CN106191676B - 一种定制温热成形中锰钢件的变厚度方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种定制温热成形中锰钢件的变厚度方法。本发明方法，包括如下步骤：选取中锰钢板为待用钢件，厚度在1.2mm‑1.8mm之间；将待用钢件加热至完全奥氏体化并保温；将待用钢件转运到轧辊上，调整轧辊间距进行轧制，以获得变厚度钢件，厚度在0.5mm‑1.8mm之间；将轧制后的待用钢件转运到冲压模具上进行冲压成形并淬火，成形温度保持在450℃‑700℃之间，冷却速率不低于5℃/s，得到变厚度的、具有预设形状的中锰钢件。本发明将温热成形工艺与变厚度板材制备工艺结合，保证了板材均匀的、优异的力学性能，对提升钢件性能的均一化具有重大意义。

Description

一种定制温热成形中锰钢件的变厚度方法
技术领域
本发明属于温热冲压成形技术领域，尤其涉及一种定制温热成形中锰钢件的变厚度方法。
背景技术
为了实现汽车的轻量化、低成本、节能和提高汽车安全性，当前最常用和有效的方法就是采用超高强度钢板，而为了钢板成形后减少焊接的数量、省去螺栓连接接头中的垫板和获得钢件合理的板厚分布等，科研人员提出了轧制变厚度钢板(Tailor RollingBlank，TRB)的制备方法，比如中国专利公开号为：CN1850375A《变厚度钢板的连续轧制方法》所描述的技术，将板材在连续轧制过程中调整厚度，制备具有厚度梯度变化的汽车板材；在TRB板材过渡区研究方面，比如中国专利公开号为：CN103926834A《一种变厚度带材过渡区的曲线过渡方法》所描述的技术，设计了具有连续光滑且形状可调的变厚度过渡区；德国Mubea公司已实现了高平整度、高精度和各种不同板厚间可以平滑过渡的汽车高强钢板材；德国亚琛工业大学已经研制出了一套完备的柔性轧制连续变截面技术的控制系统，能够精确控制进料速度、轧制力、轧制速度等。哈尔滨工业大学为TRB板材的热冲压工艺进行仿真和试验分析，研究冲压过程中的保压时间和保压力对TRB钢件性能的影响等等。
目前，所有TRB板材的制备都规划在轧钢过程中，在对其进行温热成形工艺处理时，奥氏体化加热和保温是不可或缺的重要步骤，奥氏体加热温度的高低和保温时间的长短直接影响钢板组织结构的细化或粗化，具有不同厚度的TRB板材在奥氏体化保温过程中因相同的保温时间使得板材较薄区域容易发生保温过长而组织粗化、较厚区域容易发生保温不足而受热不均的现象，导致钢件力学性能受到破坏。基于此，如何避免温热成形过程中奥氏体化受热不均问题是解决TRB板材温热成形工艺的关键。
发明内容
根据上述提出的传统的TRB板材在温热成形之前制备完成，导致其不同厚度板材在温热成形工艺中的奥氏体保温时间很难协调的技术问题，而提供一种定制温热成形中锰钢件的变厚度方法。本发明的发明构思基于第三代汽车超细晶中锰钢，该钢种已问世并产业化生产，其具有抗氧化能力强等优势，为汽车超高强钢的性能提升带来了希望。如，中国专利公开号为：CN104726762A《一种无硼中锰钢温热成形方法》所描述的技术，与22MnB5为代表的热成形硼钢相比，具有组织细化的中锰钢成形温度低(450℃-700℃)，同时，由于锰元素的含量增加使得该钢种具有较宽的过冷奥氏体区域，淬火速率的要求明显降低，冷却方式的选择灵活多样。
本发明主要将温热成形工艺与变厚度板材制备工艺结合，首先，将等厚度板材加热到奥氏体化温度并保温后，实现板材受热均匀；然后，将待用钢件转运到轧辊上，调节轧辊间距，轧制出变厚度的板材；最后，转运到冲压模具上进行冲压成形并淬火。本发明不但可以避免因板材厚度不等而造成组织不均，而且针对一定形状的成形件，利于准确控制厚度分布的尺寸。
本发明采用的技术手段如下：
一种定制温热成形中锰钢件的变厚度方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、选取中锰钢板为待用钢件，厚度在1.2mm-1.8mm之间，所述中锰钢板的化学成分重量百分比为：C：0.05-0.50％；Mn：4.0-6.0％；P≤0.015％；S≤0.02％，余下为Fe及不可避免的杂质；
S2、将待用钢件加热至完全奥氏体化，升温速率不低于10℃/s，加热温度在800℃-900℃之间，保温3-5分钟；
S3、将待用钢件转运到轧辊上，调整轧辊间距进行轧制，以获得变厚度钢件，厚度在0.5mm-1.8mm之间；
S4、将轧制后的待用钢件转运到冲压模具上进行冲压成形并淬火，成形温度保持在450℃-700℃之间，冷却速率不低于5℃/s，得到变厚度的、具有预设形状的中锰钢件。
进一步地，所述步骤S1中，在所述中锰钢板的化学成分的基础上加入重量百分比如下的一种或多种元素：Ni：0.1-3.0％；Cr：0.2-3.0％；Mo：0.1-0.8％；Si：0.3-2.3％；Cu：0.5-2.0％；B：0.0005-0.005％；Nb：0.02-0.10％；[N]：0.002-0.25％；Ti：0.05-0.25％；V：0.02-0.25％；Al：0.015-0.060％；Re：0.002-0.005％；Ca：0.005-0.03％。
进一步地，所述步骤S3中将变厚度钢板的轧制置于温热成形工艺中，且待用钢件在轧制过程中，轧辊间距可根据预设的待用钢件厚度进行连续变化的调节。
进一步地，所述步骤S3在轧制过程中，通过轧辊降温或通过压缩气体的方式将待用钢件降温冷却到目标成形温度范围。
较现有技术相比，本发明科学地运用温热成形过程中对中锰钢的变厚度工艺，将温热成形和变厚度轧制同时进行，与本领域之前已经公开的技术手段的区别是：
1.传统TRB板材是开卷、变厚度轧制、卷材，再运到温热成形生产线上开卷，进行温热成形工艺，不同厚度的板材在奥氏体加热温度或保温时间方面很难进行统一，其奥氏体化组织难以均匀，影响最终钢件性能；而本发明提出的技术在奥氏体化保温时仍是等厚度的板材，易于获得均匀的奥氏体化组织，利于最终钢件力学性能的均匀分布；
2.本发明将变厚度板材轧制环节置于温热成形工艺奥氏体化加热并保温后的降温环节中，在轧制的同时，完成板材降温到最佳的成形温度范围450℃-700℃之间；另外，板材的轧制环节可以提高在高温条件下中锰钢板的硬化指数，利于成形性的提高，避免高温成形破裂现象的出现。
综上，本发明提出的一种定制温热成形中锰钢件的变厚度方法，实现了温热成形与板材变厚度轧制两个工艺的结合，具有定制温热成形超高强度变厚度中锰钢件的技术特征，保证了板材均匀的、优异的力学性能，对提升钢件性能的均一化具有重大意义。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的工艺流程图。
图2为本发明变厚度板材的厚度分布情况。
图3为本发明分别是厚板区(a)和薄板区(b)的微观组织形貌。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种定制温热成形中锰钢件的变厚度方法，包括如下步骤：
S1、选取中锰钢板为待用钢件，厚度在1.2mm-1.8mm之间，所述中锰钢板的化学成分重量百分比为：C：0.05-0.50％；Mn：4.0-6.0％；P≤0.015％；S≤0.02％，余下为Fe及不可避免的杂质；
所述步骤S1中，在所述中锰钢板的化学成分的基础上加入重量百分比如下的一种或多种元素：Ni：0.1-3.0％；Cr：0.2-3.0％；Mo：0.1-0.8％；Si：0.3-2.3％；Cu：0.5-2.0％；B：0.0005-0.005％；Nb：0.02-0.10％；[N]：0.002-0.25％；Ti：0.05-0.25％；V：0.02-0.25％；Al：0.015-0.060％；Re：0.002-0.005％；Ca：0.005-0.03％。
S2、将待用钢件加热至完全奥氏体化，升温速率不低于10℃/s，加热温度在800℃-900℃之间，保温3-5分钟；
S3、将待用钢件转运到轧辊上，调整轧辊间距进行轧制，以获得变厚度钢件，厚度在0.5mm-1.8mm之间；所述步骤S3中将变厚度钢板的轧制置于温热成形工艺中，且待用钢件在轧制过程中，轧辊间距可根据预设的待用钢件厚度进行连续变化的调节，同时，通过轧辊降温或通过压缩气体的方式将待用钢件降温冷却到目标成形温度范围。
S4、将轧制后的待用钢件转运到冲压模具上进行冲压成形并淬火，成形温度保持在450℃-700℃之间，冷却速率不低于5℃/s，得到变厚度的、具有预设形状的中锰钢件。
实施例1
选取中锰钢件化学成分重量百分比为：C：0.1％；Mn：4.0％；Ni：0.3％；Al：0.02％；P：0.013％；S：0.01％，余下为Fe及不可避免的杂质，原始板料具有细化的组织结构。
如图1所示，将等厚板材经开卷、冲裁成厚度为1.8mm、长为1.5m、宽0.6m的待用钢件放入热处理炉中进行加热，升温速率10℃/s，奥氏体化温度为850℃，保温3分钟，加热后的钢件通过机械手转运到轧辊上进行变厚度轧制，设定钢件一端变厚度为0.9mm，长度为0.6m，余下部分保持原厚度，通过调节轧辊间距，轧制出厚度为0.9mm和1.8mm的梯度变化，具有一定的过渡区，如图2所示。待用钢件在轧制过程中通过轧辊冷却，轧制后将待用钢件转运到冲压模具上，通过红外测温仪测量并控制钢件各处的平均温度为550℃时，完成冲压成形并淬火，淬火速率为10℃/s，冷却到室温，最终成形为具有一定形状，且具有一定厚度梯度分布的中锰高强钢件。分别在冲压后钢件的厚板区和薄板区取样，通过单轴拉伸试验测试两个区域的力学性能，厚板区抗拉强度1450MPa，延伸率12.5％；薄板区抗拉强度1342MPa，延伸率8.3％；并且观察两个区域的金相组织，如图3所示，都具有细化、均匀的组织结构。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种定制温热成形中锰钢件的变厚度方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、选取中锰钢板为待用钢件，厚度在1.2mm-1.8mm之间，所述中锰钢板的化学成分重量百分比为：C：0.05-0.50％；Mn：4.0-6.0％；P≤0.015％；S≤0.02％，余下为Fe及不可避免的杂质；
S2、将待用钢件加热至完全奥氏体化，升温速率不低于10℃/s，加热温度在800℃-900℃之间，保温3-5分钟；
S3、将待用钢件转运到轧辊上，调整轧辊间距进行轧制，以获得变厚度钢件，厚度在0.5mm-1.8mm之间；
S4、将轧制后的待用钢件转运到冲压模具上进行冲压成形并淬火，成形温度保持在450℃-700℃之间，冷却速率不低于5℃/s，得到变厚度的、具有预设形状的中锰钢件。
2.根据权利要求1所述的定制温热成形中锰钢件的变厚度方法，其特征在于，所述步骤S1中，在所述中锰钢板的化学成分的基础上加入重量百分比如下的一种或多种元素：Ni：0.1-3.0％；Cr：0.2-3.0％；Mo：0.1-0.8％；Si：0.3-2.3％；Cu：0.5-2.0％；B：0.0005-0.005％；Nb：0.02-0.10％；[N]：0.002-0.25％；Ti：0.05-0.25％；V：0.02-0.25％；Al：0.015-0.060％；Re：0.002-0.005％；Ca：0.005-0.03％。
3.根据权利要求1或2所述的定制温热成形中锰钢件的变厚度方法，其特征在于，所述步骤S3中将变厚度钢板的轧制置于温热成形工艺中，且待用钢件在轧制过程中，轧辊间距可根据预设的待用钢件厚度进行连续变化的调节。
4.根据权利要求3所述的定制温热成形中锰钢件的变厚度方法，其特征在于，所述步骤S3在轧制过程中，通过轧辊降温或通过压缩气体的方式将待用钢件降温冷却到目标成形温度范围。
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