[发明专利]一种耐氢致开裂的镀锌热冲压用钢及其生产方法

说明书

一种耐氢致开裂的镀锌热冲压用钢及其生产方法，属于冶金技术领域。其化学成分为C:0.20～0.26%，Si:0.6～1.1%，Mn:1.0～1.3%，P≤0.02%，S≤0.01%，Cr:0.25～0.40%，Mo:0.25～0.40%，V:0.23～0.30%，B:0.0013～0.003%，Nb:0.025～0.045%，Als:0.02～0.05%，H≤0.8ppm，余量为Fe和不可避免的杂质；其生产方法包括脱碳转炉冶炼、LF精炼、连铸、热轧、酸连轧、热浸镀工序。本发明通过减少钢基中可扩散氢含量；减弱氢在钢基表面的物理吸附能力；增加氢的有效陷阱、减缓氢的可扩散速度，有效延迟氢致开裂的发生。

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种耐氢致开裂的镀锌热冲压用钢及其生产方法。

背景技术

热成型技术作为汽车制造业的主流应用技术，已经广泛应用到各种超高强度的安全及结构零部件的制造加工中。冷轧及退火无镀层热冲压钢由于其表面不可避免的与空气接触，加热过程中形成的过多的氧化皮必须增加喷丸工艺处理。随后出现热浸铝硅镀层热冲压钢，由于其镀层的Al-Si元素特性，在热冲压高温加热过程中表层会产生高硬度Fe-Al相，必须使用高成本的激光切割设备进行加工处理。

作为汽车零部件中安全件及结构件的重要材料，热冲压零部件在服役期间发生延迟开裂会对汽车驾驶员及乘客造成不可估量的危害。目前，学术界和材料研发领域对于超高强零部件中在正常服役过程出现突然开裂行为，一般认为是氢受到低载荷作用下促进微观组织中位错发射，降低相结构原子键的结合力；另一方面是氢在微观组织内部扩散，在微裂纹尖端聚集，而最终引发开裂行为。氢在与钢接触过程中先是通过物理吸附到钢基表面，随后在表面进一步解理成氢原子通过扩散进入钢基内部，此后其通过与微观组织发生交互作用而扩散、聚集，利用减弱原子键结合力、促进局部脆性变形等方式大大降低材料的机械性能，导致材料提前突然发生脆性断裂。

为了抵抗氢的开裂行为，必须限制氢在微观组织中的可扩散量及其扩散速度，此外减少冶炼过程中不可避免带入的氢含量及氢向钢基的渗透也是重要的手段之一。冶炼过程中通过对与钢水接触的物料：钢包、中间包、水口、合金料、保护渣等进行预热烘干减少水分含量，降低氢来源；通过加入镁-铝线进行脱氧，所形成的氧化物质点可作为捕捉氢的优良陷阱，同时镁的氧化物热稳定性强，对钢板影响较小。通过文献可知，αFe作为体心立方结构，具有较低的表面能，而其中作为轧制过程中晶粒择优取向的Fe（110）面是αFe的密排面，具有最低的表面能。因而在高氢、高温、高压等环境下延迟αFe的转化可以有效减小钢基表面能，减少物理吸附的氢含量。M. Smialowsk等研究表示，当钢体中局部可扩散氢含量达到3ppm时，塑性指标会显著降低。氢原子为材料内部的扩散速度相对比，晶界扩散最慢、体向次之、表面扩散最快；而氢原子扩散通道中夹杂物起到的通道效应元小于夹杂物的长度时，夹杂物捕捉氢原子、延迟氢原子扩散的效果最强。因而，利用镁-铝线进行处理能形成纳米级夹杂物，能抑制奥氏体晶粒的长大，从而达到细化晶粒，增加晶界面积；增加纳米级夹杂物（如MgO）含量等方式可以有效延缓氢在组织内部扩散行为，抵抗延迟断裂行为的发生。

发明内容

本发明提供一种耐氢致开裂的镀锌热冲压用钢及其生产方法，减少高温环境下氢的吸附、增加晶界面积及有效夹杂物延迟捕捉氢原子扩散、减少钢基中不可避免的氢以抵抗材料延迟断裂性能的发生。为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：

一种耐氢致开裂的镀锌热冲压用钢，其钢基化学成分及质量百分含量为C:0.20～0.26%，Si:0.60～1.10%，Mn:1.00～1.30%，P≤0.020%，S≤0.010%，Cr:0.25～0.40%，Mo:0.25～0.40%，V:0.23～0.30%，B:0.0013～0.0030%，Nb:0.025～0.045%，Als:0.020～0.050%，H≤0.8ppm，余量为Fe和不可避免的杂质。

所述耐氢致开裂的镀锌热冲压用钢的生产方法，包括脱碳转炉冶炼、LF炉精炼、连铸、热轧、酸连轧、热浸镀工序；