壓下率對鋁硅鍍層熱成形鋼鍍層結(jié)構(gòu)的影響

閆 偉 周世龍 鄧宗吉 計(jì)遙遙

(馬鞍山鋼鐵股份有限公司技術(shù)中心 安徽 馬鞍山：243000)

為實(shí)現(xiàn)汽車輕量化目標(biāo)，超高強(qiáng)度鋼在汽車零部件上的應(yīng)用越來越廣泛。熱成形鋼因其高強(qiáng)度及經(jīng)濟(jì)安全性在整車應(yīng)用上的占比也在不斷提高[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)可知，2019年全球鋁硅鍍層熱成形鍍層板銷量達(dá)260萬噸，預(yù)計(jì)2025年銷量達(dá)600萬噸。同時(shí)，變厚度軋制技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)輕量化的一種先進(jìn)制造工藝也已運(yùn)用到車身件制造過程中[2]，如汽車B柱、A柱、車門防撞梁等零件，奧迪、寶馬、馬自達(dá)等多款車型已批量應(yīng)用變厚度板零部件。

近些年，針對熱成形鋼變厚度軋制的研究和應(yīng)用越來越多，其中應(yīng)用較廣的主流熱成形鋼產(chǎn)品為鋁硅鍍層熱成形鋼，典型鍍層厚度為25μm(鍍層代碼AS150)，而鋁硅鍍層較薄的熱成形鋼變厚度軋制研究相對較少，本文利用不同鋁硅鍍層厚度熱成形鋼開展變厚度軋制，研究在不同壓下率條件下鋁硅鍍層結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律。

1 試驗(yàn)材料及方法

試驗(yàn)材料選用某鋼廠生產(chǎn)的3種不同鋁硅鍍層厚度熱成形鋼，鍍層重量為單面20g/m2、40g/m2、75g/m2，鍍層代碼分別為AS40、AS80、AS150，基板為22MnB5，樣板厚度均為1.80mm。

利用上述材料分別開展0%、15%、30%、45%壓下率條件下的軋制，冷軋后試驗(yàn)鋼厚度分別為1.53mm、1.26mm和0.99mm；后續(xù)采用同一種熱處理工藝，即加熱溫度930℃，保溫時(shí)間4min，使用平板模具冷卻到室溫；利用QUANTA450掃描電鏡觀察鍍層顯微組織。

2 試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 壓下率對軋硬態(tài)鍍層結(jié)構(gòu)的影響

圖1為AS40、AS80、AS150試驗(yàn)鋼在不同壓下率下鍍層結(jié)構(gòu)顯微組織。鍍層結(jié)構(gòu)由內(nèi)向外依次分別為Fe-Al合金層、Fe-Al-Si合金層、Al-Si層[3]。通過觀察圖1鍍層結(jié)構(gòu)變化可知，隨著壓下率的增加，鍍層厚度隨之減薄，其中硬相Fe-Al-Si合金層出現(xiàn)不連續(xù)甚至破碎現(xiàn)象[4]；原始鍍層越薄，鍍層不連續(xù)或破碎現(xiàn)象更嚴(yán)重，AS40試驗(yàn)鋼在15%壓下率下鍍層不連續(xù)現(xiàn)象已比較明顯，而AS150試驗(yàn)鋼在45%壓下率下鍍層不連續(xù)現(xiàn)象相對較多。通過測量鍍層厚度變化可知，壓下率與鍍層減薄率呈一定相關(guān)性，鍍層減薄率略小于壓下率設(shè)定值，隨著軋制壓下率的增大，鍍層厚度減薄趨勢變緩，見圖2。以AS150鍍層厚度變化為例，15%、30%、45%壓下率下鍍層減薄率分別為14.2%、29.1%、41.3%。

圖1 不同壓下率下鍍層結(jié)構(gòu)顯微組織

圖2 冷軋態(tài)鍍層減薄率

2.2 壓下率對熱處理態(tài)鍍層結(jié)構(gòu)的影響

圖3為AS40、AS80、AS150試驗(yàn)鋼熱處理后不同壓下率下鍍層結(jié)構(gòu)顯微組織。熱處理過程中，鋁硅鍍層與基體相互擴(kuò)散，因變厚度軋制導(dǎo)致的鍍層不連續(xù)和破碎現(xiàn)象得到一定修復(fù)，其中AS80、AS150試驗(yàn)鋼鍍層厚度與相應(yīng)0%試驗(yàn)鋼鍍層厚度相近，鍍層重新呈現(xiàn)連續(xù)分布狀態(tài)；而AS40鍍層與基體相互擴(kuò)散效果差，鍍層結(jié)構(gòu)孔洞多，不連續(xù)現(xiàn)象依舊明顯，影響焊接和耐蝕性能，不適用變厚度軋制。

圖3 不同壓下率下熱處理態(tài)鍍層結(jié)構(gòu)顯微組織

圖4為熱處理態(tài)鍍層厚度變化情況。通過測量分析可知，同一原始鍍層厚度試驗(yàn)鋼經(jīng)熱處理后鍍層總厚度變化不大。以AS40試驗(yàn)鋼為例：0%壓下率的鍍層厚度為10.9μm，15%壓下率的鍍層厚度為11.2μm，30%壓下率的鍍層厚度為10.9μm，45%壓下率下的鍍層厚度為10.5μm。主要原因是在同一熱處理工藝下，針對同原始鍍層厚度試驗(yàn)鋼，壓下率越大，鍍層厚度越薄，加熱過程中鍍層熱反射性相對影響較小，則鍍層與基體相互擴(kuò)散更加充分，鍍層厚度增加值相對厚鍍層較大，使得鍍層總厚度變化不大，與基體相接觸的擴(kuò)散層則逐漸變厚。

圖4 熱處理態(tài)鍍層厚度變化

3 結(jié)論

(1)鍍層結(jié)構(gòu)因變厚度軋制導(dǎo)致硬相Fe-Al-Si合金層出現(xiàn)不連續(xù)甚至破碎現(xiàn)象；鍍層減薄率與壓下率呈正相關(guān)性，略小于壓下率設(shè)定值。

(2)不同壓下率條件下，同一原始厚度的鍍層結(jié)構(gòu)經(jīng)熱處理后鍍層總厚度變化不大。AS80和AS150鍍層不連續(xù)以及破碎現(xiàn)象得到修復(fù)；AS40鍍層因Fe-Al-Si合金層破碎嚴(yán)重依舊呈不連續(xù)狀態(tài)，不適宜開展變厚度軋制。