CN101619383A - 一种高强度钢板冲压件的新型热成形法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种高强度钢板冲压件的新型热成形方法，属于热冲压成形领域。所述发明基于硼合金板材在600℃以下与空气短暂接触接触不会生成氧化皮的原理，对原有的热冲压成形工艺加以改进，在板材被加热到再结晶温度以上之后，先在不与空气接触的条件下，将其转移到一个拥有气体保护氛围的冷却腔室内，以大于27℃/S的速度降温至600℃之后，再迅速转移到热冲压成形模具中快速成形冷却，以得到高强度且表面无氧化皮的零件。本发明解决了热冲压成形过程中板材在高温条件下表面容易产生氧化皮的问题，提高了零件的表面质量和可喷涂性能，减轻了模具的冷却压力，减缓模具的热疲劳失效，提高了模具的使用寿命。

Description

一种高强度钢板冲压件的新型热成形法

技术领域：

本发明涉及一种高强度钢板冲压件的新型热成形法，属于热冲压成形技术领域。

背景技术：

热冲压成形是一项专门用于制造高强度钢板冲压件的技术，通过这种方法制得的零件，具有超高的强度，良好的尺寸精度，应用于汽车制造领域，可以提高汽车的碰撞安全性能，减轻车身重量，符合节能环保的要求，近年来受到广泛的关注。

高强度钢板的高温氧化防护是热冲压成形工艺需要解决的一个关键问题。在热冲压成形工艺中，板材需要被加热到再结晶温度以上，高温下的板材与空气接触，表面会严重氧化，生成氧化皮，即使是在具有保护性氛围的加热炉中加热，钢板在从加热炉转移到模具的过程中，氧化也难以避免。该氧化皮不仅影响零件的表面质量，而且在冲压时容易脱落，附着在模具表面，必须及时清除，否则会影响生产的连续性；而附着在成形件表面的氧化皮，由于与零件基体的结合性差，在进行喷涂等提高零件耐锈性的处理之前必须通过喷丸等方法除去，增加了成产成本，使生产周期延长；而且氧化皮硬度较高，有可能划伤模具表面。

目前针对高强度钢板在热成形过程中的高温氧化问题，主要是从钢板的角度入手，在板材表面涂覆一层保护层，通过涂层与空气的反应消耗氧气或者阻隔板材与空气的接触的方式来达到使板材表面不被氧化的目的。一种典型方式是在板材的表面镀一层铝、锌或者铝-硅、铝-锌涂层，利用涂层材料与基体之间形成的固溶相保护基体金属不被氧化，如arcelor公司的研制的超高强度钢板usibor1500P，这种钢板主要用于直接热成形工艺中。另一种典型方式是以nano-x公司研制的x-tec为代表的高温防氧化涂料，主要用于间接热成形工艺。这种方法，不仅增加了对板材进行防氧化处理所需的费用，而且在成形之后，由于涂层或镀层与钢板基体结合性不佳，必须通过喷丸或者酸洗等方法将涂层除去，使热冲压成形工艺更加复杂，增加了生产成本，影响零件表面质量。

在美国专利PCT/EP03/09607和中国专利200480021913.6中都公开了有关热冲压件的加工方法，但是均为提及如何防止钢板在高温下表面氧化的方法。本发明对原有的加工工艺进行了改进，解决了板材在高温下表面氧化的问题。实验表明，只有在600℃以上，板材与空气接触，才会在表面形成氧化皮，而当温度低于600℃时，板材表面不会发生明显的氧化，在此温度条件下，板材仍然具有良好的成形性能。因此，只要使板材在从加热炉转移到模具过程中的温度保证在600℃或600℃以下，就可以避免氧化皮的产生。达到这一目的最直接的方法是在炉中将板材加热到600℃之后就转移到热冲压成形模具中，但是在这种情况下，板材尚未被加热到再结晶温度以上，最后零件得不到我们所期望的强度。

发明内容：

本发明提供一种热冲压成形件的新型加工方法，主要解决传统的热成形工艺在生产过程中板材在高温下表面严重氧化的问题。

本发明的上述目的是通过如下手段实现的，现结合附图说明如下：

本发明所述加工方法包括a落料、(a′预成形)、b加热、初步降温、c成形、淬火、d后处理(切边、钻孔等)等工序。首先将板材在有保护氛围的加热炉6中加热到再结晶温度以上，保温一段时间，使板材完全奥氏体化。与现有热冲压成形工艺不同的是，钢板在充分加热之后，并不直接转移到热成形模具中进行成形、淬火，而是在不与空气接触的情况下将板材转移到一个冷却腔室7中，进行初步降温。在这里板材在气体保护氛围下降温至约600℃，然后再将钢板迅速转移到热成形模具中进行成形、淬火，以得到无氧化皮的高强度热冲压成形件14。钢板在初步冷却腔室内冷却速度大于35℃/S，以保证钢板在该降温过程以及转移过程中不产生珠光体、贝氏体等其它组织。

所述加热炉和冷却腔室内的保护性气体为氮气，冷却腔室内的冷却气体为高压氮气；

所述超高强度钢板为没有进行任何表面处理的硼合金钢板。

对比传统的热冲压成形方法，本发明具有诸多优点。

本发明所述方法生产的热冲压成形件表面无明显的氧化皮，表面质量更好，避免了氧化皮在成形过程中对模具和工件造成的负面影响；在成形后不需要进行喷丸等处理，简化了加工工序，节约了成本，缩短了生产周期；

本发明所述的高强度钢板为硼合金钢，表面无需进行任何防氧化处理，节约了成本，也避免了此类涂层与基体产生的反应物对模具表面可能造成的伤害；同时使零件具有更好的可喷涂性，保证零件的焊接性能；

由于板材在成形前已经被降温到600℃左右，因此降低了模具的冷却压力，可以减缓模具的热疲劳损伤，提高模具的使用寿命。

附图说明：

图1直接成形工艺；

图2间接成形工艺。

图中：1.高强度钢板2.落料压机3.落料切刀4.预成形件5.机械手6.加热炉7.初步冷却室8.辐射管9.冷却喷头10.传送带11.热成形凸模12.热成形凹模13.冷却系统14.热冲压件15.预成形压力机

a.落料  a′.预成形  b.加热、初步冷却  c.成形、淬火  d.后处理(切边、钻孔等)

具体实施方式：

下面结合附图所示实施例进一步说明本发明的内容及其具体实施方式。

图1所示为直接成形工艺，高强度钢板1首先在落料压机2上落料，然后通过机械手5转移到有气体保护氛围的加热炉6中将板材加热到再结晶温度以上，保温一段时间，使板材完全奥氏体化，然后在不与空气发生接触的情况下转移至初步冷却腔室7内，该腔室内仍然有气体保护氛围，并有冷却气体从喷头9中喷出，对钢板进行冷却。板材在此以大于27℃/S的速度迅速降温至600℃左右之后，将其迅速转移至热冲压成形模具中快速成形、淬火，并保压一段时间，从而得到理想的尺寸精度和高强度的马氏体组织。

加热温度和保温时间受到钢板厚度、加热炉加热效率等多种因素的影响，一般对于2mm以下厚度的板材，加热温度选取880-950℃，保温时间为5-10min。加热炉可同时对多个工件进行加热，附图中仅画出一个件进行示意性说明。

加热炉6与冷却腔室之间用耐火砖隔开，在冷却室内设置有喷嘴9，工作时喷嘴内喷射出压缩氮气对工件进行降温处理，降温速度要大于27℃/S，以保证得到高强度的马氏体组织。

钢板从初步冷却室转移到热成形模具中的时间越短越好，板材在600℃时仍然具有良好的成形性能，如果转移时间过慢，板材温度下降，将影响其可成形性和最终零件的尺寸精度，而且板材在空气中的冷却速度小于27℃/S，转移时间过长会影响最终零件的组织成分，进而影响零件的性能。

冲压成形后的零件还需要进行切边、钻孔等后续处理，但是无需进行喷丸或酸洗等表面处理。

对于形状复杂的零件采用间接成形工艺，在落料后对板材进行预成形，然后再进行加热、初步降温、及成形、淬火，其它工序与直接成形工艺相同，如附图2所示。

本发明巧妙地解决了高强度钢板热冲压件在高温下表面易形成氧化皮的问题，能够降低成本，提高成形件表面质量，对生产实践具有重大的实际意义。

Claims (3)

1、一种高强度钢板冲压件的新型热成形法，包括a落料、(a预成形)、b加热、初步降温、c成形、淬火、d后处理(切边、钻孔等)等工序，其特征在于：所述加工方法在板材在加热炉(6)被加热到完全奥氏体化以后，将其转移到一个有气体保护氛围的冷却腔室(7)内降温至600℃，然后再转移到热冲压成形模具中成形淬火。

2、根据权利要求1所述高强度钢板冲压件的新型热成形法，其特征在于：板材在该初步冷却腔室内的冷却速度大于35℃/S。

3、根据权利要求1所述高强度钢板冲压件的新型热成形法，其特征在于：初步冷却腔室内设置有冷却气体喷头，冷却气体为氮气。

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