国内外合金化热镀锌烘烤硬化钢板对比分析_张理扬

图 ２ 盛 放 液 氮 制 备 脆 性 断 口 的 试 验 装 置 Ｆｉｇ．２ Ｔｈｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｕｓｅｄ ｔｏ ｆｉｌｌ ｌｉｑｕｉｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ
ｔｏ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｂｒｉｔｔｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｓａｍｐｌｅ
在样板上截取１６ｍｍ×１６ｍｍ 的试样，用酒精 清洗后使用 ＲＩＮＴ／２２００ＰＣ Ｘ 射线多晶粉末衍射仪 （铜靶，０．０２°／步，４°／ｍｉｎ）对 镀 层 进 行 物 相 分 析，管 电 压 为 ４０ｋＶ，管 电 流 为 ４０ ｍＡ。
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张 理 扬 等 ：国 内 外 合 金 化 热 镀 锌 烘 烤 硬 化 钢 板 对 比 分 析
表 １ 试 验 分 析 用 合 金 化 热 镀 锌 烘 烤 硬 化 钢 板
Ｔａｂ．１ Ａｎａｌｙｚｅｄ ｇａｌｖａｎｎｅａｌｅｄ ｂａｋｅ－ｈａｒｄｅｎｉｎｇ ｓｔｅｅｌ ｓｈｅｅｔｓ
编号 生产厂家
采用圆筒杯冲 试 验 测 量 镀 层 的 抗 粉 化 性 能，试 验装 置 如 图 １ 所 示。 先 将 样 板 冲 成６６ ｍｍ 的 圆 片 ，用 丙 酮 擦 洗 后 放 入 盛 有 丙 酮 的 烧 杯 中 ，再 用 超 声 波清洗，热风吹干 后 称 量 圆 片 质 量。 轻 涂 油 后 在 圆 筒杯冲冲压 机 上 冲 杯，杯 子 直 径 为 ３５ ｍｍ，深 度 为 ２５ｍｍ，将冲压成 型 杯 子 内 外 表 面 的 润 滑 油 和 脱 落 的镀层清洗干净后 再 吹 干 称 量 杯 子 质 量，以 两 次 称 量的质量差作为镀层的粉化量 。 ［１］
牌号
４０ＢＨ ０．７
使用正常
２ 国外 Ｍ 公司 ＪＡＣ３４０Ｈ
０．７
使用正常
３ 国内 Ｇ 公司 Ｈ２２０ＢＤ＋ＺＦ ０．７
使用正常
４ 国内 Ｇ 公司 Ｈ２２０ＢＤ＋ＺＦ ０．７
粉化严重
５ 国内 Ｇ 公司 Ｈ２２０ＢＤ＋ＺＦ ０．７ 试验料，使用正常
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇａｌｖａｎｎｅａｌｉｎｇ；ｂａｋｅ－ｈａｒｄｅｎａｂｌｅ ｓｔｅｅｌ ｓｈｅｅｔ；ｃｏａｔｉｎｇ；ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ
合金化热镀锌烘烤硬化钢板主要用于汽车外 板，对成 型、焊 接、涂 装、耐 蚀、抗 凹 陷、抗 石 击、抗 粉 化等综合性能 要 求 较 高。 国 内 ２００２ 年 就 已 成 功 开 发出了合金化热镀 锌 烘 烤 硬 化 钢 板，不 过 实 物 质 量 与世界领先水平 相 比，还 存 在 一 定 的 差 距。 笔 者 对 国内开发初期生产的质量正常及镀层粉化严重的样 板与国外领先水平 样 板 进 行 实 物 对 比 分 析，以 找 出 国内合金化热镀锌烘烤硬化钢板存在的具体差距及 其 原 因 ，明 确 改 进 方 向 。
关 键 词 ：合 金 化 热 镀 锌 ；烘 烤 硬 化 钢 板 ；镀 层 ；对 比 分 析
中 图 分 类 号 ：ＴＧ１７４．４４ 文 献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００１－４０１２（２０１２）０４－０２１３－０８
Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｇａｌｖａｎｎｅａｌｅｄ Ｂａｋｅ－ｈａｒｄｅｎａｂｌｅ Ｓｔｅｅｌ Ｓｈｅｅｔｓ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ Ｄｏｍｅｓｔｉｃａｌｌｙ ａｎｄ Ａｂｒｏａｄ
收 稿 日 期 ：２０１１－１０－０１ 作 者 简 介 ：张 理 扬 （１９７７－ ），男 ，高 级 工 程 师 ，博 士 。
１ 试 验 材 料 与 试 验 方 法
１．１ 试 验 材 料 试验对比分 析 用 样 板 如 表 １ 所 示。 其 中，１ 号
样板为国外 Ｚ 公司生产的合金化热镀锌烘烤硬化 钢板，２号样板为国外 Ｍ 公 司 生 产 的 合 金 化 热 镀 锌 烘烤 硬 化 钢 板，３ 号 和 ４ 号 样 板 都 为 国 内 开 发 初 期 生产 的 合 金 化 热 镀 锌 烘 烤 硬 化 钢 板。１～３ 号 样 板 使用正常，而 ４ 号 样 板 冲 压 时 镀 层 粉 化 严 重。５ 号 样板为国内改进试验生产的合金化热镀锌烘烤硬化 钢 板 ，试 验 室 分 析 镀 层 结 合 力 等 性 能 正 常 ，可 以 满 足 用户使用要求。
２ 试 验 结 果 与 讨 论
图 １ 圆 筒 杯 冲 试 验 装 置 示 意 图 Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｆｏｒ
ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｃｕｐ ｔｅｓｔ
镀层质量、镀层铁含量 和 镀 层 铝 含 量 使 用 ＧＤＳ －７５０Ａ 辉光放电 光 谱 仪 测 试。 测 试 前 先 用 无 水 酒 精擦洗 样 板 去 掉 表 面 油 污，每 面 镀 层 分 析 直 径 为 ４ｍｍ 的两个点，试 验 结 果 取 这 两 个 点 分 析 结 果 的
５ ０．００２ ２ ０．６３ ０．０２７ ０．００２ ４ ０．０００ ９
化［４］。由表２可 见，国 内 钢 板 的 碳 元 素 含 量 与 国 外 钢 板 相 当 ，但 氮 元 素 含 量 波 动 较 大 ，因 此 还 需 要 进 一 步提高氮元素含量的控制水平。
由表２还可以看 出，锰 元 素 含 量 除 １ 号 样 板 只 有０．３７％ 以 外，其 他 样 板 的 锰 元 素 含 量 都 控 制 在 ０．５０％～０．６５％之间。锰 是 固 溶 强 化 元 素，虽 然 它 是各种固溶强化元素中对钢板可镀性能影响最小的 元素，但锰元素含量 过 高 会 造 成 钢 板 的 成 型 性 能 下 降，也会对钢板的可镀性造成不良影响 。 ［５］
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｇａｌｖａｎｎｅａｌｅｄ ｂａｋｅ－ｈａｒｄｅｎａｂｌｅ ｓｔｅｅｌ ｓｈｅｅｔｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｄｏｍｅｓｔｉｃａｌｌｙ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ，
ｓｕｃｈ ａｓ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｃｏａｔｉｎｇ ｐｏｗｄｅｒｉｎｇ ａｍｏｕｎｔ，ｃｏａｔｉｎｇ ｍａｓｓ，ｃｏａｔｉｎｇ ｉｒｏｎ ｃｏｎｔｅｎｔ，ｃｏａｔｉｎｇ ａｌｕｍｉｎｉｕｍ ｃｏｎｔｅｎｔ，ｃｏａｔｉｎｇ ｍａｉｎ ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ｃｏａｔｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，ｃｏａｔｉｎｇ ＳＥＭ ｂｒｉｔｔｌｅ ｆｒａｃｔｕｒｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，ｃｏａｔｉｎｇ ＸＲＤ ｐｈａｓｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｃｏａｔｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ，ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｃｏａｔｉｎｇ ｍａｓｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｏｌｉｎｇ ｒａｔｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ａｆｔｅｒ ｇａｌｖａｎｎｅａｌｉｎｇ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｏ ｇｅｔ ｂｅｔｔｅｒ ｇａｌｖａｎｎｅａｌｅｄ ｂａｋｅ－ｈａｒｄｅｎａｂｌｅ ｓｔｅｅｌ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｗｉｔｈ ｇｏｏｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｐｏｗｄｅｒｉｎｇ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｔ ｈｏｍｅ．
平均值。 沿样板轧制方向截 取 长 ２０ ｍｍ、宽 ８ ｍｍ 的 试
样，在样板上刻上 编 号，用 丙 酮 擦 洗 吹 干 后，在 试 样 中间切一小缺口，并 清 除 掉 粘 附 在 缺 口 周 围 的 金 属 屑，把切好缺口的试 样 放 入 盛 有 丙 酮 的 烧 杯 中 再 用 超声波清洗并吹干，然 后 在 图 ２ 所 示 的 装 置 中 装 入 液氮，将试样缺口向 下 居 中 放 在 支 撑 架 下 面 放 置 试 样 的 凹 槽 内 ，将 冲 头 压 在 试 样 缺 口 的 对 面 ，使 试 样 浸 入 在 液 氮 中 ，冷 却 ２ ｍｉｎ 左 右 ，敲 击 冲 头 制 备 脆 性 断 口。将制备好的脆性断口放入盛有酒精的烧杯中超 声波清洗，然 后 吹 干，使 用 Ｓ４２００ 场 发 射 扫 描 电 镜 观察脆 性 断 口 形 貌 和 镀 层 表 面 形 貌，加 速 电 压 为 ２０ｋＶ，工 作 电 流 为 １０μＡ。
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２．１ 基 板 化 学 成 分 ５种合金化热镀锌烘烤硬化钢板基板的化学成
分分析结果 见 表 ２。 可 以 看 出，试 验 用 ５ 种 样 板 基 板的碳元素含量都控制在０．００２ ０％～０．００２ ５％ 之 间，略高于普通深 冲ＩＦ 钢 的 碳 元 素 含 量，氮 元 素 含 量都控制在０．００１ ５％ ～０．００３ ０％ 之 间，与 普 通 深 冲ＩＦ 钢中氮元素含量相当。对于烘烤硬化钢板，钢 中的碳 原 子 和 氮 原 子 数 量 越 多，则 其 烘 烤 硬 化 值 ＢＨ 值越高 。 ［２］ 通常烘烤硬化钢对 ＢＨ 值的 要 求 在 ３０～５０ ＭＰａ［３］，以在烘烤后增 加 的 强 度 与 抗 自 然 时 效性能之间获得最 佳 平 衡，因 而 需 要 对 钢 板 的 碳 元 素和氮元素含量进行严格控制。碳元素和氮元素含 量太低，达 不 到 期 望 的 ＢＨ 值；碳 元 素 和 氮 元 素 含 量 过 高 ，则ＢＨ 值 太 高 ，钢 板 的 室 温 时 效 性 能 恶
张 理 扬 等 ：国 内 外 合 金 化 热 镀 锌 烘 烤 硬 化 钢 板 对 比 分 析
表 ２ 各 样 板 基 板 的 化 学 成 分 （质 量 分 数 ）
Ｔａｂ．２ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ｆｏｒ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓａｍｐｌｅｓ （ｍａｓｓ）
１．２ 试 验 方 法 采用傅立叶红外光谱仪分析基板化学成分中的
碳、硫和氮元素，检测依据为 ＡＳＴＭ Ｅ １０１９－２００２； 采用光电直读光 谱 仪 分 析 硅、锰、磷、钛、铝 等 元 素。 检测依据为 ＧＢ／Ｔ ４３３６－２００２。
力 学 性 能 测 试 采 用 ＪＩＳ Ｇ３１３５－２００６ 中 的 标 准 板状拉伸试样 （３５ ｍｍ×２００ ｍｍ），在Ｉｎｓｔｒｏｎ 拉 伸 试验机上进行试 验。 测 试 烘 烤 硬 化 值 时，烘 烤 前 拉 伸 条 件 为 横 梁 位 移 速 率 ３ ｍｍ·ｍｉｎ－１，预 变 形 ２％ ， 烘烤条件为１７０ ℃保温２０ ｍｉｎ，并采 用 下 屈 服 点 计 算烘烤硬化值 ＢＨ２。