一种铝硅镀层热成形钢热处理的方法

技术领域

本申请涉及热成形钢热冲压技术领域，尤其涉及一种铝硅镀层热成形钢的热处理方法。

背景技术

使用热成形钢进行零件热冲压生产，可以提高零件性能强度，避免零件成形中的回弹。在使用裸板热成形钢时，会因为高温加热产生氧化皮。氧化皮的产生影响了零件表面质量，需要通过喷丸去除氧化皮。为了避免氧化皮的产生，在裸板表面浸镀铝硅镀层，该镀层可以避免氧化皮的产生，从而省去了喷丸环节，提高了生产效率和零件精度。

但是，在加热过程中，镀层容易发生粘辊现象。镀层发生粘辊后，影响了镀层的质量，同时影响了加热辊的使用寿命。因此，有必要研究新的热处理方法，从而避免粘辊现象的发生，或者降低粘辊程度

发明内容

本申请提供了一种铝硅镀层热成形钢的热处理方法，以解决现有铝硅镀层热成形钢的铝硅镀层粘辊的技术问题。

第一方面，本申请提供了一种铝硅镀层热成形钢的热处理方法，所述方法包括：

对原零件的合金化层厚度m与所述铝硅镀层热成形钢的镀层总厚度M进行检测，并得到二者比值m/M；

基于原热处理中的原保温温度和原保温时间以及所述m/M以计算所述第一阶段和所述第二阶段分别获取的能量；其中，基于热处理中的加热温度将所述热处理分成第一阶段和第二阶段；

分别将所述第一阶段和所述第二阶段划分为若干加热温度梯度，并基于所述第一阶段和所述第二阶段分别获取的能量以计算每个所述加热温度所对应的保温时间；

基于每个所述加热温度和每个所述保温时间，对铝硅镀层热成形钢进行分阶段热处理，后进行冲压和保压，得到零件。

可选的，所述原保温温度为880℃-950℃，所述原保温时间为3min-8min。

可选的，所述基于热处理中的加热温度将所述热处理分成两个阶段，包括：

若加热温度<奥氏体相变开始温度，则判断为第一阶段；

若加热温度≥完全奥氏体相变温度，则判断为第二阶段。

可选的，基于原热处理中的原保温温度和原保温时间以及所述m/M以计算热处理过程中每个所述阶段获取的能量，包括：

基于热处理中的原保温温度和原保温时间以及所述m/M以计算热处理过程中第一阶段和第二阶段获取的能量；其中，

基于所述比值m/M以确定所述第一阶段和所述第二阶段获得总能量的比例。

可选的，所述基于所述比值m/M以确定所述第一阶段和所述第二阶段获得总能量的比例，包括：

若m/M≥0.3，则第一阶段获得总能量的比例为0，第二阶段获得总能量的比例为100％；

若0.3＞m/M≥0.25，则第一阶段获得总能量的比例为5％，第二阶段获得总能量的比例为95％；

若0.25＞m/M≥0.2，则第一阶段获得总能量的比例为15％，第二阶段获得总能量的比例为85％；

若0.2＞m/M≥0.15，则第一阶段获得总能量的比例为25％，第二阶段获得总能量的比例为75％；

若0.15＞m/M≥0.1，则第一阶段获得总能量的比例为35％，第二阶段获得总能量的比例为65％；

若0.1＞m/M≥0.05，则第一阶段获得总能量的比例为45％，第二阶段获得总能量的比例为55％；

若0.05＞m/M，则第一阶段获得总能量的比例为50％，第二阶段获得总能量的比例为50％。可选的，所述能量的表达式为：

N＝y*t*T；

式中，N表示每个阶段的能量；y表示每个阶段获得总能量的比例；t表示原保温时间；T表示原保温温度。

可选的，所述计算热处理过程中每个所述阶段的加热温度和保温时间的表达式为：

N＝T

式中，N表示每个阶段的能量；T

可选的，所述分别将所述第一阶段和所述第二阶段划分为若干加热温度梯度，并基于所述第一阶段和所述第二阶段分别获取的能量以计算每个所述加热温度所对应的保温时间，包括：

将所述第一阶段划分为三个加热温度梯度，并基于所述第一阶段获取的能量以计算所述第一阶段中每加热温度所对应的保温时间；

将所述第二阶段划分为三个加热温度梯度，并基于所述第二阶段获取的能量以计算所述第二阶段中每个加热温度所对应的保温时间。

可选的，所述第一阶段的三个温度分别为500℃、590℃以及680℃。

可选的，所述第二阶段的三个温度分别为880℃、905℃以及930℃。

本申请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：

本申请实施例提供的该铝硅镀层热成形钢的热处理方法，热成形钢热冲压后形成热冲压零件，对该零件的镀层进行检测，主要检测镀层中的合金化层厚度与镀层总厚度的比值m/M，根据该比值以优化热处理工艺。通过分阶段控制所述热处理的加热温度和保温时间，有利于促进Fe-Al-Si三相组织的反应，该三相组织具有较高的熔点。通过比值m/M来提高预合金化的温度或者延长预合金化的时间，可以促进Fe-Al-Si三相组织的形成和增长，形成更厚的合金化层。材料的预合金化越充分，合金化层越厚，越容易克服粘辊现象，从而解决了现有铝硅镀层热成形钢的铝硅镀层粘辊的技术问题。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请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。

图1为本申请实施例提供的一种铝硅镀层热成形钢的热处理方法的流程示意图；

图2为本申请实施例1提供的一种铝硅镀层热成形钢的扫描电镜图；

图3为本申请实施例2提供的一种铝硅镀层热成形钢的扫描电镜图；

图4为本申请实施例3提供的一种铝硅镀层热成形钢的扫描电镜图；

图5为本申请实施例4提供的一种铝硅镀层热成形钢的扫描电镜图；

图6为本申请实施例5提供的一种铝硅镀层热成形钢的扫描电镜图；

图7为本申请实施例6提供的一种铝硅镀层热成形钢的扫描电镜图；

图8为本申请实施例7提供的一种铝硅镀层热成形钢的扫描电镜图；

图9为本申请实施例8提供的一种铝硅镀层热成形钢的扫描电镜图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请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，不应理解为对本申请范围的硬性限制；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)。

在本申请中，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，在本申请说明书的描述中，术语“包括”“包含”等是指“包括但不限于”。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。

除非另有特别说明，本申请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。

第一方面，本申请提供了一种铝硅镀层热成形钢的热处理方法，请参见图1，所述方法包括：

S1、对原零件的合金化层厚度m与所述铝硅镀层热成形钢的镀层总厚度M进行检测，并得到二者比值m/M；

S2、基于原热处理中的原保温温度和原保温时间以及所述m/M以计算所述第一阶段和所述第二阶段分别获取的能量；其中，基于热处理中的加热温度将所述热处理分成第一阶段和第二阶段；

S3、分别将所述第一阶段和所述第二阶段划分为若干加热温度梯度，并基于所述第一阶段和所述第二阶段分别获取的能量以计算每个所述加热温度所对应的保温时间；

S4、基于每个所述加热温度和每个所述保温时间，对铝硅镀层热成形钢进行分阶段热处理，后进行冲压和保压，得到零件。

在本申请实施例中，对板料的热处理主要是奥氏体化热处理。对于原热处理方法得到的零件进行合金化层厚度m与所述铝硅镀层热成形钢的镀层总厚度M进行检测，并得到二者比值m/M；并且基于原热处理中的原保温温度和原保温时间以及能量守恒定律，获得热处理阶段的总能量；在新的热处理方法中，对铝硅镀层热成形钢进行分阶段加热，根据加热温度划分不同阶段，由m/M确定不同阶段所获得的能量，进而得到保温时间。

根据确定的奥氏体化热处理加热温度和保温时间，对加热炉进行参数设定。然后将板料转移到加热炉。目前，通常使用的热冲压加热炉为辊底式加热炉。板料从加热炉一端移动到另一端。板料可以纵向放入，也可以横向放入。机械手将板料放入加热炉后，板料在炉辊的滚动下向前移动。当采用梯度加热温度时，炉子的不同区域设定为不同温度。当板料从加热炉的一端移动到另一端的时候，板料完成了奥氏体化热处理。可进行后续的冲压过程。

板料从加热炉移出后，通过机械手等方式转移到压力机上的冲压模具上。然后，压力机进行冲压，将板料冲压成零件的形状。冲压后的零件在凸凹模之间，压力机通过向模具施加压力，对零件进行保压，实现模具淬火。保压时间通常为10s。保压压力需要基于具体的零件厚度和形状尺寸进行确定。

零件从模具上取出后，进行性能和镀层厚度检测。通常要求零件的抗拉强度在1350MPa以上。镀层厚度可通过选取零件上的材料做成用于扫描电子显微镜(电镜)的试样，然后进行电镜观察，可参见图2-图9。

通过电镜可以观察到镀层的形貌和各层的厚度。通过电镜可以测量镀层中各层的厚度。因为材料的热处理过程中，基体中的Fe元素会向镀层扩散，并形成Fe-Al-Si三相组织，该三相组织具有更高的熔点。

通过电镜的观察和测量，可以获得镀层中不同层的厚度值，在基体和镀层之间因为元素的相互扩散和反应，使得基体和镀层之间的合金化层厚度增加。通过测量获得合金化层的厚度，和镀层的总厚度。计算“合金化层厚度/镀层总厚度”的数值。于此，定义该比例为“合金化层厚度占镀层总厚度比值”，用字母“k”表示，即k＝m/M。

在本申请实施例中，k值大小跟预合金化有关，材料奥氏体化之前进行较低温度的热处理并保温一定时间，有利于促进Fe-Al-Si三相组织的反应，该三相组织具有较高的熔点。通过提高预合金化的温度或者延长预合金化的时间，可以促进Fe-Al-Si三相组织的形成和增长，形成更厚的合金化层。该预合金化温度通常需要控制在材料的奥氏体化温度以下。材料的预合金化越充分，合金化层越厚，越容易克服粘辊现象。根据k值优化后的热处理方法能够降低铝硅镀层在加热过程中的粘辊程度，提高铝硅镀层热成形钢的冲压性能。同时，提高了生产效率，降低能量损耗。

在一些实施方式中，所述原保温温度为880℃-950℃，所述原保温时间为3min-8min。

在热成形钢热冲压过程中，需要加热到奥氏体化温度以上，保温一段时间。使用裸板热成形钢加热时，容易产生氧化铁皮。因此，在裸板表面浸镀上铝硅镀层，从而可以避免氧化铁皮的产生。但是，在加热过程中，因为镀层中铝的熔点较低，容易导致铝硅镀层的粘辊现象，从而降低加热炉中加热辊的使用寿命，影响铝硅镀层质量。所以，为避免铝硅镀层的粘辊现象，进行分阶段加热和保温。

控制原保温温度为880℃-950℃，原保温时间为3min-8min的积极效果：将板料加热到880℃-950℃，并在该温度下进行保温，并设置一定的保温时间，使其钢板完全奥氏体化，并使钢内外温度均匀，减少温度差造成的内力，以利于加工。若加热温度过低或者保温时间过短都不能使得材料均匀完全奥氏体化，加热温度过高或者保温时间过长会导致材料的奥氏体晶粒粗化，从而导致材料的显微组织不理想，最终影响此材料的力学性能。

在步骤S4之前，通过仿真模拟确定热冲压工艺参数、保压淬火参数和板料形状轮廓；

根据所述板料形状轮廓进行坯料的落料，后涂覆铝硅镀层，得到铝硅镀层热成形钢。

通过仿真软件，可以模拟板料的热冲压过程；也可以模拟热处理过程，热冲压过程，保压淬火过程等。热冲压过程参数主要包括冲压速度，压边力(部分零件无压边力，此时压边力认为为0)，摩擦系数(该参数通常可根据材料高温摩擦试验进行获得)。保压淬火过程相关参数包括保压压力和保压时间。通过仿真模拟可以确定最优的热冲压过程参数和保压淬火过程相关参数。同时，可以确定合理的板料形状轮廓。根据板料的轮廓进行坯料的落料。该材料的主要元素，以质量百分数计，C:0.1％-0.55％；Si:0.2％-0.8％；Mn:0.5％-3.1％；Cr:0.1％-1.5％；Al:0.02％-0.16％；B:0.0003％-0.09％；在基板中包括但不局限以上元素，为改善性能也添加铌元素(Nb元素)等。在基板两侧涂覆铝硅镀层，镀层中铝元素按重量计比例不低于80％，硅元素不低于5％。镀层镀液组分为按重量计铝约为90％，硅约为10％。基板和镀层中除上述元素外，还会有不可避免的杂质等。对钢铁材料制备时依次进行炼钢，轧钢以及浸镀。

在一些实施方式中，所述基于热处理中的加热温度将所述热处理分成两个阶段，包括：

若加热温度<奥氏体相变开始温度，则判断为第一阶段；

若加热温度≥完全奥氏体相变温度，则判断为第二阶段。

材料在热处理过程中需要确保获得足够多的能量。将热处理过程分成主要的两部分。第一部分为加热温度低于奥氏体相变开始温度的预合金化阶段(定义为第一阶段)；第二部分为加热温度不低于完全奥氏体相变温度的奥氏体化热处理阶段(定义为第二阶段)。

在一些实施方式中，基于原热处理中的原保温温度和原保温时间以及所述m/M以计算热处理过程中每个所述阶段获取的能量，包括：

基于热处理中的原保温温度和原保温时间以及所述m/M以计算热处理过程中第一阶段和第二阶段获取的能量；其中，

基于所述比值m/M以确定所述第一阶段和所述第二阶段获得总能量的比例。

在一些实施方式中，所述基于所述比值m/M以确定所述第一阶段和所述第二阶段获得总能量的比例，包括：

若m/M≥0.3，则第一阶段获得总能量的比例为0，第二阶段获得总能量的比例为100％；

若0.3＞m/M≥0.25，则第一阶段获得总能量的比例为5％，第二阶段获得总能量的比例为95％；

若0.25＞m/M≥0.2，则第一阶段获得总能量的比例为15％，第二阶段获得总能量的比例为85％；

若0.2＞m/M≥0.15，则第一阶段获得总能量的比例为25％，第二阶段获得总能量的比例为75％；

若0.15＞m/M≥0.1，则第一阶段获得总能量的比例为35％，第二阶段获得总能量的比例为65％；

若0.1＞m/M≥0.05，则第一阶段获得总能量的比例为45％，第二阶段获得总能量的比例为55％；

若0.05＞m/M，则第一阶段获得总能量的比例为50％，第二阶段获得总能量的比例为50％。

根据上述m/M的取值范围，即k的取值范围来确定第一阶段获得总能量的比例以及第二阶段获得总能量的比例。

在一些实施方式中，所述能量的表达式为：

N＝y*t*T；

式中，N表示每个阶段的能量；y表示每个阶段获得总能量的比例；t表示原保温时间；T表示原保温温度。

在本申请实施例中，第一阶段获得的能量等于该比例乘以总能量数；第二阶段获得的能量等于该比例乘以总能量数。

根据已知的原保温时间，已知的原保温温度，以及上步骤的根据k值得到比例y，从而计算出每个阶段的能量N。

在一些实施方式中，所述计算热处理过程中每个所述阶段的加热温度和保温时间的表达式为：

N＝T

式中，N表示每个阶段的能量；T

在一些实施方式中，所述分别将所述第一阶段和所述第二阶段划分为若干加热温度梯度，并基于所述第一阶段和所述第二阶段分别获取的能量以计算每个所述加热温度所对应的保温时间，包括：

将所述第一阶段划分为三个加热温度梯度，并基于所述第一阶段获取的能量以计算所述第一阶段中每加热温度所对应的保温时间；

将所述第二阶段划分为三个加热温度梯度，并基于所述第二阶段获取的能量以计算所述第二阶段中每个加热温度所对应的保温时间。

在本申请实施例中，将上述两个阶段都分成三个梯度。从而整个热处理阶段划分为六个加热温度，以及六个保温时间。

在一些实施方式中，所述第一阶段的三个温度分别为500℃、590℃以及680℃。

根据N＝T

上公式中，500，590和680的单位为℃；t

在本申请实施例中，首先确定t

在一些实施方式中，所述第二阶段的三个温度分别为880℃、905℃以及930℃。

根据N＝T

上公式中，930，880，905的单位为℃；t

在本申请实施例中，首先确定t

下面结合具体的实施例，进一步阐述本申请。应理解，这些实施例仅用于说明本申请而不用于限制本申请的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。

表1热处理工艺参数。

表2第一阶段和第二阶段的温度和时间参数。

通过表1、表2的热处理工艺参数，以及第一阶段和第二阶段的时间温度的确定，以获得新的热处理参数值，并调整板料在加热炉中的不同区段的停留时间和移动速度。优化后的参数值用于新的冲压流程中。即用于仿真模拟，工艺参数确定，板料下料，加热，冲压，保压淬火等工艺流程中。通过k值，可以调整热处理工艺参数，使得材料的预合金化越充分，合金化层越厚，从而越容易克服粘辊现象。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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。