压下率对铝硅镀层热成形钢镀层结构的影响

2022-10-03周世龙邓宗吉计遥遥

武汉工程职业技术学院学报 2022年3期

闫伟周世龙邓宗吉计遥遥

(马鞍山钢铁股份有限公司技术中心安徽马鞍山：243000)

为实现汽车轻量化目标，超高强度钢在汽车零部件上的应用越来越广泛。热成形钢因其高强度及经济安全性在整车应用上的占比也在不断提高[1]。据统计可知，2019年全球铝硅镀层热成形镀层板销量达260万吨，预计2025年销量达600万吨。同时，变厚度轧制技术作为实现轻量化的一种先进制造工艺也已运用到车身件制造过程中[2]，如汽车B柱、A柱、车门防撞梁等零件，奥迪、宝马、马自达等多款车型已批量应用变厚度板零部件。

近些年，针对热成形钢变厚度轧制的研究和应用越来越多，其中应用较广的主流热成形钢产品为铝硅镀层热成形钢，典型镀层厚度为25μm(镀层代码AS150)，而铝硅镀层较薄的热成形钢变厚度轧制研究相对较少，本文利用不同铝硅镀层厚度热成形钢开展变厚度轧制，研究在不同压下率条件下铝硅镀层结构的变化规律。

1 试验材料及方法

试验材料选用某钢厂生产的3种不同铝硅镀层厚度热成形钢，镀层重量为单面20g/m2、40g/m2、75g/m2，镀层代码分别为AS40、AS80、AS150，基板为22MnB5，样板厚度均为1.80mm。

利用上述材料分别开展0%、15%、30%、45%压下率条件下的轧制，冷轧后试验钢厚度分别为1.53mm、1.26mm和0.99mm；后续采用同一种热处理工艺，即加热温度930℃，保温时间4min，使用平板模具冷却到室温；利用QUANTA450扫描电镜观察镀层显微组织。

2 试验结果及讨论

2.1 压下率对轧硬态镀层结构的影响

图1为AS40、AS80、AS150试验钢在不同压下率下镀层结构显微组织。镀层结构由内向外依次分别为Fe-Al合金层、Fe-Al-Si合金层、Al-Si层[3]。通过观察图1镀层结构变化可知，随着压下率的增加，镀层厚度随之减薄，其中硬相Fe-Al-Si合金层出现不连续甚至破碎现象[4]；原始镀层越薄，镀层不连续或破碎现象更严重，AS40试验钢在15%压下率下镀层不连续现象已比较明显，而AS150试验钢在45%压下率下镀层不连续现象相对较多。通过测量镀层厚度变化可知，压下率与镀层减薄率呈一定相关性，镀层减薄率略小于压下率设定值，随着轧制压下率的增大，镀层厚度减薄趋势变缓，见图2。以AS150镀层厚度变化为例，15%、30%、45%压下率下镀层减薄率分别为14.2%、29.1%、41.3%。

图1 不同压下率下镀层结构显微组织

图2 冷轧态镀层减薄率

2.2 压下率对热处理态镀层结构的影响

图3为AS40、AS80、AS150试验钢热处理后不同压下率下镀层结构显微组织。热处理过程中，铝硅镀层与基体相互扩散，因变厚度轧制导致的镀层不连续和破碎现象得到一定修复，其中AS80、AS150试验钢镀层厚度与相应0%试验钢镀层厚度相近，镀层重新呈现连续分布状态；而AS40镀层与基体相互扩散效果差，镀层结构孔洞多，不连续现象依旧明显，影响焊接和耐蚀性能，不适用变厚度轧制。

图3 不同压下率下热处理态镀层结构显微组织

图4为热处理态镀层厚度变化情况。通过测量分析可知，同一原始镀层厚度试验钢经热处理后镀层总厚度变化不大。以AS40试验钢为例：0%压下率的镀层厚度为10.9μm，15%压下率的镀层厚度为11.2μm，30%压下率的镀层厚度为10.9μm，45%压下率下的镀层厚度为10.5μm。主要原因是在同一热处理工艺下，针对同原始镀层厚度试验钢，压下率越大，镀层厚度越薄，加热过程中镀层热反射性相对影响较小，则镀层与基体相互扩散更加充分，镀层厚度增加值相对厚镀层较大，使得镀层总厚度变化不大，与基体相接触的扩散层则逐渐变厚。