[发明专利]一种用于热成形的预涂覆钢板及其制备方法以及热成形钢构件及其应用

说明书

本发明公开了一种用于热成形的预涂覆钢板及其制备方法以及热成形钢构件及其应用。预涂覆钢板及其制备方法中，针对预涂层厚度为5～19μm时，设置相应的预涂层的表面粗糙度，经热成形后可以得到热成形涂覆钢构件，其上的涂层具有较高的表面粗糙度Ra≥1.80μm；得到的钢构件同时具备质量轻且较高的表面粗糙度及其良好的涂漆粘附性和涂漆耐腐蚀性，使用本发明的钢构件制成的钢制件，应用于车辆，以使汽车轻量化。

技术领域

本发明涉及一种用于热成形的预涂覆钢板及其制备方法以及热成形钢构件及其应用。

背景技术

近年来，随着汽车行业对安全、节能和排放的要求日益严格，汽车轻量化和提高安全性能成为汽车行业关注的焦点问题。一般采用高强钢可以实现轻量化和提高安全性能，但是高强钢采用传统冷冲压方式存在回弹大、成形困难等问题。在此情况下，热冲压技术便应运而生。该技术将成形与强化分为两个步骤生产超高强度汽车零部件，具有超高强度、易于成形、成形精度高等优点。

在热冲压成形过程中，若采用裸板热成形钢，钢板表面不可避免地会产生氧化和脱碳，影响了钢板的强度，且热成形部件需要经过喷丸或酸洗处理，影响产品的尺寸精度。针对以上问题，涂覆涂层的热成形钢成为目前市场主流产品，目前国内外开发的热成形钢涂层产品主要包括铝硅系(Al-Si)、锌系(如GI、GA)等，而锌系涂层在高温冲压时易产生液态锌致脆性，造成冲压开裂，目前已成熟应用的涂层产品主要为Al-Si，该产品最先由Arcelor Mittal提出并成功应用于工业试制，其典型涂层成分(质量百分比)为87％Al-10％Si-3％Fe。

一般情况下，金属薄板为保证一定的成形性能，材料表面需具有一定的表面粗糙度，其原理是材料表面合理的微观结构能较好的存储润滑油，从而改善材料成形性能。表面粗糙度是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷不平度，一般常用表面平均粗糙度Ra来表征表面粗糙度轮廓，表面粗糙度越高，Ra值越大。

Al-Si涂层产品加热前具有良好的磷化、电泳等涂装性能，但是，当Al-Si涂层产品作热冲压成形用时，由于加热过程中涂层与基体发生相互扩散形成Fe-Al、Fe-Al-Si合金化涂层，改变了涂层性质，此时涂层磷化性能不佳。为保证电泳等涂漆粘附性及后续耐腐蚀性，热成形后涂层的表面粗糙度Ra需处于较高值，研究表明，当Al-Si涂层热成形钢在热成形后涂层的表面粗糙度较大时，才能保证良好的涂漆粘附性及耐腐蚀性。

Arcelor Mittal专利CN101583486B(以下称作专利1)提供了一种涂覆的钢带材及其由其制备的热冲压产品。专利1提供的涂覆钢带材预涂层典型组成为8～11％Si、2～4％Fe、余量为铝和固有杂质，预涂层厚度为20～33μm，工业上一般采用25μm，并对热成形工艺窗口、热成形后涂层结构进行了详细描述。专利提出，当保证一定的预涂层厚度(不小于20μm)，Al-Si产品热成形后涂层的表面粗糙度较高。但是，当预涂层厚度较小时，当预涂层厚度小于20μm时，加热后涂层液化量较少，此时液化涂层主要表现为填充凹坑，加热后不能保证较大的表面粗糙度Ra，从而随后的涂料在该表面上的粘附性降低，且耐腐蚀性能降低。

专利CN108588612B(以下称作专利2)提供了一中热冲压成形构件、热冲压成形用预涂镀钢板及热冲压成形工艺。专利2提供的预涂镀钢板预涂层铝或铝合金涂层，涂层厚度为3～19μm，也对热成形工艺、热成形后涂层结构进行了限定。专利2提出，合金化层的表面粗糙度并不由合金化层的厚度和结构决定，只要预涂层在加热过程中发生了液化现象即会导致较大的表面粗糙度。但是，本申请发明人发现，当预涂层厚度较小时，如专利2预涂层厚度范围，此时即使涂层发生液化，由于加热后涂层液化量较少，液化涂层主要表现为填充凹坑，加热后不能保证较大的表面粗糙度Ra。另外，专利2提出，热冲压后涂层防腐蚀性能只与a层(相互扩散层)有关，但研究发现，即使控制a层形成，不能保证良好的涂漆粘附性和耐腐蚀性，这与加热后不能保证较高的涂层表面粗糙度有关。