退火工艺对汽车高强钢板表面组织和可镀性的影响

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中锰钢和Q&P钢是实现汽车轻量化的理想材料,但其成分中锰、硅等合金元素含量较高,在退火过程中形成的表面氧化物将会对其可镀性造成不利影响。基于此,本文采用连续热浸镀锌模拟实验,研究了退火过程中温度、露点、氢气含量对实验钢板表面组织及其可镀性的影响,同时研究了预氧化工艺对钢板表面氧化行为的影响规律,获得的主要研究结果如下:(1)在镀锌退火过程中,对中锰实验钢而言,随着退火温度的升高,实验钢板的可镀性下降;在820℃退火时,当露点从-50℃增加至-10℃时,钢板表面可镀性逐渐变差,当露点继续增加至+10℃时,可镀性有所改善。在相同退火温度与露点条件下,氢气含量高,可镀性较好;而对Q&P实验钢而言,退火温度的改变对表面镀层影响不大,露点的增加可改善其可镀性。(2)氧分压是综合评估退火工艺参数对钢板表面氧化物形成影响的重要指标。对于中锰实验钢而言,随着氧分压的增大,钢板表面氧化物数量增加,阻碍热浸镀过程中抑制层的形成,从而恶化钢板的可镀性;结合弯曲试验的研究表明,在中锰钢热浸镀锌过程中,当退火温度较低时,其可镀性和力学性能都较好,而控制氧分压较低时,则会获得更好的锌层结合力。因此,当退火温度为650℃,露点为-50℃时,其锌层质量最好。(3)对Q&P实验钢合金元素的选择性氧化行为开展了热力学计算分析,结果表明,在10-24~10-19atm氧分压条件下,钢板表面氧化物主要为Mn2SiO4和SiO2。SiO2难以被锌液中的Al还原,其存在降低了钢板表面锌液的润湿程度,从而使可镀性变差;当氧分压增加至10-19atm时,SiO2不是热力学稳定相,因此在870℃退火温度,30℃露点条件下,Q&P钢可镀性较好。(4)经预氧化处理的实验钢,在加热阶段采用高露点,氧分压增大,可使实验钢中合金元素向表面富集,从而形成的氧化物层较薄,后在退火阶段采用低露点,对于Q&P实验钢而言可使钢板表面出现还原铁层,有助于提高钢板可镀性,但对于中锰实验钢而言,由于铁的氧化物形成量少,无法形成完整的还原铁层。在外加载荷作用下,Q&P钢内氧化层中SiO2存在的位置更容易发生开裂,且平行于表面分布的非晶SiO2会加剧裂纹的横向扩展,从而导致表面层的失效。
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