退火温度对热镀锌双相钢合金元素表面富集及可镀性的影响

　　为了顺应汽车工业减重节能、提高车体耐蚀性的发展潮流，热镀锌超高强钢的应用已经成为汽车工业发展的显著趋势，特别是热镀锌双相钢由于具有一系列优异性能，广泛应用于轿车边梁、支柱等车体结构加强件和防撞安全件。热镀锌双相钢主要由马氏体和铁素体组成，其将强韧的马氏体引入到高延展性的铁素体中强化，使其具有高强度的同时，又具有良好的高成形性[1]。然而，为了获得马氏体和铁素体的双相钢组织，需在成分中添加一定数量的合金元素，Mn是最为有效的强化元素之一，主要作用是提高基板的淬透性，保证组织中马氏体含量;Si元素的添加主要是净化铁素体，强化铁素体，优化双相钢强度和韧性的平衡，但是过量的添加将降低镀层的浸润性，产生漏镀缺陷[2]。一些学者的研究表明，合金元素Mn、Si在再结晶退火过程中，由于炉内气氛中不同露点的影响[2-3]，或退火工艺的不同，都会影响到镀锌的浸润性，同时影响镀锌时界面阻挡层的形成，最终对镀层表面质量产生不良影响[4]。因此，热镀锌双相钢不能像冷轧双相钢一样充分利用Mn、Si这两个元素，常用的作法是用其他元素Cr、Mo等替代一部分。本文通过选取不同含量的Mn、Si元素，着重研究了退火工艺，特别是不同退火温度对元素表面富集的影响，以便在含有一定Mn、Si元素的条件下，为优化退火工艺提供参考。

　　1 试验过程

　　选取两种不同Si、Mn基版成分的材料，见表1。冷轧板取自于工业生产，1号试样的强度级别(抗拉强度)为600MPa，2号试样为800MPa。将试样剪切成70mm×220mm，在连续退火模拟机上进行退火试验，各种退火工艺如图1所示。

　　退火后的试样，用HITACHI S-4200场发射扫描电镜观察表面形貌及分析微区成分，用LECO GDS 805(glow discharge spectroscopy)分析试样退火后从表面到内部元素的分布特征。

　　镀锌后的试样同样取自于大工业生产，仔细观察试样镀锌表面的外观状况，为分析阻挡层的特征，用大约5%的稀盐酸溶液溶去表面锌层。

　　2 试验结果和讨论

　　2.1 退火后的表面状态

　　取自于工业生产的冷轧板，材料为1号、2号，在实验室进行不同退火温度和退火时间的热处理，退火后试样的表面发生了很大的变化。图2为各种不同的表面微观形貌，模拟带速均为50m/min。

　　由图2可以看出，在780℃的退火温度下，由于原子还没有足够的扩散能力，含Si低Mn的1号试样几乎没有外表面富集，即使在晶界看到的只是少许几个小颗粒; 当退火温度达到860℃时，在晶界和晶粒内部弥散分布着一定数量的小颗粒，颗粒尺寸约为100nm。2号试样的Mn含量更高，在低温780℃ 退火时，表面已有颗粒出现，且颗粒的尺寸明显大得多; 当退火温度达到860℃时，颗粒变小并集聚在一起连成了片，所占面积增大。用EDS对小颗粒进行成分分析，其富含Mn元素，为6%～8%，而无小颗粒处的成分主要是Fe元素，但EDS未检测到Si、O元素。退火温度是影响元素富集程度最重要的关键因素之一，低温退火时，原子得不到足够的能量扩散到外表面，只能滞留在次表面层，随着温度的增高，元素的扩散系数增大，扩散能力增强，扩散速度加快，在一定的时间内，某些元素可以克服逸出功，最终聚集在外表面上，形成富集。