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摘要: 目前，为了解决热成型汽车零部件在制造过程中的高温氧化和耐腐蚀问题，涂层热成型钢板在全球汽车行业得到越来越广泛的应用。 其中，热成型镀锌钢板凭借高耐腐蚀性、低成本等优势，近年来备受热成型产业链关注。 文章对某钢铁企业生产的热成型镀锌钢板从材料到零件进行多方位的使用性能评价，并与铝硅镀层板进行横向比较。 镀锌板具有较好的耐腐蚀性和涂层性能，而铝硅板具有较好的高温成型性、抗氧化性和粘结性能。
关键词：热成型； 镀锌板； 铝硅板； 服务表现
轻量化是推动我国汽车产业节能减排的有效途径。 高强度钢是制造汽车零部件的基础原材料之一，最具轻量化、安全性等优点。 热成形工艺能够较好地解决高强钢板成形过程中成形性差和回弹大两大问题，已成为全球汽车轻量化制造最受关注的领域之一[1-3]。 目前，热成型件广泛应用于汽车车身结构件。 主要部件包括横向支撑梁、悬挂固定梁、纵向承重梁、前缓冲梁、A柱、B柱、门槛和车顶边梁等[4]。 1997年首次应用的热成型钢板为裸板。 为了解决零件在热成型加热和中间转出炉时的高温氧化问题（形成的氧化皮会增加成型过程中钢板与模具之间的摩擦系数，降低寿命模具的损坏也会导致零件表面形成脱碳层，降低零件的强度），以及裸板腐蚀的问题。 近年来，涂层板材逐渐取代裸板，成为热成型产业链中的主要原材料力量。 （）1999年开发成功铝硅涂层板，该产品有效解决了高温氧化问题，帮助零部件企业避免了成型后的加热保护气氛和抛丸工序，降低了成本； 提高零件的高温成形性，减少模具磨损； 它还具有较强的耐腐蚀性[5-7]。 但作为专利保护产品，其成本相对较高。 因此，近年来镀锌热成型钢板应运而生，其中以热镀锌合金镀层GA()钢板最为典型[8-10]。 目前，国内外多家钢铁企业正在致力于开发可部分替代铝硅镀层板的镀锌板。 镀锌板和铝硅板的性能优缺点也是人们关注的焦点之一。 文章通过实验得出某钢铁公司生产的镀锌热成型钢板和铝硅板的合理热成型工艺条件。 在这些条件下，对淬火状态下的两块板材进行了从材料到零件层面的多方面测试。 综合服务性能评估分析，结合主机厂的要求，评估两者的应用优缺点。 通过文章研究，为主机厂和零部件厂合理选材、钢铁企业新产品开发或质量提升提供指导。
1 测试材料
本文选用的两种对比材料是某钢铁公司生产的GA镀锌板和铝硅板。 从高温成形性、抗氧化性、耐腐蚀性、结合性能、涂层性能等多个方面进行性能对比评价。 。 两种实验材料的基本信息如表1所示。此外，两种对比涂层热成型钢基材的成分一致，均落在传统成分范围内。
2 测试结果与讨论
2.1从高温摩擦系数和高温FLD两个方面比较两种材料的高温成形性能。 首先，使用自制的高温摩擦试验机对两种材料进行测试和比较。 结果如图1所示。可以看出，随着温度的升高，GA板的摩擦系数略高于Al-Si板，表明GA板是热成型的。 加工过程中钢材与模具之间的摩擦作用比铝硅板弱，这意味着铝硅板具有更强的均匀减薄和成形能力，有利于提高成形尺寸精度和表面质量零件的质量，并降低开裂的风险。
针对两种材料，进一步进行了高温FLD对比测试，并且测试也在文章团队自主研发的专用设备上完成。 测试过程首先将样品在模拟加热炉中加热到指定温度，然后使用工具快速将样品从炉中取出并快速放置在测试机上。 利用试验机的液压系统对样品加压，通过压头对样品施加压力，直至将样品取出。 按压直至裂纹结束。 试验前对样品表面进行网格化，试验后测量各网格的一次、二次应变，最终得到不同温度下相应的FLD曲线。
测试结果如图2所示。可以看出，相同温度下，GA板的高温FLD曲线总体低于Al-Si板，即高温成形安全区面积GA板比Al-Si板低。 结果与高温摩擦系数结果一致，即Al-Si板的高温成形性能略好于GA板。
2.2 高温抗氧化性
文章参考《HB 5258-2000钢和高温合金抗氧化试验方法“增重法”》，对两种材料的高温抗氧化性能进行了对比试验。 结果表明，GA板的平均氧化速率约为0.77g/m2·h，Al-Si板的平均氧化速率为0.66g/m2·h。 可以看出，两种涂层板的平均氧化速度均符合抗氧化水平（0.1~1.0g/m2·h）的标准要求。 相比之下，GA镀层板的平均氧化速率略高于Al-Si板，表明GA板的高温抗氧化能力略弱于Al-Si板。
2.3 涂装性能
参照某主机厂的标准，从晶体尺寸、磷化膜覆盖率、膜厚、膜重四个维度对两种材料的磷化涂膜性能进行测试和评价。 图3为两种材料经过表面磷化处理后的表面磷化膜形貌。 结果表明，GA板磷化膜厚度为11.8μm，比Al-Si板厚0.5μm。 重量为8.23g/m2，也比铝硅板重2.11g/m2。 表明GA涂层的磷化膜更致密，涂层性能优于Al-Si板。
进一步参考某主机厂的标准，从膜厚、粗糙度、附着力、耐热耐湿性四个维度对两种材料的电泳性能进行测试和评价。 结果表明，在相同的电泳条件下，GA板表面电泳膜的平均厚度为30.8μm，高于Al-Si板的27.5μm。 GA板表面电泳膜粗糙度Ra为0.26，粗糙度Rz为1.58，均高于Al-Si板的性能水平（Ra为0.21，粗糙度Rz为1.25）。 另外，其表面电泳膜的附着力和耐湿热起泡水平也低于铝硅板（越低越好）。 综上所述，以上对比验证了GA板具有更好的电泳涂装性能优势。
2.4 耐腐蚀性
参照《GB/T 10125人工气氛腐蚀试验》标准对两种材料涂层的防腐性能进行对比测试和评价。 测试条件为：温度36℃； 试验电解质溶液为100g/L ZnSO4·7H2O和200g/LNaCl的混合溶液，pH为6.5～7.2。 沉降体积1~2mL/80cm2·h； 测试时间为168h； 电流密度为10mA/cm2，样品为工作电极，铂电极为对电极，参比电极为饱和甘汞电极。 结果表明，两种材料在涂层覆盖部位的防护效果是一致的。 但在冲切修边部位，试验前后切割线一侧GA板的腐蚀宽度分别为0.22mm和0.31mm，仅增加了0.09mm。 ; Al-Si板的数据分别为0.21mm和1.22mm，腐蚀层厚度增加约1.0mm。 很明显，GA板具有更强的抗机械加工腐蚀的能力。 由于一般铝硅板的涂层不能提供阴极保护，因此在未涂层的切削刃处很容易腐蚀。 然而，即使GA板的涂层在热成型后受到破坏，也能为基材提供强大的电化学腐蚀保护。 由于Zn的电极电位（-0.762V）低于Fe的电极电位（-0.439V），因此Zn在腐蚀过程中被消耗，从而有效地保护了基体。
2.5 粘接性能
参照“的”标准，对两种材料进行粘接性能测试。 分别测试了两种材料在室温下和水浴后的胶结性能。 试验中使用的胶结剂为陶氏化学。 试验前，对两块板材的胶接处进行准静态拉伸试验，得到剪切强度值。 然后按照标准要求在既定的工作条件下对样品进行水浴处理，然后对处理后的样品进行准静态拉伸测试以获得剪切强度值。 对于剪切强度，以水浴处理前后样品的粘合接头的剪切强度降低率作为评价指标。 图4为试样外观，测试结果如表2所示。可以看出，在相同的测试条件下，GA板胶接接头的强度降低率约为23.81%，而Al-Si板块占比约为15.29%。 两者也都满足OEM的技术要求。 与铝硅板相比钢材镀锌的作用，粘接接头在腐蚀环境中更能抵抗性能退化。
3 总结
文章对某钢铁公司生产的热成型镀锌钢板（GA）从高温成型性、抗氧化性、耐腐蚀性、涂层性能、结合性能等方面进行了性能评价，并与Al-Si进行了比较涂层板进行比较。 结果表明，两种涂层钢的综合性能水平差异不大。 GA板具有更好的耐腐蚀性和涂层性能钢材镀锌的作用，而Al-Si板具有更好的高温成型性、抗氧化性和粘结性能。
参考
[1] 金学军，龚宇，韩显红，等． 先进热成型汽车用钢的制造和使用研究现状及展望[J]. 冶金杂志，
[2] 梁江涛. 高级热成型钢强韧化机理及应用技术研究[D]. 北京：北京科技大学，2019。[3]陈辉，景才年。 热成型技术在汽车轻量化中的应用与发展［J］. 金属热处理，2016，41(3)：61-
[4] 李继雄. 基于热成型高强钢板的轻量化车身结构分析与优化[D]. 广州：华南理工大学，2014。
[5] 马文宇，李雪涛，郑学斌，等。 热处理工艺对铝硅涂层热成型钢组织与性能的影响[J]. 中国冶金科工、
[6] 龚俊杰，李文天，周岩，等。 铝硅镀层板的发展现状及建议[J]. 河北冶金，2020，(9)：1-10+38。 [7] 陈忠，郑晓芳，崔雷，等。 奥氏体化时间对铝硅涂层热成型钢组织和性能的影响[J]. 安徽工业大学学报（自然科学版）, 2021, 38(4): 361-366.
[8] 丁凯，董五峰，王丽，等。 先进镀锌高强钢液态金属脆化研究进展及挑战[J]. 钢铁研究杂志，
[9] 朱佳. 镀锌高强钢板热冲压工艺研究[D]. 武汉：华中科技大学，2019。
[10] 张杰. 超高强度热成型钢涂层结构与性能研究[D]. 沉阳：东北大学，2014。
注：以下视频与上述文章内容没有直接关系。
