CN107326163A - 一种贝氏体区等温+热冲压变形生产先进高强钢的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种贝氏体区等温+热冲压变形生产先进高强钢的方法，该方法先将钢板从室温均匀加热到Ac 3 以上（奥氏体区）的某一温度并保温一定的时间；在奥氏体区保温完成后对材料进行热冲压变形，压下量为40%，然后将试样快速冷却到低于贝氏体转变开始温度Bs以下并保温一定时间；再将材料快速淬火到马氏体转变开始温度Ms和马氏体转变终止温度M f 之间并保温一定时间；再将钢板加热到Ms以上进行碳元素的配分；最后将钢板水淬至室温。本发明改善了传统Q&P钢的组织和力学性能，使钢材的强度、塑性和反映钢板综合力学性能的强塑积都有了较大的提高。

Description

一种贝氏体区等温+热冲压变形生产先进高强钢的方法
技术领域
本发明涉及一种先进高强度钢的制造方法，特别涉及一种通过在贝氏体区等温+热冲压变形工艺制造先进高强度钢的方法。
背景技术
随着能源危机和环境危机的日益加重，对汽车节能减排的改善已迫在眉睫，同时随着科技的进步，对汽车安全性能的要求也在不断提高，因此汽车的轻量化已成为汽车工业发展的一个主要趋势，而通过在汽车材料中广泛地运用先进高强钢是实现汽车轻量化的一个有效途径。
有数据显示：汽车重量每下降10%，油耗就下降约8%，排放的温室气体下降约4%，因此，为减轻车体重量，大量采用高强度、高塑性的先进高强度钢（Advanced high strengthsteel，AHSS）已成为必然，同时先进汽车钢板制造技术的广泛应用又是实现汽车轻量化的基础。自从2003年美国 Speer等提出了Q&P新工艺技术以来，国内外先后开发出了双相钢（DP钢）、复相钢（CP钢）、相变诱发塑性钢（TRIP钢）、孪晶诱发塑性钢（TWIP钢）、淬火-配分钢（Q&P钢）、淬火-配分-回火钢（Q-P-T钢）等诸多先进高强度汽车用钢，尤其是在车身结构方面，通过先进高强度钢和超高强度钢的研究和使用，在提高汽车抗撞击能力的同时也实现了汽车的轻量化，并在汽车领域得到了广泛的应用。但是随着汽车对钢铁材料性能要求的不断提高及在节能、环保、舒适性等方面要求的不断提高，很多现有的高强度钢已逐渐不能满足这些要求，因此，研究者们开始提出了研究第三代先进高强度钢的理念。其中，Q&P钢就是一种被广泛应用的第三代先进高强度钢，因为Q&P钢具有的TRIP效应使得它兼具优异的强度和塑韧性，因此它能够较好地满足车身材料对其工作环境的要求。
尽管通过使用高强度钢已解决了部分问题，但这还远远不够，因为目前汽车行业中最具挑战性的问题依然是安全性与抗撞击性能的提高，油耗和环境污染的降低等。世界能源的逐渐枯竭、原材料的匮乏、人类生存环境的不断恶化，都促使我们必须要进一步降低汽车自身的重量。
发明内容
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：通过在贝氏体区等温+热冲压变形工艺提高传统Q&P钢的性能，其优势在于它包括以下步骤：（1）先将钢板以一定的加热速率加热到A C3 （奥氏体转变结束温度）以上的某一温度并保温一定的时间；（2）在奥氏体区保温完成后对钢板进行冲压变形，压下率为40%，然后将钢板快速冷却到略低于Bs（贝氏体转变开始温度）以下并保温一定时间；（3）再将钢板快速淬火到Ms（马氏体转变开始温度）和M f （马氏体转变终止温度）之间并保温一定时间，淬火的介质是体积百分比为1:1的硝酸钾和硝酸钠；（4）接着将钢板加热到略高于Ms的温度保温一定时间；（5）最后将钢板水淬至室温。
所述步骤（3）中淬火到Ms和Mf之间的温度由公式V M =1-exp[a(Ms-Q T )]确定。式中，V M 为马氏体体积分数；a为常数，取决于钢板的成分，对于碳含量1.1%以下的碳钢，a =-0.011；Ms为马氏体相变开始温度；Q T 为冷却到达温度。淬火之前先确定理论上要得到的马氏体含量，再利用上述公式计算出淬火温度Q T 。
所述步骤（3）和（5）中的冷却速率由热膨胀仪测定的静态CCT曲线（膨胀量-温度曲线）决定，通过静态CCT曲线可以得到马氏体相变的临界冷却速率。
本发明采用在贝氏体区等温，改善了传统Q&P钢的组织和力学性能，使钢材的强度、塑性和反映钢板综合力学性能的强塑积都有了较大的提高。若汽车大量地采用这种钢板，会减轻汽车的重量、提高汽车的安全性，还会降低汽车的生产成本、节省汽车燃油，这对环境的贡献将是巨大的。
附图说明
图1是本发明的制造方法图。
图2是本发明的制造流程图。
图3是本发明的实施例1的金相组织图。
图4是本发明的实施例2的金相组织图。
图5是本发明的实施例3的金相组织图。
图中，1、奥氏体化，2、冲压成形，3、贝氏体区等温，4、第一次淬火，5、配分，6、第二次淬火，7、A C3 温度线，8、A C1 温度线，9、Bs温度线，10、Ms温度线，11、M f 温度线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明具体实施方式，如附图1-5所示。
实施例1
生产中采用的钢板成分为（重量百分数）：0.2%C、0.8%Si、0.5%Al、5%Mn、1.0%Cu，余量为Fe及不可避免的杂质，其制造过程包含如下步骤：
（1）奥氏体化：先将钢板以10℃/min的加热速率加热到930℃，并保温300s。
（2）贝氏体区等温：在奥氏体区保温完成后对钢板进行冲压变形，压下率为40%，然后将钢板快速冷却到略低于Bs以下的640℃，并保温120s。
（3）第一次淬火：再将钢板快速淬火到马氏体转变开始温度Ms和马氏体转变终止温度M f 之间的350℃并保温15s。
（4）配分：接着将钢板以20℃/min加热到高于Ms的410℃保温40s。
（5）第二次淬火：最后将钢板在水中淬火至室温。
实施例2
生产中采用的钢板成分为（重量百分数）：0.22%C、0.8%Si、0.5%Al、6%Mn、1.3%Cu，余量为Fe及不可避免的杂质，制造过程包含如下步骤：
（1）奥氏体化：先将钢板以10℃/min的加热速率加热到A C3 以上的950℃，并保温400s。
（2）贝氏体区等温：在奥氏体区保温完成后对钢板进行冲压变形，压下率为40%，然后将钢板快速冷却到略低于贝氏体转变开始温度Bs以下的655℃，并保温180s。
（3）第一次淬火：再将钢板快速淬火到马氏体转变开始温度Ms和马氏体转变终止温度M f 之间的350℃并保温15s。
（4）配分：接着将钢板以30℃/min加热到高于Ms的410℃保温60s。
（5）第二次淬火：最后将钢板在水中淬火至室温。
实施例3
生产中采用的钢板成分为（重量百分数）：0.24%C、1.0%Si、0.5%Al、8%Mn、1.5%Cu，余量为Fe及不可避免的杂质，制造步骤包含如下步骤：
（1）奥氏体化：先将钢板以10℃/min的加热速率加热到A C3 以上的930℃，并保温500s。
（2）贝氏体区等温：在奥氏体区保温完成后对钢板进行冲压变形，压下率为40%，然后将钢板快速冷却到略低于贝氏体转变开始温度Bs以下的670℃，并保温120s。
（3）第一次淬火：再将钢板快速淬火到马氏体转变开始温度Ms和马氏体转变终止温度M f 之间的350℃并保温15s。
（4）配分：接着将钢板以40℃/min加热到高于Ms的410℃保温90s。
（5）第二次淬火：最后将钢板在水中淬火至室温。

Claims (4)

1.一种贝氏体区等温+热冲压变形生产先进高强钢的方法，其特征是：所述钢板的主要成分为（重量百分数）：0.2~0.24%C、0.8~1.0%Si、0.5%Al、5~8%Mn、1.0~1.5%Cu，余量为Fe及不可避免的杂质，所述钢板通过以下步骤制造：
（1）先将轧制好的钢板以10℃/min的加热速率加热到930℃，并保温300~500s；
（2）保温完成后对钢板进行冲压变形，压下率为40%，然后将钢板以30℃/s的冷速冷却到640~670℃，保温120s；
（3）将钢板快速淬火到350℃并保温15s；
（4）接着将钢板加热到410℃，保温45~90s；
（5）最后将钢板水淬至室温。
2.根据权利要求1所述的生产先进高强度钢的方法，其特征是：步骤（3）中的淬火速率>45℃/s。
3.根据权利要求1或2所述的生产先进高强度钢的方法，其特征是：步骤（3）中的淬火的介质是体积百分比为1:1的硝酸钾和硝酸钠。
4.根据权利要求1所述的生产先进高强度钢的方法，其特征是：步骤（4）中的加热速率为20~40℃/min。
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