一种带铝或者铝合金镀层的钢制热冲压产品及其制造方法技术领域
本发明涉及热冲压产品及其制造方法，具体涉及是一种带铝或者铝合金镀层的钢
制热冲压产品及其制造方法。
背景技术
近年来，高强减薄、节能减排一直是汽车行业的主要发展趋势，其中，热冲压是实
现产品高强化的一种常用方式，它是通过热处理和高温成形相结合的方式来实现产品高强
度。常用的热冲压产品主要有：前、后门左右防撞杆(梁)、前、后保险杠、A柱加强板、B柱加强
板、C柱加强板、地板中通道、车顶加强梁等安全结构件，这些热冲压产品具有强度高、形状
复杂、成形性好、高尺寸精度、回弹小等特点。根据零件的服役情况，热冲压用钢表面状态分
为裸板和带镀层的钢板，由于带镀层的热冲压钢板相对于裸板可以省掉热冲压后的喷丸处
理，正越来越受到重视。最常用的铝或者铝合金镀层热冲压钢及锌基镀层热冲压钢，由于锌
基镀层会产生到基体的裂纹，因此目前常用的还是铝或者铝合金镀层热冲压钢。
中国专利CN101583486公开了涂覆钢带材的热冲压产品及方法，包括加热、转移及
冷却，而未涉及热冲压过程，包括模具合模速度、保压时间等冲压参数，由此会造成冲压产
品质量不稳定，如紧缩、开裂等，对加热过程中炉膛气氛不控制，导致加热过程中炉内气氛
发生变化，尤其是氧气含量发生较大变化，带来产品外观颜色很容易发生变化，实际生产发
现相同来料在同一工艺下，所得冲压产品外观颜色呈现较大不同。
中国专利CN100370054公开了高强度的镀铝或铝合金体系钢板，强调的是如何控
制镀层中Cr，Mn含量大于0.1％及对产品耐蚀性、耐热性的影响，也未涉及热冲压过程。
中国专利CN104384283公布了一种22MnB5高强度薄钢板的热冲压成形工艺，针对
的主要是裸板热冲压钢，且冲压过程未具体说明。
中国专利CN103212950针对的也是裸板热冲压产品，还包括后期喷丸等处理。
发明内容
针对现有带铝或者铝合金镀层热冲压钢产品及方法的不足，本发明的目的在于提
出一种更优异的带铝或者铝合金镀层的钢制热冲压产品及制造方法，所述的带镀层热冲压
产品具有强度高、形状复杂、成形性好、高尺寸精度、回弹小等特点，可用于汽车零部件，例
如，前、后门左右防撞杆(梁)、前、后保险杠、A柱加强板、B柱加强板、C柱加强板、地板中通
道、车顶加强梁等安全结构件。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
一种带铝或者铝合金镀层的钢制热冲压产品的制造方法，其包括如下步骤：
1)落料：将带铝或铝合金镀层钢板采用冲裁或者激光切割方法加工成零件所需形
状的坯料；所述的带镀层钢板厚度不超过2.8mm；
2)坯料热处理：将坯料放入加热炉中加热并保温，加热炉温度为900～950℃，加热
炉中气氛保证含氧量大于15％，坯料在加热炉中总的停留时间为2.5～10分钟；
3)坯料传输：将加热后的坯料快速传送至模具中进行冲压，传输时间为4～12秒，
保证冲压前的坯料温度为680～750℃；
4)坯料热冲压：将热的坯料直接在模具中冲压成形，冲压成形过程中对模具冷却
降温，确保冲压前模具的表面温度低于100℃。
进一步，所述的带镀层钢板的成分重量百分比为：C：0.08～0.8％，Si：0.05～
1.0％，Mn：0.1～5％，P<0.3％，S<0.1％，Al<0.3％，Ti<0.5％，B：0.0005～0.1％，Cr：0.01～
3％，其余为Fe及不可避免杂质。
优选的，所述的带镀层钢板的成分重量百分比为：C：0.1～0.6％，Si：0.07～
0.7％，Mn：0.3～4％，P<0.2％，S<0.08％，Al<0.2％，Ti<0.4％，B：0.0005～0.08％，Cr：0.01
～2％，其余为Fe及不可避免杂质。
优选的，所述的带镀层钢板的成分重量百分比为：C：0.15～0.5％，Si：0.1～
0.5％，Mn：0.5～3％，P<0.1％，S<0.05％，Al<0.1％，Ti：<0.2％，B：0.0005～0.08％，Cr：
0.01～1％，其余为Fe及不可避免杂质。
优选的，所述的镀层是纯铝或铝合金，用于钢板涂覆镀层的热浸镀液的成分重量
百分比为：Si：5～11％，Fe：0～4％，余量为铝及不可避免杂质。
优选的，所述的镀层是纯铝或铝合金，用于钢板涂覆镀层的热浸镀液的成分重量
百分比为：Si：9～10％，Fe：2～4％，余量为铝及不可避免杂质。
优选的，所述的带镀层钢板的上下表面、上下表面宽度方向不同位置处所测得的
镀层厚度值中间，最大值与最小值的差不超过5μm。
优选的，所述的步骤2)中，加热炉内气氛为空气或空气与惰性气体组成的混合气
体，气氛中氧气含量始终大于15％。
优选的，所述的步骤2)中，加热炉温度是900～950℃，优选加热炉温度是935～950
℃或945～950℃。
优选的，所述的步骤2)中加热炉内停留时间是2.5～10min，优选加热炉内停留时
间是2.5～5min。
优选的，所述的带铝或者铝合金镀层钢板厚度<1.5mm时，加热炉温度是900～950
℃，加热炉内停留时间是2.5～10min；优选为：加热炉温度是900～930℃，加热炉内停留时
间是3～10min；或，加热炉温度是935～950℃，加热炉内停留时间是2.5～5min；或，加热炉
温度是945～950℃，加热炉内停留时间是2.5～5min。
优选的，所述的带铝或者铝合金镀层钢板厚度是1.5～2.0mm时，加热炉温度是900
～950℃，加热炉内停留时间是2.5～10min；优选为：加热炉温度是900～930℃，加热炉内停
留时间是3～10min；或，加热炉温度是935～950℃，加热炉内停留时间是2.5～6min；或，加
热炉温度是945～950℃，加热炉内停留时间是2.5～5min。
优选的，所述的带铝或者铝合金镀层钢板厚度是2.0～2.8mm时，加热炉温度是900
～950℃，加热炉内停留时间是2.5～10min；优选为：加热炉温度是900～930℃，加热炉内停
留时间是3.5～10min；或，加热炉温度是935～950℃，加热炉内停留时间是2.5～6min；或，
加热炉温度是945～950℃，加热炉内停留时间是2.5～5min。
优选的，所述的步骤2)坯料加热过程中，加热温度700℃以上采用感应加热方式。
优选的，所述的步骤4)中，冲压时模具合模速度30～150mm/s，优选为50～100mm/
s。
优选的，所述的步骤4)中，冲压过程中，模具合模后持续保压淬火4～20s，对零件
施加的保压压强平均在零件表面需大于8MPa。
优选的，所述的步骤4)中，模具所用的模具钢材质为：在700℃时的热扩散系数大
于3.8m2/s。
优选的，所述的步骤4)中，冲压成形过程中对模具冷却降温采用模具内部设置冷
却系统或者采用自然冷却方式。
优选的，所述的步骤4)中，冲压成形后的零件冷却至300℃以下。
优选的，所述的步骤4)中，冲压后钢板微观组织为马氏体组织占95％以上，抗拉强
度大于1300MPa。
优选的，所述的步骤4)中，冲压后镀层中包含合金层和表面层，合金层厚度不超过
16μm，镀层总厚度不超过50μm。
本发明制造方法获得的钢制热冲压产品，其为带镀层钢板，在钢板表面涂覆铝或
铝合金镀层，所述的钢板成分重量百分比为：C：0.08～0.8％，Si：0.05～1.0％，Mn：0.1～
5％，P<0.3％，S<0.1％，Al<0.3％，Ti<0.5％，B：0.0005～0.1％，Cr：0.01～3％，其余为Fe及
不可避免杂质。
优选的，所述的带镀层钢板的成分重量百分比为：C：0.1～0.6％，Si：0.07～
0.7％，Mn：0.3～4％，P<0.2％，S<0.08％，Al<0.2％，Ti<0.4％，B：0.0005～0.08％，Cr：0.01
～2％，其余为Fe及不可避免杂质。
优选的，所述的带镀层钢板的成分重量百分比为：C：0.15～0.5％，Si：0.1～
0.5％，Mn：0.5～3％，P<0.1％，S<0.05％，Al<0.1％，Ti：<0.2％，B：0.0005～0.08％，Cr：
0.01～1％，其余为Fe及不可避免杂质。
优选的，所述的镀层包含合金层和表面层，合金层厚度不超过16μm，镀层总厚度不
超过50μm。
优选的，所述的镀层从钢基板向外，包含合金层、富Al的金属间化合物层、中间层、
表面层，合金层主要成分的重量百分比为：Si：0-6％，Fe：75-96％，Al：2-12％；富Al的金属
间化合物层主要成分的重量百分比为：Si：0-2％，Fe：30-50％，Al：40-60％；中间层主要成
分的重量百分比为：Si：2-6％，Fe：50-65％，Al：20-35％；表面层主要成分的重量百分比为：
Si：2-6％，Fe：50-65％，Al：20-35％。
优选的，所述的镀层从钢基板向外，包含合金层、富Al的金属间化合物层、中间层、
表面层，合金层主要成分的重量百分比为：Si：0-6％，Fe：75-96％，Al：2-12％；富Al的金属
间化合物层主要成分的重量百分比为：Si：0-2％，Fe：30-50％，Al：40-60％；中间层主要成
分的重量百分比为：Si：2-6％，Fe：50-65％，Al：20-35％；表面层主要成分的重量百分比为：
Si：2-6％，Fe：50-65％，Al：20-35％。
优选的，所述的钢板的微观组织为马氏体组织占95％以上，抗拉强度大于
1300MPa。
本发明所述带镀层钢板的镀层微观组织分为合金层和表面层，合金层是与基板相
邻的过渡层，该层与基板铁发生高度合金化形成，表面层在合金层之上，其组成取决于所选
镀液组成。
本发明所述的带镀层钢板表面镀层厚度要求均匀性良好，是指钢板镀层厚度在同
一设定条件下，钢板上下表面、上下表面宽度方向不同位置处所测得的镀层厚度值中间，最
大值与最小值的差不超过5μm。
本发明方法所述的步骤2)中加热炉内气氛是空气或者空气与惰性气体组成的混
合气体，生产使用过程中，气氛中氧气含量始终大于15％，且生产过程中相对恒定，不足
15％时，可根据需要进行适当补充，否则可能影响镀层表面氧化物的形成与分布，并最终影
响产品外观，最直接的是影响产品颜色。
本发明所述步骤4)中，冲压时模具合模速度30～150mm/s，以使零件能保证良好的
成形性能，减少开裂、缩颈等冲压缺陷的发生。
本发明所述步骤4)零件冷却至300℃以下，使零件内部组织转变为目标零件所需
要的组织结构，同时保持零件在冷却过程中依然保持良好的尺寸形状。
热冲压产品质量与冲压过程紧密相关，冲压过程参数不稳定或不佳，将直接影响
冲压产品质量，紧缩、开裂等冲压产品缺陷将时有发生。同时，现有冲压过程中一般在空气
中进行，炉膛气氛不受控，而冲压过程中，产品表面会在炉膛内发生氧化，造成炉膛气氛如
氧含量发生变化，氧含量变化将影响最终产品表面氧化产物组成，进而影响产品外观颜色，
带来产品外观颜色不均匀或前后不一致。还有，热冲压过程中，模具的温度越高，板料表面
存在氧化皮，会使板料的冷却速度减小，马氏体层变粗，性能下降，板料表面的质量恶化，如
文献《材料研究学报》2014年2月第28卷第2期报道的“热冲压过程中冷速对高强塑积硼钢性
能的影响”。
为解决上述问题，本发明进行了专门研究，尤其对热冲压过程参数和炉膛气氛进
行了优化；另外，模具温度在室温或者50℃以下，可保证更高冷却速率，从而提升热冲压件
表面及产品综合性能。
本发明的有益效果：
本发明采用同一的带镀层钢板在同一热冲压过程中所得冲压产品外观颜色、形貌
均匀一致，不会或很少会发生紧缩、缩颈、开裂等缺陷。
本发明所述的带镀层热冲压产品具有强度高、形状复杂、成形性好、高尺寸精度、
回弹小等特点，可用于汽车零部件，例如，前、后门左右防撞杆(梁)、前、后保险杠、A柱加强
板、B柱加强板、C柱加强板、地板中通道、车顶加强梁等安全结构件。
附图说明
图1是现有带镀层热冲压产品外观，相同来料，相同热冲压工艺，所得热冲压产品
外观呈现较大不同；
图2是现有带镀层热冲压产品不同颜色零件表面照片；
图3是本发明实施例1中所述热冲压产品外观照片；
图4是本发明实施例1中所述热冲压产品镀层截面金相；
图5是本发明实施例2中所述热冲压产品镀层截面金相；
图6是本发明实施例3中所述热冲压产品表面SEM形貌；
图7是本发明实施例8中所述热冲压产品镀层截面SEM形貌。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步。
表1为本发明实施例钢板的成分；表2为本发明实施例的制造工艺；表3所示为本发
明热冲压产品实施例的性能。
实施例1
将1.2mm带铝合金镀层钢板激光落料成一定尺寸和形状的坯料，热浸镀镀液组成
Si：8.5％，Fe：2.6％，其余为铝及不可避免杂质，坯料进入加热炉，加热炉温度950℃，停留
时间3.5min，炉内气氛氧含量为20％，10s内传输至模具，合模速度100mm/s，保压时间10s，
保压压力10MPa，所得产品外观如图3所示，镀层截面微观结构如图4所示，所得热冲压品基
板微观组织中马氏体比例高于95％，硬度HV10为450，镀层总厚度43μm，合金层厚度12μm。
实施例2
将0.9mm带铝合金镀层钢板激光落料成一定尺寸和形状的坯料，热浸镀镀液组成
Si：8.3％，Fe：2.4％，其余为铝及不可避免杂质，坯料进入加热炉，加热炉温度940℃，停留
时间5min，炉内气氛氧含量为22％，5s内传输至模具，合模速度50mm/s，保压时间4s，保压压
力8MPa。所得热冲压品基板微观组织中马氏体比例高于97％，硬度HV10为480，镀层总厚度
50μm，合金层厚度15μm，镀层截面微观结构如图5所示。
实施例3
将1.0mm带铝合金镀层钢板激光落料成一定尺寸和形状的坯料，热浸镀镀液组成
Si：9.0％，Fe：2.7％，其余为铝及不可避免杂质，坯料进入加热炉，加热炉温度930℃，停留
时间7min，炉内气氛氧含量为18％，8s内传输至模具，合模速度70mm/s，保压时间6s，保压压
力12MPa。所得热冲压品基板微观组织中马氏体比例高于96％，硬度HV10为490，镀层总厚度
41μm，合金层厚度11μm。图6是热冲压产品表面SEM形貌，从图6可以看出，本发明实施例3中
所述热冲压产品SEM形貌，表面存在一定凹凸不平，有利于后续涂装。
实施例4
将0.9mm带铝合金镀层钢板激光落料成一定尺寸和形状的坯料，热浸镀镀液组成
Si：8.8％，Fe：2.7％，其余为铝及不可避免杂质，坯料进入加热炉，加热炉温度920℃，停留
时间7min，炉内气氛氧含量为20％，8s内传输至模具，合模速度70mm/s，保压时间6s，保压压
力15MPa。所得热冲压品基板微观组织中马氏体比例高于98％，硬度HV10为440，镀层总厚度
39μm，合金层厚度10μm。
实施例5
将1.1mm带铝合金镀层钢板激光落料成一定尺寸和形状的坯料，热浸镀镀液组成
Si：10％，Fe：3.5％，其余为铝及不可避免杂质，坯料进入加热炉，加热炉温度935℃，停留时
间4.5min，炉内气氛氧含量为22％，7s内传输至模具，上下模具合模速度80mm/s，保压时间
5s，保压压力15MPa。所得热冲压品基板微观组织中马氏体比例高于95％，硬度HV10为460，
镀层总厚度41μm，合金层厚度11μm。
实施例6
将1.5mm带铝合金镀层钢板激光落料成一定尺寸和形状的坯料，热浸镀镀液组成
Si：10％，Fe：3.5％，其余为铝及不可避免杂质，坯料进入加热炉，加热炉温度935℃，停留时
间5min，炉内气氛氧含量为22％，7s内传输至模具，上下模具合模速度80mm/s，保压时间5s，
保压压力15MPa。所得热冲压品基板微观组织中马氏体比例高于95％，硬度HV10为461，镀层
总厚度42μm，合金层厚度11μm。
实施例7
将1.8mm带铝合金镀层钢板激光落料成一定尺寸和形状的坯料，热浸镀镀液组成
Si：10％，Fe：3.5％，其余为铝及不可避免杂质，坯料进入加热炉，加热炉温度945℃，停留时
间2.5min，炉内气氛氧含量为22％，7s内传输至模具，上下模具合模速度80mm/s，保压时间
5s，保压压力15MPa。所得热冲压品基板微观组织中马氏体比例高于95％，硬度HV10为470，
镀层总厚度40μm，合金层厚度9μm。
实施例8
将2.0mm带铝合金镀层钢板激光落料成一定尺寸和形状的坯料，热浸镀镀液组成
Si：10％，Fe：3.5％，其余为铝及不可避免杂质，坯料进入加热炉，加热炉温度940℃，停留时
间3min，炉内气氛氧含量为22％，7s内传输至模具，上下模具合模速度80mm/s，保压时间5s，
保压压力15MPa。所得热冲压品基板微观组织中马氏体比例高于95％，硬度HV10为480，镀层
总厚度40μm，合金层厚度11μm。如图7所示，其为热冲压产品镀层截面SEM形貌，所述的镀层
从钢基板100向外，包含合金层1、富Al的金属间化合物层2、中间层3、表面层4。
实施例9
将2.4mm带铝合金镀层钢板激光落料成一定尺寸和形状的坯料，热浸镀镀液组成
Si：10％，Fe：3.5％，其余为铝及不可避免杂质，坯料进入加热炉，加热炉温度935℃，停留时
间5min，炉内气氛氧含量为22％，7s内传输至模具，上下模具合模速度80mm/s，保压时间5s，
保压压力15MPa。所得热冲压品基板微观组织中马氏体比例高于95％，硬度HV10为460，镀层
总厚度42μm，合金层厚度12μm。
实施例10
将2.8mm带铝合金镀层钢板激光落料成一定尺寸和形状的坯料，热浸镀镀液组成
Si：10％，Fe：3.5％，其余为铝及不可避免杂质，坯料进入加热炉，加热炉温度950℃，停留时
间2.5min，炉内气氛氧含量为20％，7s内传输至模具，上下模具合模速度80mm/s，保压时间
5s，保压压力15MPa。所得热冲压品基板微观组织中马氏体比例高于95％，硬度HV10为460，
镀层总厚度40μm，合金层厚度8μm。
从图1可以看出，相同规格的铝硅镀层来料，经过相同热冲压工艺，所得热冲压产
品外观颜色呈现较大不同，颜色有土灰色、蓝色、黄色、蓝紫色等。
从图2可以看出，现有带铝硅镀层的热冲压产品在金相显微镜下呈现出明显颜色
不同。
从图3可以看出，本发明实施例1中所述热冲压产品在相同热冲压工艺下外观颜色
比较均匀一致，呈现蓝灰色。
从图4、图5可以看出，本发明实施例1-2中所述热冲压产品镀层截面厚度均匀连
续，合金层和镀层厚度符合要求。
表1钢板成分重量百分比(wt％)
实施例
C
Si
Mn
P
S
Al
Ti
B
Cr
1
0.15
0.10
2.90
0.059
0.038
0.09
0.090
0.0031
0.15
2
0.25
0.23
1.19
0.015
0.001
0.04
0.030
0.0040
0.27
3
0.49
0.50
2.51
0.024
0.04
0.08
0.027
0.0052
0.51
4
0.39
0.36
3.00
0.044
0.03
0.07
0.05
0.0062
0.71
5
0.50
0.48
0.50
0.081
0.02
0.05
0.20
0.0071
0.20
6
0.15
0.10
2.90
0.059
0.038
0.09
0.090
0.0031
0.15
7
0.25
0.23
1.19
0.015
0.001
0.04
0.030
0.0040
0.27
8
0.49
0.50
2.51
0.024
0.04
0.08
0.027
0.0052
0.51
9
0.39
0.36
3.00
0.044
0.03
0.07
0.05
0.0062
0.71
10
0.50
0.48
0.50
0.081
0.02
0.05
0.20
0.0071
0.20
表2
表3