CN106282878B - 一种热镀锌温成形高强度中锰钢件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热镀锌温成形高强度中锰钢件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将中锰钢板为待用钢件；将待用钢件加热至奥氏体化温度，加热温度在750℃‑850℃之间，保温3‑5分钟；在充满保护气体的冷却腔内降温到500℃，然后投入到恒温镀锌槽中，槽中温度在480℃～500℃，保温5s～60s；将待用钢件在转运到模具的过程中进行热烘干处理，然后置于模具上温成形并淬火至室温，得到具有预设形状和镀锌层的高强度中锰钢件。本发明实现了温成形中锰钢与热镀锌处理同时完成的复合工艺，简化了工艺流程，提高了效率，并且节省了能源。

Description

一种热镀锌温成形高强度中锰钢件的制备方法
技术领域
本发明属于高强度汽车用钢板技术领域，尤其涉及一种热镀锌温成形高强度中锰钢件的制备方法。
背景技术
汽车零件在要求轻量化、节能、降耗、提高碰撞安全性的同时，还要求具有良好的抗腐蚀性能。通常地，未镀层钢板在没有真空或气体保护的环境下进行高温热处理、转运、成形的过程中会产生表面氧化现象。针对车用高强钢温热成形工艺，通常其冲压、淬火处理是暴露在空气中进行，氧化现象很难避免，结果导致钢件表面性能失效，而产生的氧化皮又严重影响了模具的使用寿命。当前，热镀锌是汽车零件防腐性能提升较为成熟、有效的技术手段，其广泛地应用于高强IF钢、烘烤硬化钢、双相钢、TRIP钢、复相钢、Q&P钢、TWIP钢等，还应用在热成形所需的硼钢中。
以中锰钢为代表之一的第三代汽车钢问世，为汽车轻量化和安全性的提升带来了希望，尤其是董瀚教授团队提出了温成形中锰钢技术，并已成功在某款车上进行应用。与22MnB5钢相比，温成形中锰钢的优势表现在：①较低的奥氏体化加热温度；②较低的成形温度；③更宽的过冷奥氏体区域，使得降温过程很难出现贝氏体等其他组织，据报道：降温过程即使历经1000s，也很难生成贝氏体组织；④更宽的冷却速率选择范围，可以灵活选取多种冷却方式，包括水冷、模冷或空冷等。
关于热镀锌技术，传统工艺主要流程是将热处理、轧制之后的钢板，经过去氧化皮、去油脂等处理，保持洁净状态进入镀液中。在500℃左右的恒温镀锌槽中进行加热、浸镀工序步骤，从而导致钢板不可避免地进行二次加热，而且对于热成形工艺来说，在板材奥氏体化升温过程中由于其具有涂层，使得板材加热效率受到了影响，影响了制造工艺的节能需求。
发明内容
根据上述提出的传统热镀锌工艺中存在的二次加热处理和后续成形过程中涂层影响板材奥氏体化加热效率等技术问题，而提供一种将热镀锌和温成形工艺结合，制备高强度中锰钢件的制备方法。本发明主要是利用中锰钢具有较宽的过冷奥氏体稳定区域特征，能够在降温过程中引入热镀锌技术，使得待用钢件在成形前完成镀层处理，简化热镀锌工艺流程，省去了板材在传统热镀锌流程中的二次加热处理，提高了效率；又节省了能源消耗。
本发明采用的技术手段如下：
一种热镀锌温成形高强度中锰钢件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、选取中锰钢板为待用钢件，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％；Al：0.015-0.060％；P≤0.015％；S≤0.02％，余下为Fe及不可避免的杂质；
S2、将待用钢件加热至奥氏体化温度，升温速率不低于10℃/s，加热温度在750℃-850℃之间，保温3-5分钟；
S3、将待用钢件在充满保护气体的冷却腔内降温到500℃，然后投入到恒温镀锌槽中，槽中温度在480℃～500℃，保温5s～60s；
S4、镀锌结束后将待用钢件在转运到模具的过程中进行热烘干处理，然后置于模具上温成形并淬火至室温，得到具有预设形状和镀锌层的高强度中锰钢件。
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％；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％；Re：0.002-0.005％；Ca：0.005-0.03％。
进一步地，所述步骤S2中，待用钢件在真空加热炉中加热防止氧化。
进一步地，所述步骤S4中，温成形温度不低于马氏体相变Ms点以上30℃，冷却速率不低于10℃/s。
较现有技术相比，本发明科学地利用温成形处理中对奥氏体化中锰钢的降温过程，将热镀锌和温成形结合，与本领域之前已经公开的技术手段的区别是：
(1)将经过冶炼、热轧、冷轧的中锰钢板提前进行除锈、去油脂处理，并在真空加热炉中进行加热，奥氏体化保温，接着以氮气或氩气为保护气体的冷却腔内进行冷却，隔绝空气，这样既可以保证淬火过程中足够的冷却速度，又避免了板材表面氧化皮或杂质的产生，获得表面清洁度较好的待用钢件，有利于提高镀层与基体的附着性；
(2)待用钢件在降温过程中选取适于热镀锌的温度范围，将钢件放入其中进行恒温镀锌，本发明通过改进以往的工艺流程，将热镀锌融入到温成形过程中，最终成形冷却后获得具有形状的高强度镀锌中锰钢件，简化工艺流程，省去了板材在传统热镀锌流程中的二次加热处理，提高了效率；同时，避免了传统温热工艺中因涂层存在而影响板材奥氏体化的加热效率；
(3)通过力学性能测试表明，得到的镀锌中锰钢件具有超高强度、较高延伸率(抗拉强度不低于1200MPa，屈服强度不低于800MPa，延伸率不低于10％)，并且经镀层保护后，成形钢件没有明显的氧化现象。
综上，本发明提出的热镀锌温成形高强度中锰钢件的制备方法，实现了温成形与热镀锌处理同时完成的复合工艺，极大程度地简化了生产流程，提高了效率，保证了中锰钢获得优异的力学性能和防氧化目的，节省了能源，对实际的生产实践有重大意义。
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是本发明的工艺流程图。
图2是温成形后中锰钢件的应力-应变曲线。
图3是温成形后中锰钢件的表面微观形貌。
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。
一种热镀锌温成形高强度中锰钢件的制备方法，包括如下步骤(如图1所示)：
S1、选取经过冶炼、热轧、冷轧的中锰钢板提前进行除锈、去油脂处理作为待用钢件，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％；Al：0.015-0.060％；P≤0.015％；S≤0.02％，余下为Fe及不可避免的杂质；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％；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％；Re：0.002-0.005％；Ca：0.005-0.03％；
S2、将待用钢件在真空加热炉中加热至奥氏体化温度，避免加热过程中待用钢件氧化，升温速率不低于10℃/s，加热温度在750℃-850℃之间，保温3-5分钟；
S3、将待用钢件在充满保护气体的冷却腔内降温到500℃，在具有保护气体的冷却腔内降温，避免降温过程中产生氧化皮，影响镀锌效果，然后投入到恒温镀锌槽中，槽中温度在480℃～500℃，保温5s～60s；
S4、镀锌结束后将待用钢件在转运到模具的过程中进行热烘干处理，然后置于模具上温成形并淬火，温成形温度不低于马氏体相变Ms点以上30℃，淬火至室温，冷却速率不低于10℃/s，得到具有预设形状和镀锌层的高强度中锰钢件。
实施例1
选取中锰钢件化学成分重量百分比为：C：0.1％；Mn：5.0％；Al：0.06％；P：0.013％；S：0.01％，余下为Fe及不可避免的杂质；根据已有的CCT曲线可知，该高强钢Ms点在310℃左右。
制备方法包括如下步骤：
S1、将上述成分的中锰钢板制成待用钢件；
S2、将待用钢件在真空加热炉内加热到850℃，保温4分钟；在保护气体为氮气的冷却腔中，以20℃/s降温速率将钢件冷却到500℃；
S3、将待用钢件投入到恒温镀锌槽中，槽中温度为500℃，保温50s；
S4、镀锌结束后，将待用钢件进行热烘干并转运到模具上，经红外测温仪得知，钢件成形温度在400℃左右，钢件在模具上冲压、淬火，获得具有预设形状的镀锌高强度中锰钢件。
将上述工艺下制得的钢件制成单轴拉伸样件，进行标准拉伸试验，获得室温下应力-应变关系，进而得出力学性能。应力-应变关系曲线如图2所示，抗拉强度达到1348MPa，屈服强度达到855MPa，延伸率约为10.9％，得到的镀锌中锰钢件具有超高强度、较高延伸率。另外，对样件进行横截面微观结构表征，如图3所示，可以看出，经热镀锌温成形后的中锰钢件表面未出现氧化层，而且其内部生成了细化的马氏体组织结构。
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)

1.一种热镀锌温成形高强度中锰钢件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、选取中锰钢板为待用钢件，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％；Al：0.015-0.060％；P≤0.015％；S≤0.02％，余下为Fe及不可避免的杂质；
S2、将待用钢件加热至奥氏体化温度，升温速率不低于10℃/s，加热温度在750℃-850℃之间，保温3-5分钟；
S3、将待用钢件在充满保护气体的冷却腔内降温到500℃，然后投入到恒温镀锌槽中，槽中温度在480℃～500℃，保温5s～60s；
S4、镀锌结束后将待用钢件在转运到模具的过程中进行热烘干处理，然后置于模具上温成形并淬火至室温，得到具有预设形状和镀锌层的高强度中锰钢件。
2.根据权利要求1所述的热镀锌温成形高强度中锰钢件的制备方法，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％；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％；Re：0.002-0.005％；Ca：0.005-0.03％。
3.根据权利要求1或2所述的热镀锌温成形高强度中锰钢件的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，待用钢件在真空加热炉中加热防止氧化。
4.根据权利要求1或2所述的热镀锌温成形高强度中锰钢件的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，温成形温度不低于马氏体相变Ms点以上30℃，冷却速率不低于10℃/s。
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