先进高强钢（AHSS）及超高强度钢的开发方法

先进高强度钢（AHSS）和超高强度钢（UHSS）越来越多地应用于汽车白车身。 开发此类钢材的主要动机是提高乘员安全、减少温室气体排放和提高燃油效率。 对于全球所有汽车制造商来说，减轻车辆重量是一个关键问题。 由于薄规格AHSS和UHSS可以有效减轻汽车的重量，因此确保此类钢材具有高耐腐蚀性是关键。 因此，确保传统热镀锌生产线上无缺陷生产镀锌及合金镀锌AHSS和UHSS已成为先进钢铁产品和工艺研究的重点。 本文讨论了最近开发的中锰钢的镀锌。

连续镀锌过程中的表面变化

图1 连续退火过程中发生的表面和亚表面反应

图1显示了热镀锌生产线连续退火过程中钢材表面和亚表面发生的主要反应。 图2显示了钢带浸入锌浴中时发生的表面和亚表面变化。 AHSS和UHSS表面与热镀锌线退火炉中的气氛相互作用，导致氧化铁被还原。 然而，合金元素会被炉中的水蒸气选择性氧化。 水解反应决定了氧分压(PO2)。 尽管氧分压极低，但仍能引起Mn、Si、Al等合金元素的表面和/或亚表面选择性氧化。 表面氧化膜的存在，特别是非晶态α-xMnO·SiO2 (x

图2 热浸镀锌过程中Fe/Zn界面变化

图3显示了避免热镀锌带钢表面缺陷的主要方法。 控制Mn/Si比例已被证明是避免合金镀锌高强度双相带钢表面镀层缺陷的有效方法。 在高露点气氛中退火会导致内部氧化，但不会导致外部氧化。 低露点时发生外部氧化，露点升高时发生内部氧化。 露点的控制有效提高了相变诱导塑性（TRIP）钢等第一代汽车先进高强钢的锌及锌合金镀层质量。 添加少量的表面活性元素，如Sn和Bi，可以阻止富锰氧化物MnO和2MnO·SiO2的形成，并改变氧化物的形貌。

图3 避免热镀锌钢板表面缺陷形成的主要方法

本文讨论了与减少合金镀锌中锰钢上 MnO 涂层缺陷形成的两种方法相关的最新结果。 可成型超高强度高锰孪生塑性（TWIP）钢和中锰TRIP钢的开发给镀锌带来了新的挑战。 相反，含硅TRIP钢可以通过控制富硅氧化膜来提高其镀锌性能，而高锰、中锰钢在临界退火时需要控制表层MnO的形成。

实验流程

冷轧全硬6%Mn钢板在露点受控的试验炉中进行临界退火处理。 模拟退火工艺为：温度范围820-1050℃，气氛N2+10%H2和N2+50%H2。 退火前，对试样进行电解抛光，以使横截面的 TEM 观察不受钢板表面粗糙度的干扰。 连续退火工艺是将钢板以10℃/s的速度加热至退火温度，保温10分钟，然后用氦气快速冷却至室温。 采用扫描电子显微镜和透射电子显微镜观察连续退火过程中形成的表面氧化物形貌。

镀锌中锰钢表面变化

但试验表明，各种中锰钢的镀锌性能并不能通过露点控制来提高。 中锰钢的氧化还原退火为可在热镀锌线上实施的工艺提供了可能的解决方案。 因为在氧化阶段，中锰钢表面形成一层（Fe，Mn）O，然后在还原阶段形成铁素体。 尽管氧化还原退火后没有形成连续的MnO表面层，但MnO颗粒嵌入Fe/MnO表面层中。 结果，中锰钢的镀锌性能，即锌浴的润湿性和抑制层的形成得到改善。 但由于形成孔洞，涂层附着力较差。

热力学计算表明，选择性氧化物如MnO和SiO2可以在较高温度和氢含量较高的气氛中被还原。 MnO和SiO2的还原也得到了实验验证。

试验表明，6%Mn钢在N2+50%H2气氛中950℃退火后，表面无MnO。 目前，本研究旨在进一步降低温度和H2浓度来评估工业条件下MnO的还原行为。

结论

先进高强度和超高强度钢的化学成分特点是Mn含量高，导致在标准退火气氛中产生MnO层。 对氧化还原法和MnO选择性氧化物还原法进行了分析，发现两种方法均可改善退火钢板表面的润湿性。 然而，氧化还原法导致涂层附着力较差。