CN102212742B - 一种强度柔性分布的热冲压成形汽车零件及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种热冲压成形零件强度柔性分布的制造技术和工艺。本发明通过柔性可控的带冷却管道的热冲压成形模具，控制高强度部分模具表面冷却速度大于60～80℃/秒，冷却水的水流速度2.5～3m/秒，进口水流压力7～8bar，出口水流压力5～7bar；控制形成汽车零件中等强度部分的模具表面冷却速度大于10～30℃/秒，模具内水流速度1～2m/秒，模具进口水流入的压力5～6bar，模具出口水流出的压力3～5bar；实现了零件的多元化组织和强度的柔性分布，使得到的汽车零件不同部位有不同强度，且不同强度之间的板块组织过渡平缓，性能过渡平滑，性能没有突变，更为理想，降低了制造成本，简化了工序。
Description
技术领域
本发明涉及一种超高强度轻量化车身结构件和安全件的处理和制造工艺，特别涉及强度柔性分布的热冲压成形零件的制造技术和工艺。
背景技术
汽车工艺的发展、汽车产量和汽车保有量的增加带来了能耗、安全和排放三大问题，节能减排是汽车迫切需要解决的重要问题，而轻量化是实现节能减排最直接最有效的手段和途径之一：乘用车每减重10％，油耗可减少8％，排放可减少4％--6％。
轻量化的实施，可通过优化设计、合理选材和用材，以及采用先进的成型工艺来达到。但轻量化不能影响安全。作为车身结构中的保案件，要求高强度和高的撞击吸能，因为只有这样才可在有效减重的同时，抵抗碰撞物体入侵时产生的变形对人体造成的伤害。但高强度将使零件成形困难：板材强度提高后，不仅板材生产难度增大，而且成形时回弹也难以控制，还同时会产生剪切、下料困难、模具的磨损严重等问题。在板材抗拉强度超过1000MPa后，其冲压成形几乎是不可能的，此时模具只能用粉末冶金模具钢，价格很高，且加工困难。
目前，汽车的一些保安件，如前后保险杠、门B柱、A柱、门防撞杆等，为了有效提高汽车的安全性，达到碰撞五星级，已使用强度1500MPa的高强度钢；而在这么高的强度下，零件的冷成形已不可能，只能用热成型的方法，而热成形后零件的强度很高，有时会因碰撞而产生破裂，延性不足。为了使零件在高强度的同时又具有足够的延性，满足同一零件不同性能要求，长期以来在构件的某些部位采用激光拼焊的方法，将两块不同成分和不同性能的钢板用激光拼焊在一起，即在强度高延性差的材料上焊上强度较低延性较高的材料，再经热处理后获得不同性能。如汽车的门B柱，其下部原设计用中等强度(抗拉强度约为750MPa)，原用22MnB5与普通含B的热轧板20Mn，通过激光拼焊连在一起，再通过热处理得到抗拉强度1500MPa的超高强度钢(含B钢部分)和750MPa的中等强度部分，经处理后这两部分的组织成分分别为：板条马氏体及部分马氏体、贝氏体和珠光体的混合组织。经采用这种方法焊缝两边性能没有平滑过渡，组织组成和强度反差大，既增加了工序，又增加的焊缝。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种强度可柔性分布的热冲压成形汽车零件，以及实现其强度可柔性分布零件的控制方法，满足热冲压成形零件不同部位的不同强度级别和不同强韧性匹配的性能要求。
本发明采用这样的技术方案来实现，一种强度柔性分布的热冲压成形汽车零件，其化学成分按重量百分比计为：C 0.20～0.24、Si 0.40～0.60、Mn 1.50～1.80、P≤0.025、S≤0.01，任选的Cr、Ni、Mo中的至少一种元素，它们的含量满足Cr+Ni+Mo≤1.5，任选的Nb、V、Ti三种元素中的1-2种，B是必须元素，它们的含量满足Nb+V+Ti+B≤0.20，其余是Fe。
热冲压成形汽车零件强度柔性分布的控制方法，步骤一，用常规冶金工艺制得钢坯，经1180～1250℃加热，1000～1150℃进行开轧，终轧温度850～900℃，轧后卷取然后空冷至室温形成坯件；
步骤二，将热轧板材开卷，剪切成热处理零件的板坯，放入有5％-10％的H2、80％-90％的并经脱硫、脱水处理的天然气、5％-10％的裂解甲醇的混合气体保护气氛通入的轨道式热处理炉中加热，加热温度为900～950℃奥氏体化温度，按板坯厚度计算加热保温时间，通常为1～1.5分/mm；
步骤三，调整热冲压成形零件模具的冷却系统：形成零件超高强度部分的模具表面的冷却速度60℃～80℃/秒，模具内水流速度2.5～3m/秒，模具进口水流入的压力为7～8巴，模具出口水流出的压力为5～7巴；形成零件中等强度部分的模具表面冷却速度大于10～30℃/秒，模具内水流速度1～2m/秒，模具进口水流入的压力为5～6巴，模具出口水流出的压力为3～5巴。
步骤四，板坯出炉后3～5秒钟内放入带柔性控冷系统的热冲压成形零件模具中，控制板坯超高强度部分的表面温度在100～150℃时，板坯中等强度部分的表面温度在150～200℃时，将板坯移出模具空冷。
用于制造强度柔性分布的热冲压成形汽车零件的热冲压成形模具，其特征在于：模具内设置有多条冷却水管，每条冷却水管分别与进水口、出水口连接；模具为1个或由多个模具组合而成；进入超高强度部分和中等强度部分的进水管的进水压力不同，同样，超高强度部分和中等强度部分的出水管的出水压力也不同。
本发明中轧制板材的厚度根据所制定的零件的厚度确定，同时根据所制定零件的要求确定合金成分的合理值，不同的合金成分的上下线将明显影响淬透性。
采用上述材料和控制方法后，可获得的零件的高强度部分为板条马氏体组织，抗拉强度＞1500MPa，硬度＞HB440；其中等强度部分为珠光体、贝氏体及少量回火马氏体组成的复合组织，抗拉强度＞750MPa，硬度＞HB230。
本发明通过带柔性可控的冷却管道的热冲压成形模具，以及不同强度部分冷却水的水流速度和水压控制，控制了模具内板坯的表面冷却速度，实现了零件的多元化组织和强度的柔性分布，使得到的汽车零件不同部位有不同强度，且不同强度之间的板块组织过渡平缓，性能过渡平滑，性能没有突变更为理想，降低了制造成本，简化了工序，提高了零件的性能。
附图说明
图1带柔性可控冷却管道的防撞杆热冲压成形模具。
图中，1-进水口，2-冷却水管，3-出水口。
具体实施方式
实施例
表1是本发明用于制造强度柔性分布的热冲压成形汽车零件的轧制板材的化学成分；
表1用于制造强度柔性分布的热冲压成形汽车零件的轧制板材化学成分
表2是强度柔性分布的热冲压成形汽车零件控制方法和所得的零件的力学性能。其中力学性能测试按GB6397-86进行。
用常规冶金工艺制得含表1实施例2成分的钢坯，按表2实施例2所示的控制方法，在1220℃加热，在1100℃进行开轧，终轧温度870℃，轧后卷取空冷形成板坯；将热轧板开卷，剪切成热处理零件板坯；放入有7％H2、经脱硫、85％脱水处理的天然气、7％裂解甲醇的混合气体保护气氛通入的的轨道式加热炉中加热，加热温度为930℃奥氏体化温度，保温时间4分钟；然后快速出炉，放入图1所示防撞杆热冲压成形模具中；模具表面按防撞杆形状设计；由模具A和模具B组合而成，该模具内设置有多条冷却水管2，每条冷却水道2分别与设置在模具底部的进水口1和出水口3连通；形成防撞杆超高强度部分的模具表面的冷却速度70℃/秒，模具内水流速度2.5m/秒，模具进口水流入的压力为7.58巴，模具出口水流出的压力为6巴；形成汽车零件中等强度部分的模具表面冷却速度为15℃/秒，模具内水流速度1.5m/秒，模具进口水流入的压力为5.5巴，模具出口水流出的压力为4巴；当形成零件超高强度部分模具的表面温度在120℃时，形成零件中等强度部分模具的表面温度在180℃时，将板坯移出模具空冷。经检测，热冲压成形后的钢板可获得组织为全板条的马氏体、抗拉强度1550MPa，硬度HB480的超高强度部分，和由珠光体、贝氏体及少量回火马氏体组成的复合组织，抗拉强度为780MPa，硬度为HB260的中等强度部分。
表2带强度柔性分布的热冲压成形汽车零件控制方法和所得的零件的力学性能
Claims (3)
1.一种强度柔性分布的热冲压成形汽车零件，其化学成分按重量百分比计为：C 0.20～0.24、Si 0.40～0.60、Mn 1.50～1.80、P≤0.025、S≤0.01，任选的Cr、Ni、Mo中的至少一种元素，它们的含量满足Cr+Ni+Mo≤1.5，任选的Nb、V、Ti三种元素中的1-2种，B是必须元素，它们的含量满足Nb+V+Ti+B≤0.20，其余是Fe；其特征在于：
用常规冶金工艺制得钢坯，在1180～1250℃加热， 1000～1200℃进行开轧， 850～900℃终轧，轧后卷取然后空冷至室温形成坯件；
将热轧板材开卷，剪切成热处理零件的板坯，放入有5%-10%的H2、并经脱硫、脱水处理的80%-90%的天然气、5%-10%的裂解甲醇的混合气体保护气氛通入的轨道式热处理炉中加热，加热温度为900～950℃奥氏体化温度，热保温时间按板坯厚度计算为1～1.5分/mm；
调整热冲压成形零件模具的冷却系统：形成零件超高强度部分的模具表面的冷却速度60℃～80℃/秒，模具内水流速度2.5～3m/秒，模具进水口（1）水流入的压力为7～8巴，模具出水口（3）水流出的压力为5～7巴；形成汽车零件中等强度部分的模具表面冷却速度大于10～30℃/秒，模具内水流速度1～2m/秒，模具进水口（1）水流入的压力为5～6巴，模具出水口（3）水流出的压力为3～5巴；
板坯出炉后3～5秒钟内放入带柔性控冷系统的热冲压成形零件模具中，控制板坯超高强度部分表面温度在100～150℃时，板坯中等强度部分的表面温度在150～200℃时，将板坯移出模具空冷。
2.如权利要求1所述的一种强度柔性分布的热冲压成形汽车零件，其特征在于：零件的高强度部分为板条马氏体组织，抗拉强度＞1500MPa，硬度＞HB440；其中等强度部分为珠光体、贝氏体及少量回火马氏体组成的复合组织，抗拉强度＞750MPa，硬度＞HB230。
3.如权利要求1所述的一种强度柔性分布的热冲压成形汽车零件，其特征在于：热冲压成形零件模具为1个或由多个模具组合而成；模具内设置有多条冷却水管（2），每条冷却水管（2）分别与设置在模具底部的进水口（1）和出水口（3）连通；进入超高强度部分和中等强度部分的进水压力和出水压力不同。
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