合金化熱鍍鋅汽車外板沖壓脫鋅分析及改進(jìn)

孫方義　陳園林　馮冠文

(武鋼研究院　湖北　武漢：430080)

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合金化熱鍍鋅汽車外板沖壓脫鋅分析及改進(jìn)

孫方義陳園林馮冠文

(武鋼研究院湖北武漢：430080)

摘要通過(guò)鍍層質(zhì)量分析、鍍層合金化程度試驗(yàn)，并對(duì)比生產(chǎn)工藝，合金化熱鍍鋅板料JAC340H鋼沖壓脫鋅產(chǎn)生原因?yàn)殄儗由舷卤砻婕板儗油槐砻娌煌恢玫暮癖〔痪?，?dǎo)致合金化程度不一致，合金化爐加熱段采用1200kW的感應(yīng)加熱功率加重了鋼板粉化程度；通過(guò)控制熱軋?jiān)习逍?、鋅層厚度、合金化爐感應(yīng)加熱器功率，改善后產(chǎn)品滿足了用戶使用要求。

關(guān)鍵詞合金化；脫鋅；熱鍍鋅鋼板；汽車外板

合金化熱鍍鋅鋼板(Galvannealed Steel Sheet，簡(jiǎn)稱GA鋼板)通常生產(chǎn)工藝為帶鋼出鋅鍋后進(jìn)入合金化爐，通過(guò)感應(yīng)加熱，在立式熱處理爐加熱至480℃～570℃，均熱段保溫約10s使鋅完全轉(zhuǎn)變?yōu)镕e-Zn金屬間化合物，最后帶鋼經(jīng)過(guò)冷卻段使合金層固化并得到最終的合金化鍍層。GA鋼板具有優(yōu)良的耐蝕性能、涂裝性能和焊接性能等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多地應(yīng)用于中高檔轎車制造上[1]。

烘烤硬化GA鋼板JAC340H主要應(yīng)用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)罩外板、門(mén)外板、后背門(mén)外板等外覆蓋件的制造，對(duì)表面質(zhì)量和沖壓質(zhì)量要求高。在使用某一批次JAC340H鋼沖壓門(mén)外板時(shí)出現(xiàn)成形過(guò)程中脫鋅問(wèn)題，為了消除脫鋅缺陷對(duì)連續(xù)沖壓過(guò)程的影響，分析了帶鋼脫鋅的形成原因,提出改善合金化鍍層與基體之間結(jié)合力的措施，改善措施取得了良好的效果。

1樣品及分析方法

缺陷樣品在某汽車廠取得，規(guī)格為0.65mm×1000mm，樣品化學(xué)成分如表1所示，對(duì)應(yīng)合金化段生產(chǎn)工藝如表2所列，先將試樣切割成170mm×170mm的矩形試樣，采用BUP400杯凸試驗(yàn)機(jī)模擬沖壓試驗(yàn)，沖壓速率10mm/s。同時(shí)，板料試樣經(jīng)酒精超聲清洗后，用Quanta 400掃描電鏡分析表面形貌，用輝光光譜分析儀分析鍍層成分。

表1　化學(xué)成分(wt%)

表2　合金化段工藝點(diǎn)

2分析與討論

2.1杯凸試驗(yàn)

在板料未額外涂油的情況下，杯凸試樣沿板料邊部的壓延筋處存在相對(duì)嚴(yán)重的微小鋅粉，存在明顯的脫鋅現(xiàn)象，其它部位未發(fā)現(xiàn)脫鋅粉的問(wèn)題，見(jiàn)圖1(b)，在板料上涂油后進(jìn)行試驗(yàn)，由于潤(rùn)滑加強(qiáng)，杯凸試樣沒(méi)有觀察到明顯脫鋅現(xiàn)象，見(jiàn)圖1(c)。根據(jù)杯凸試驗(yàn)可以初步判斷，此批板料存在鋅層附著力不良問(wèn)題，尤其是板料邊部，此外，板料表面涂油量也無(wú)法達(dá)到潤(rùn)滑效果，連續(xù)沖壓程中模具與板料間的摩擦力加大，合金化層表面的鋅層脫粉并在模具中聚集，導(dǎo)致沖壓無(wú)法連續(xù)進(jìn)行。

圖1　杯凸試驗(yàn)

2.2鍍層質(zhì)量及鍍層形貌

均勻一致鍍層的帶鋼在通過(guò)合金化爐的過(guò)程中，有利于保證整個(gè)板面合金化程度的一致，如果鍍層厚薄不均會(huì)導(dǎo)致在相同合金化條件下合金化程度的不一致，如表3所示，檢測(cè)鋼板不同部位的鍍層質(zhì)量，鍍層質(zhì)量明顯不均勻。

表3　鍍層質(zhì)量(g/m2)

通常，熱鍍鋅合金化產(chǎn)品的鍍層鐵含量10%左右時(shí)鍍層粉化控制較為理想，通過(guò)輝光光譜儀分析鍍層厚度及鍍層中鋅、鐵組成情況，操作側(cè)上下表面鍍層厚度相差達(dá)到3μm，同時(shí)，通過(guò)圖2可以看出操作側(cè)上表面鍍層中Fe含量很快達(dá)到10%以上，且整體水平偏高，而下表面鍍層中Fe含量整體上處于6%左右，鍍層中Fe含量偏低，也就是說(shuō)，同一位置出現(xiàn)了上表面過(guò)合金化，下表面合金化不足的問(wèn)題；合金化不均問(wèn)題同樣體現(xiàn)在同一表面的不同位置上，由于上表面操作側(cè)、板中間、傳動(dòng)側(cè)鋅層質(zhì)量存在大的差異，圖3的輝光光譜分析圖譜上也表現(xiàn)出鋅層厚度差異、鍍層合金化程度的差異，尤其是操作側(cè)位置出現(xiàn)和過(guò)合金化問(wèn)題，對(duì)比杯凸試驗(yàn)，脫鋅位置與操作側(cè)邊部過(guò)合金化位置一致，判斷沖壓脫鋅問(wèn)題是由鍍層質(zhì)量不均導(dǎo)致的合金化不均引起。

帶鋼的合金化處理方法為高頻感應(yīng)加熱法，即帶鋼由合金化爐的加熱線圈中心通過(guò)，磁場(chǎng)內(nèi)移動(dòng)的帶鋼在磁力線的作用下得到加熱，其特點(diǎn)是存在“集膚效應(yīng)”，熱量主要集中在帶鋼表面，不同于燃?xì)饧訜岱l件下的帶鋼自身溫度較高，因此無(wú)法通過(guò)鋼板自身的蓄熱來(lái)促進(jìn)合金化，一旦當(dāng)帶鋼表面鋅層質(zhì)量存在較大差異時(shí)，鋅層增厚需要更高的感應(yīng)加熱功率來(lái)完成合金化，但鋅層相對(duì)薄的位置則會(huì)發(fā)生過(guò)合金化的情況，因此無(wú)法獲得均勻一致的合金化程度。

圖2　操作側(cè)鍍層鋅、鐵含量輝光光譜分析

圖3　上表面鍍層鋅、鐵含量輝光光譜分析

將操作側(cè)、板中間、傳動(dòng)側(cè)試樣上下表面鍍層形貌進(jìn)行對(duì)比分析，從掃描電鏡分析結(jié)果可以看出，試樣表面幾乎觀察不到呈柱狀的ζ相，但僅板中間位置樣品上下表面合金化程度表現(xiàn)出較好的一致性，相結(jié)構(gòu)是以δ1相為主的有利于鋅層附著力的合金化相層，而操作側(cè)、傳動(dòng)側(cè)的試樣上下表面的合金化程度一致性較差，即邊部合金化程度存在較大差異，這與輝光光譜分析結(jié)果一致，與沖壓脫鋅主要發(fā)生在板料邊部的現(xiàn)象也相對(duì)應(yīng)。

圖4　鍍層表面形貌分析

2.3脫鋅缺陷的改善

通過(guò)采用鍍層質(zhì)量分析、輝光光譜鍍層分析、表面形貌分析等技術(shù)手段，判斷產(chǎn)生沖壓脫鋅的原因是鍍層質(zhì)量不均導(dǎo)致的合金化不均，經(jīng)過(guò)反查操作工藝執(zhí)行情況，在操作層面上是由于此批鍍鋅基材存在板形不良問(wèn)題，為控制出鋅鍋板形，造成氣刀距鋼板距離存在傾角，導(dǎo)致鋅層厚度不均。通常，合金化爐均熱段爐溫為540℃-450℃的階梯控制，合金化爐均熱段溫度510℃時(shí)，有利于超低碳烘烤硬化鋼獲得最佳的鍍層[2-3]，機(jī)組為保證邊部合金化程度加大了合金化爐加熱段感應(yīng)加熱器功率，達(dá)到了1200kW，見(jiàn)表2，而對(duì)比以往同規(guī)格產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)感應(yīng)加熱器功率只有700kW的水平，由于感應(yīng)加熱器功率過(guò)高，導(dǎo)致鋼板抗粉化能力相對(duì)較差[4]。

在分析脫鋅缺陷產(chǎn)生的原因基礎(chǔ)上，有針對(duì)性的控制了：(1)在熱軋板形不良的情況下，熱軋?jiān)线M(jìn)行平整作業(yè)后再組織冷軋軋鋼；(2)調(diào)整出鋅鍋鋼帶對(duì)中，控制氣刀距鋼帶距離一致；(3)控制合金化功率，以提高合金化爐均熱段溫度作為主要合金化手段，降低感應(yīng)加熱器功率；(4)調(diào)整合金化率邊部補(bǔ)償燒嘴氣體壓力，保證鋼板邊部合金化水平。

經(jīng)過(guò)優(yōu)化JAC340H鋼的生產(chǎn)組織和工藝控制，改善措施取得了良好效果，批量生產(chǎn)的JAC340H鋼外板產(chǎn)品未出現(xiàn)批量沖壓脫鋅問(wèn)題。

3結(jié)論

(1)通過(guò)杯凸試驗(yàn)、鍍層合金化程度等方面的分析，確認(rèn)產(chǎn)品脫鋅的原因?yàn)殄儗由舷卤砻婕板儗油槐砻娌煌恢玫暮癖〔痪鴮?dǎo)致合金化程度不一致。

(2)通過(guò)控制熱軋?jiān)习逍?、鋅層厚度、合金化爐感應(yīng)加熱器功率，改善措施取得了良好效果，用戶批量使用改善后的JAC340H汽車外板產(chǎn)品未出現(xiàn)沖壓脫鋅現(xiàn)象，滿足了用戶使用要求。

參考文獻(xiàn)

[1]張理?yè)P(yáng),李俊,左良.汽車用合金化熱鍍鋅鋼板的發(fā)展趨向[J].鋼鐵釩鈦,2004,25(4):15-19．

[2]黃先明,劉立斌，等，熱鍍鋅烘烤硬化鋼板合金化退火過(guò)程中鍍層表面合金相形成過(guò)程的研究[J].礦冶工程，2007年，27(5):73-76．

[3]江社明，袁訓(xùn)華，等．BH鋼合金化鍍層抗粉化性能與合金化工藝的研究[J]．軋鋼,2008,27(4):19-24.

[4]孫方義，陳園林，馮冠文．熱鍍鋅合金化BH鋼合金化工藝控制探討[J]．武漢工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2014,26(3):16-18.

(責(zé)任編輯：李文英)

The Analysis and Quality Control of JAC340H GA Coating Flaking in Stamping

Sun FangyiChen YuanlinFeng Guanwen

(Research & Development Center of WISCO, Wuhan 430080, Hubei)

Abstract:Regarding a galvannealed grad JAC340H, there was flaking issue during stamping. The coating quality was analyzed and the assessment test for galvannealed degree was carried out. After checking the process technology in manufacturing, the root cause of flaking was found out to be the coating thickness deference, which resulted in ununiformity of galvannealed degree, also the induction heating power of 1200kW increased the powdering. Through controlling the shape quality of hot rolled plate, coating thickness and induction heating power of the alloying furnace, the flaking issue was solved and finally the improved product met the requirement of custumers.

Key words:galvannealed; Zinc flaking; galvanized steel; automobile outer panel

中圖分類號(hào)：TG157

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1671-3524(2016)01-0032-03

作者簡(jiǎn)介：孫方義(1976～)，男，高級(jí)工程師.E-mail：sfy0970@wisco.com.cn

收稿日期：2015-12-31修回日期：2016-01-14