之急，汽車輕量化則是貫徹節能減排的有效途徑。在眾多輕量化材料中，超高強度鋼因其強度高、成本低、工藝成熟等優勢，是實現汽車輕量化同時保障車輛安全性的理想材料。

熱沖壓成形是指在高溫下對全奧氏體化鋼板進行沖壓變形、同時快速冷卻，最終獲得超高強度鋼構件的成形工藝。熱沖壓成形具有成形精度高、減重效果好等優點，尤其適用于復雜一體化薄壁零件的加工成形，例如汽車白車身A柱、B柱、背頂橫梁等。熱沖壓成形鋼板(press?hardening?steel，PHS)的全球市場每年超過600萬噸。

在實際熱沖壓成形過程中，為避免高溫在鋼表面造成氧化和脫碳，通常會在鋼板表面進行預涂覆處理。其中，應用最廣泛的是由ArcelorMittal公司于1999年發明的耐高溫Al-Si鍍層專利(CN101583486B)，該預涂覆Al-Si鍍層的PHS于2007年實現商業化。在CN101583486B中，熱沖壓參數要求為：當鋼板厚度在0.7-1.5mm之間時，加熱溫度和時間限定在(3分鐘，930℃)、(6分鐘，930℃)、(13分鐘，880℃)、(4.5分鐘，880℃)組成的四邊形內部；當鋼板厚度為1.5-3mm時，溫度和時間限定在(4分鐘，940℃)、(8分鐘，940℃)、(13分鐘，900℃)、(6.5分鐘，900℃)組成的四邊形內部；預涂覆Al-Si鍍層的厚度為20至33μm。目前，Al-Si鍍層仍然是PHS的唯一商業化的保護層。ArcelorMittal公司每年生產300多萬噸Al-Si鍍層PHS，并且這一數字仍在大幅增加。然而，這項技術由ArcelorMittal公司壟斷。因此，為全球汽車和鋼鐵公司開發替代預涂覆技術非常重要。

此外，Al-Si預涂覆技術的另一個缺點是，它不可避免地損害了PHS的可彎曲性，這嚴重影響了PHS在汽車中應用的安全性。例如，圖1顯示了具有和不具有Al-Si鍍層的PHS的VDA?238-100標準彎曲試驗結果，表明Al-Si鍍層明顯降低了熱沖壓成形后鋼材的彎曲性能。圖2顯示了真實交通事故后汽車B柱的彎曲變形情況，可以看出B柱的可彎曲性在交通事故中保護乘客空間的重要性。由于汽車部件的可彎曲性對于在事故中保護乘客的生命至關重要，因此Al-Si鍍層PHS的低彎曲性是PHS在汽車工業中應用的最大限制之一。

近期的一些研究論文和專利文獻報道了幾種提高Al-Si鍍層熱沖壓部件的斷裂韌性的方法：

育材堂(蘇州)的專利CN108588612B中涉及厚度在6-26μm之間的薄Al-Si鍍層，加熱溫度在900℃至940℃之間，保溫時間在2min至5min之間。薄Al-Si涂層提高了熱沖壓鋼部件的斷裂韌性。然而，Al-Si涂層的脆性仍然存在，并且該技術未針對鋼基體來優化熱沖壓參數。

ArcelorMittal公司的專利申請CN104769138A公開了一種在Al-Si涂覆之前對鋼基體進行脫碳的技術，從而可以整體提高Al-Si鍍層鋼的斷裂韌性。然而，與傳統的熱沖壓技術相比，這種脫碳技術復雜，需要額外的資金和能源成本。