汽车用热镀锌钢板的生产及应用

赫料叵胃汽车用热镀锌钢板的生产及应用摘要介绍了汽车常用的热镀锌钢板，对热镀锌汽车板的力学性能、焊接性能、镀层附着性与成形性、耐腐蚀性进行了阐述，并对生产热镀锌LF钢的退火工艺、镀锌工艺和合金化退火工艺进行了总结。关键词热镀锌钢板焊接性能成形性耐蚀性中图分类号U46511ITG1132文献标识码B1热镀锌钢板在汽车上的应用随着汽车向节能、环保、安全、舒适方向发展，车身在向轻量化方向发展的同时，对耐蚀性的要求也越来越高，迫使汽车用钢板向经过涂镀处理的高强钢方向发展。与此同时，热镀锌IF钢由于兼具较高的强度和良好的深冲性能，以及优异的耐蚀性和抗冲撞性，越来越多地用于车身的内外板、结构件等变形较复杂、强度要求较高的零件，逐渐成为汽车车身用钢的主流。为满足汽车工业对镀锌板的需求，开发了许多强度高、性能好的热镀锌板。常用的热镀锌汽车板的主要钢种如表1。2汽车用热镀锌钢板的性能要求21力学性能在减重、节能的要求下，汽车内外板厚度在不断减薄的同时，要求具有优良的深冲性能、良好的抗凹陷能力和足够的强度，以适应复杂断面的成形广州JFE钢板有限公司李慧远加工要求，避免在制造和使用中产生凹陷，并有一定的防冲撞能力。主要力学性能指标体现在高的塑性应变比R值、高的应变硬化指数门值、高的伸长、低的屈强比、低的时效指数AI值O和适当的烘烤硬化值8值为40MPA左右等，对这些指标各个钢厂和汽车厂均有不同要求。为满足这些要求，目前常用的钢种材料有IF钢、BH钢、DP钢和TRIP钢等，如表1。2_2焊接性能汽车内外板和车身骨架在冲压成形后，其基本的制造和装配的连接方式是电阻点焊。一个车身平均有30006000个焊点，因此要求汽车板具有良好的点焊性。热镀锌汽车内外板要求镀层有良好的焊接性能，在一定的焊接条件内，必须达到规定的连续焊点数，且焊点周边材料的强度和性能不发生大的变化，保证材料的有效连接。纯锌层的焊接性能差，合金化镀层的焊接性能明显优于纯锌镀层，并且焊极寿命也高出许多。42汽车工艺与材料ATMI2011年第6期枥料匝用钢种抗拉强度RMPA冶金特点应用备注深冲钢烘烤硬化钢BH析出强化钢双相钢DPTRIP钢270L0340440500I980600一080趋L氐碳茜温逐火郎车M板超深以疆镪尚基板快磐微舍金温退火，饩车外板加F板合金强化，。细晶强化汽车结构件、加强件添加NB、TI元素0夸警，侮马诲醇车掩帮等彖NWACR,、强纛财高胀形的零件添加ST、等元索退火时快速冷却。贝氏体区保温汨同磐、“0镀锌板在进行电弧焊时容易产生气孑L和飞溅现象。在电阻点焊时，镀锌层由于与铜电极反应形成化合物而降低电极寿命。对于纯锌镀层板的焊接，电极寿命会从焊接裸板的10000个焊点降至15002000个焊点，这样会因为频繁地更换和调整电极而影响生产率。电极寿命的降低是由于电阻点焊时电极和镀锌板之间的温度800OC大大高于纯锌的熔点419OC，这样锌和铜铬锆电极会发生化学反应而形成黄铜，黄铜的力学性能比电极合金的力学性能低，在焊接时会使电极活化面直径随焊点增多而增大，呈蘑菇状，如图1。电极活化面直径的增加会减小焊接电流密度而使焊接时熔核的尺寸减小，从而使焊接质量下降。图1电极活化面与焊点数量的关系23镀层的附着性和成形性热镀锌汽车板要求镀层与基体的附着性强，并要求镀层均匀、延展性好，在冲压成形时无开裂、颈缩、起皱、拉毛、麻点等缺陷，纯锌镀层不发生剥落，合金化镀层的粉化量要少。另外，对防锈油的要求也高，除了具有良好的防锈和脱脂性能，还要具有优良的润滑性能。镀层与基体钢板的结合力是镀层板的基本性能，结合力高，则随后的冷弯、翻边等成形加工时就不会发生剥落，结合力高的镀层，在涂漆后亦有较高的腐蚀抗性。涂层与基体结合力的高低表现形式有两种粉状剥落或粉化和层状剥落，前者是镀层内部失效而形成的细小颗粒物或片状物，这类剥落的颗粒大小和片层大小均低于镀层厚度；而后者则是镀层与基体之间界面分离而形成的片状物，片状物厚度通常等于镀层厚度。粉状剥落和层状剥落如图2。剪切应力N低速变形粉化高速变形剥落8粉状剥落局部伸长B层状剥落图2镀层的粉状剥落和层状剥落24镀层的耐蚀性一些国家对汽车板的要求10年耐穿孔腐蚀、15年耐外观腐蚀。这也促使各汽车厂改用镀锌板。纯锌镀层的耐蚀性主要与镀层厚度有关，合金化镀层的耐蚀性还与镀层成分和相结构有关。各生产厂家主要2011年第6期汽车T艺5材料ATMI43赫料匝用通过提高镀层厚度、改善镀层配方和合金化等方法达到耐蚀性能的要求。镀锌层在腐蚀环境下会形成一层多孔的锌的氧化物薄膜，形成的机制是锌的溶解或者再沉淀。热镀锌层的大气腐蚀情况如表2，虽然锌的腐蚀速度随腐蚀环境的不同而异，但在相同的条件下锌的腐蚀速度相对钢来说要慢得多，在暴露条件相同时锌的抗腐蚀能力是钢铁的25倍。由此可见，镀锌层的寿命由腐蚀环境和镀层厚度所决定。3热镀锌LF钢的生产目前，生产热镀锌汽车板PPGA板最常用的工艺是美钢联法，是将冷轧带钢的连续退火线与热镀锌锅连接到一起，连续的带钢经过清洗后进入退火炉，先在预热区进行预热，然后进入到辐射管加热区，加热到退火温度后冷却J470。C左右，进入锌锅进行热浸镀锌。镀锌后经过感应加热炉进行合金化退火，然后冷却到室温，经过光整后涂油，最后卷取。31退火工艺由于带钢在冷轧时形成了压扁的变形晶粒，冷硬的带钢要经过退火才能够使用。冷轧带钢通过退火主要完成以下功能。1将带钢在退火炉加热到一定温度后均热，使带钢完成再结晶退火，消除轧制应力，改善力学性能。带钢进入冷却段后冷却带钢，准确控制带钢进入锌锅的温度，使带钢在最佳镀锌温度下完成镀层工艺。带钢在连续退火炉中的加热曲线如图3虚线表示不需要进行锌层退火的产品的镀后冷却曲线。2清洁带钢表面，在完成退火过程的同时，带钢表面的一层微氧化膜被炉内氢气还原成纯铁层，为热镀锌准备好附着力极强的表面状态。3保持或改善镀锌带钢的板形。在美钢联法中，由于采用辐射管加热，燃烧气氛不直接接触钢板，因而可通过往炉内通入氮氢混合气，使炉内保持还原性气氛，获得表面活性良好的钢板。在退火后的冷却阶段，采用喷射式冷却，通过35组喷射冷却单元，将还原性的氨氢混合气喷射到图3低碳和超低碳钢的退火曲线F44汽车工艺与材料ATMI2011年第6期和料匝胃钢板表面，以冷却带钢。32镀锌工艺热镀锌工艺一般是将钢板浸460OC左右的纯锌镀液中，经过短时间的浸镀，在钢板表面形成一定厚度的锌层。现代连续热镀锌为了控制镀层厚度，采用气刀喷吹带钢表面未凝固的锌液，从而实现镀锌量的精确控制。连续热镀锌常用的镀锌装置如图4。锅图4热镀锌装置利用气刀控制钢板镀锌量时，根据生产线带钢运行速度，合理设定气刀的喷气压力、气刀嘴与钢板的距离以及气刀距离锌液的高度等参数，实现镀锌量的精确控制。33合金化工艺纯锌的焊接性较差，不能满足汽车生产中的焊接要求，因此需要对镀层进行合金化退火，使钢板中的铁向锌层扩散，形成成形性和焊接性良好的锌一铁合金层。镀层中铁含量约为5GM。合金化工艺如图3，一般通过感应加热将锌层从镀锌后的460OC加热JSSOOC左右，通过保温炉进行保温，然后进行喷气冷却至3OO左右。通过合金化处理，在镀层表面形成，相，产品表面失去了锌花光泽而变为银灰色，但是相所构成的表面却有如下优点。1表面平整无光，利于涂装使用，具有良好的表面涂装性能，使涂料的附着力增强。2相的电极电位在锌与铁之间，使其大气腐蚀速度低于纯锌层，而且对铁仍具有阴极保护作用。3相组织的熔点为640OC，高于纯锌熔点，所以在使用中，其耐热性能比一般热镀锌钢板稍好。4焊接性较好，因为表面是锌一铁合金层，而不是焊接时易燃烧氧化和易挥发的纯锌层，可减少对电极的污染，从而提高电极的使用寿命和增加焊接强度。4小结热镀锌板广泛应用于汽车工业，尤其是中高档次的轿车，所使用的镀层板占所用冷轧薄板的70以上。由于汽车的类型、生产厂家以及使用地区的不同，对镀层板的品种、性能又有不同的要求。为了满足汽车厂对镀层板防腐性能的更高要求，在镀层板工艺中增加了钝化处理和皮膜处理，后者既可保护镀层，又可作为润滑层，有利于改善成形性。围绕着汽车轻量化、降低价格和成本、保护环境等因素，新的镀层钢板正在开发和研制中，尤其是围绕汽车轻量化应用的先进高强度钢AHSS3热镀锌板工艺中的退火工艺相结合，使AHSS镀层板的生产与镀层工艺相结合，取得双重效果。参考文献1GOBEZPLMPROVEMENTOFEIECTRODELIFEINRESISTANCESPOTWELDINGJSTAHLANDEISEN，199296992ARIMURAM，ETA1EFFECTSOFPRESSF0RMINGFACTORSANDFL