陈园林，魏海丽，杨芃，阮新建，张雨泉

（武汉钢铁股份有限公司，武汉 430083）

1 前言

随着世界轿车产业向节能、环保、安全和舒适的方向发展，车身在向轻量化方向发展的同时，对耐蚀性能的要求也越来越高。合金化热镀锌钢板（Galvannealed Steel Sheet，简称GA钢板）以其优良的耐蚀性能、涂装性能和焊接性能等优点已越来越多地应用于中高档轿车上[1]。

在使用钢种为JAC340H的合金化热镀锌钢板冲压轿车门外板过程中，经常出现拉毛脱锌缺陷，影响冲压零件质量和生产节奏。

生产上述产品的热镀锌机组采用的工艺是美钢联法，带钢热镀锌后，经感应合金化炉加热段和电辐射管合金化炉均热段进行锌层退火，然后经风冷和水冷冷却至室温左右。本次实验材料是牌号为JAC340H的烘烤硬化钢，公称厚度为0.7 mm，锌层厚度为45/45 g/m2的合金化热镀锌钢板，典型化学成分如表1:

表1 单位：（%）

2 拉毛脱锌缺陷的产生机理和影响因素

在汽车零件冲压成型过程中，材料在模具中发生滑动。当钢板和模具之间的摩擦力大于合金化镀层与基体之间的结合力时，就会产生拉毛脱锌缺陷。为了减轻，甚至消除拉毛脱锌缺陷，就要增加合金化镀层与基体之间的结合力，减小钢板和模具之间的摩擦力。

2.1 影响合金化镀层和基体之间结合力的因素

Lin C. S.等人的研究表明[2]，与Г-钢基体界面、Г-（Г1+δ1）界面、Г-δ1界面相比，Г1-钢基体界面或Г1-δ1界面的剪切强度是最大的。合金化镀层的最佳组织结构应以铁含量较低的相为主，在δ1相-钢基体界面上有一层薄薄的Г1相组织；相应地，合金化镀层中的参考平均铁含量在 10%左右为宜。

2.2 影响钢板和模具之间的摩擦力的因素

钢板和模具之间的摩擦力，与钢板和模具之间的摩擦系数成正比，与钢板和模具之间的面压力成正比，与钢板和模具之间的接触状态有关，与钢板在模具中的流动状态有关。

研究表明[3]，当合金化镀层表面ζ相越多时，钢板和模具之间的摩擦系数越大。

钢板表面的润滑油润滑效果越好、油膜厚度越大，钢板和模具之间的摩擦系数越小。

钢板厚度的均匀性和上下模具之间的配合度决定了钢板和模具之间的接触状态。

钢板的屈服强度、n值、r值等力学性能、钢板和模具之间的接触状态以及压边圈和压边力等模具参数，决定了钢板在模具中的流动状态。

3 改善拉毛脱锌缺陷的措施及其效果

3.1 优化合金化镀层相结构

3.1.1 优化锌液铝含量

浦井正章等人[4]对锌液低铝含量（0.12%Al）和锌液高铝含量（0.16%Al）的镀锌层在合金化处理过程中各种合金相的演变过程的研究表明，低Al含量的镀层从ζ相开始形成到转变为δ1相是均匀进行的，而高Al含量的镀层，按其部位不同，ζ相及δ1相形成的时间有所不同，且不是均匀地按顺序形成；当合金化镀层中的Fe含量达到11%时，低Al含量镀层中的相结构以细小的δ1相为主，且分布均匀；而高Al含量的镀层是以柱状δ1+块状ζ的混合相为主，且分布不均匀。

锌液铝含量太低，会产生大量的锌锅底渣，底渣太多会在钢板上产生锌渣、压印等表面质量缺陷。

确定锌液铝含量为0.13±0.01%。

3.1.2 优化合金化均热段炉温

随着合金化温度的升高和合金化时间的延长，镀层中的铁含量不断增加，合金化镀层组织中η和ζ相逐渐减少，δ1和 Γ1相增加，合金化温度越高，则镀层中相转变的速率越快，镀层的抗粉化性能越低[5]。

确定合金化炉均热段炉温为540-450℃的阶梯控制[6]。

3.1.3 优化锌层厚度均匀性

现场试验表明，均匀的锌层厚度有利于减少冲压脱锌的发生。在相同生产工艺情况下，A类试样冲压时脱锌，而B类试样冲压时不脱锌。A类试样和B类试样的上下表面、边中边的典型锌层厚度如表2:

表2 单位：g/m2

3.1.4 合金化镀层相结构改善的效果

现场试验表明，在相同的冲压参数下，C类试样冲压时脱锌，其镀层的典型辉光放电光谱（Glow Discharge Optical Emission Spectrometry）如图1，其镀层的典型表面微观形貌如图3；D类试样冲压时不脱锌，其镀层的典型辉光放电光谱（Glow Discharge Optical Emission Spectrometry）如图2，其镀层的典型表面微观形貌如图4:

通过上图可以看出C类试样表面的ζ相（柱状Fe-Zn相）较多，而D类试样表面几乎观察不到ζ相，同时C类试样合金化镀层中Fe含量分布不均匀，合金层中没有平滑的平台。相结构不是以δ1相为主的合金化相层是造成冲压脱锌的主要原因。

3.2 优化钢板在模具中的滑动状态

3.2.1 优化涂油量

为了减少钢板表面和模具之间的摩擦力，增加润滑性，钢板表面选择涂油量为双面极重涂油，单面涂油量2.0 g/m2。

3.2.2 优化力学性能

为避免冲压过程中产生拉毛脱锌和起皱现象，根据对前期此零件使用情况的进行统计，确定钢板的屈服强度范围为210～260 Mpa，控制目标为210～240 Mpa。

3.2.3 优化模具工艺参数

通过对冲压拉延模具的间隙调整、模面打磨和抛光，使机台研配型面贴合率达85%以上；同时将冲压压力减少5%，可以很好的减轻冲压拉毛脱锌问题。

3.2.4 优化滑动状态后的效果

在同等冲压工艺参数下，镀层表面相结构是δ1相为主的合金化热镀锌钢板，不同表面涂油量和屈服强度，冲压后零件质量情况如下表3:

表3

4 结论

解决使用合金化热镀锌钢板冲压车门等外露件时出现的拉毛脱锌缺陷，可从如下方面采取措施：锌液铝含量、锌液温度、锌层厚度均匀性、优化合金化炉均热段的炉温以及优化性能控制范围和表面涂油量。改善措施取得了良好效果，批量使用改善后的合金化热镀锌钢板未出现冲压拉毛脱锌现象，满足了汽车用户的要求。

[1]张理扬,李俊,左良.汽车用合金化热镀锌钢板的发展趋向. 钢铁钒钛,2004, 第25 卷第4 期.

[2]Lin C S, Meshil M. Effect of Steel Chemistry on the Microstructure and Mechanical Properties of the Commercial Galvanneal Coatings. In: Hartmann J E ed. The Use and Manufacture of Zinc and Zinc Alloy Coated Sheet Steel Products into the 21st Century.Chicago: The Iron and Steel Society, 1995. 477～484.

[3]张启富等编著. 现代钢带连续热镀锌. 北京：冶金工业出版社, 2007.1：503.

[4]浦井正章, 有村光史, 寺田誠ほか. 合金化溶融亞鉛あつき鋼板のパウダリング特性に及ぼすあつきなびに合金化條件の影響. 鉄と鋼.1991，77（7）：971～978.

[5]郝晓东, 袁训华, 张雪华,张启富. 合金化时间和温度对IF 钢镀层抗粉化性能的影响. 钢铁研究,2008,第36卷第3 期.

[6]黄先明, 刘立斌等, 热镀锌烘烤硬化钢板合金化退火过程中镀层表面合金相形成过程的研究, 矿冶工程, 2007年, 第27卷第5期 .