CN108950411B - 一种具备近净成型的超高强度钢及其制备方法 - Google Patents

一种具备近净成型的超高强度钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具备近净成型的超高强度钢及其制备方法，制备方法包括S1.配料；S2.合金熔炼；S3.性能热处理：将S2所获得的合金锭置于热处理炉中进行性能热处理，其性能热处理具体工艺为：900～1150℃保温12～24h，随后随炉冷却到500～750℃保温5～10h，最后空冷至室温；S4.合金压力加工。属于高强度钢制造技术领域。本发明工艺制备下获得的一种具备近净成型的超高强度钢与同类型材料相比具备较优的力学性能和近净成型的优点。

Description

一种具备近净成型的超高强度钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种具备近净成型的超高强度钢及其制备方法，属于高强度钢制造技术领域。
背景技术
超高强度钢汽车安全组件的制造，其核心在于热冲压成形技术。热冲压成形技术是一种能够实现小载荷、大变形量，且消除回弹效应的一种理想的超高强度钢板件成形方式，该技术是通过在冲压前对板料预先进行奥氏体化处理，并在冲压过程中进行淬火，使钢材在成形后形成马氏体组织，实现对超高强度钢板材的精确成形和强化。然而，热冲压工艺过程复杂，板料成型温度敏感性大，板料易开裂。不同参数条件下，对应成型件的耐蚀性能、摩擦磨损性能、抗拉强度等差异较大，优化热冲压工艺参数具有较大研究价值。同时，热冲压过程中，热冲压模具起到成形和对产品构件冷却淬火的作用，因此，要获得成形质量优异、组织稳定的产品构件，设计与工艺参数相匹配的热冲压模具是热冲压成形的核心技术之一。此外，在超高强度钢板热冲压成形过程中，高温加热极易导致钢板出现氧化现象，残留的氧化皮使钢板与模具之间的摩擦系数迅速增大，导致成形件精度低、成形载荷高、模具寿命大幅度降低等严重问题，无法满足近净成形的要求，并严重影响零件的表面质量。高强度钢板热成形过程的氧化防护问题是目前亟待解决的。在后续的使用加工过程中，超高强度钢热冲压构件的高效连接，亦是汽车安全组件制造过程中有待攻克的关键技术。基于上述缺点，期望能够发明一种具备近净成型的超高强度钢及其制备方法来实现超高强度钢的近净成型。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种具备近净成型的超高强度钢，同时提供一种具备近净成型的超高强度钢的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种具备近净成型的超高强度钢，以质量百分比计，其原料及配比如下：
Figure BDA0001745415400000021
一种具备近净成型的超高强度钢的制备方法，具体步骤如下：
S1.配料：按上述比例配料秤重；
S2.合金熔炼：将S1称重好的C、P、S、Si、B、Cr、Ti、Al和Fe元素置于坩埚中进行真空感应熔炼，待添加元素完全化清后，开启搅拌并继续熔炼时间15～20min；随后停止加热10～20s，再向熔体中加入Mn和Nb元素并继续加热10～20min，随后停止加热，让液态合金随炉冷却，待合金熔体温度达到1500～1600℃时向锭模中进行浇注形成合金锭；
S3.性能热处理：将S2所获得的合金锭置于热处理炉中进行性能热处理，其性能热处理具体工艺为：900～1150℃保温12～24h，随后随炉冷却到500～750℃保温5～10h，最后空冷至室温；
S4.合金压力加工：将S3中所获得的合金锭在热处理炉中加热到1000～1100℃后保温2～3h，然后转入具有水冷功能的压力加工设备中进行压力加工，合金锭压力加工终了温度控制不低于900℃，加工结束后，开启压力加工设备水冷降温功能进行冷却，冷却速度≥40℃/秒。
S4中，压力加工阶段合金锭微观组织晶界处偏聚大量的超细拉弗斯相，在水冷阶段超细拉弗斯相分解消失。
S2中的搅拌方式包括磁搅拌。
具有水冷功能的压力加工设备为压力加工设备的侧壁空腔内设置有冷凝管。
具有水冷功能的压力加工设备为压力加工设备的侧壁空腔内设置有冷板，冷板内填充有制冷剂，所述冷板与制冷机相连，压力加工设备的侧壁空腔内填充有冷凝水。
本发明所制造的一种超高强度钢具备近净成型特点，能够大幅度提高超高强度钢成型合格率。本发明提供的超高强度钢其微观组织在高温时晶界处偏聚大量超细拉弗斯相，具有优异的弹塑性，易于加工。在低温时，拉弗斯相分解，恢复高强度钢的强度。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)、具备近净成型特点：本发明的超高强度钢其微观组织在高温时晶界处偏聚大量超细拉弗斯相，具有优异的弹塑性，易于加工。
(2)、超高强度：本发明的超高强度钢其微观组织在低温时，拉弗斯相分解，恢复高强度钢的强度。
(3)、制备方法：本发明采用真空感应熔炼，在熔炼过程中，由于体系呈真空状态，避免了合金因表面氧化而降低其力学性能和组织缺陷。与传统方法相比，该方法还具有使合金内部熔炼缺陷向表面聚集的效果，使材料的加工性能增强，例如孔洞等。既能够保证纯金属有足够的时间和温度融化成金属锭，又能避免温度过高、时间过长发生合金成分烧损。
(4)、热处理方法：本发明采用900～1150℃保温12～24h，随后随炉冷却到500～750℃保温5～10h，最后空冷至室温。该工艺能够保证高强钢高温时能够在晶界处形成超细拉弗斯相。
(5)、合金压力加工过程：合金锭在热处理炉中加热到1000～1100℃后保温2～3h，然后转入具有水冷功能的压力加工设备中进行压力加工，合金锭压力加工终了温度控制不低于900℃，加工结束后，开启压力加工设备水冷降温功能进行冷却，冷却速度≥40℃/秒。该工艺能够保证高强钢在高温具备超细拉弗斯相时发生塑性变形，随后低温拉弗斯相分解，保证了钢的高强度。
综上所述，本发明的提供一种具备近净成型的超高强度钢与同类型材料相比具备较优的力学性能和近净成型的优点。
附图说明
图1为本发明的超高强度钢的SEM图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清晰，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
如图1所示，一种具备近净成型的超高强度钢，根据所需要的具备近净成型的超高强度钢的要求，制备具备近净成型的超高强度钢包括以下质量百分比(wt.％)的各组分：
Figure BDA0001745415400000041
一种具备近净成型的超高强度钢的制备方法，具体步骤如下：
S1.配料：按上述比例配料秤重；
S2.合金熔炼：将步骤1称重好的C、P、S、Si、B、Cr、Ti、Al和Fe元素置于坩埚中进行真空感应熔炼，待添加元素完全化清后，开启磁搅拌并继续熔炼时间15min；随后停止加热10s，再向熔体中加入Mn和Nb元素并继续加热10min。随后停止加热，让液态合金随炉冷却，待合金熔体温度达到1500℃时向锭模中进行浇注形成合金锭；
S3.性能热处理：将步骤2所获得的合金锭置于热处理炉中进行性能热处理，其性能热处理具体工艺为：900℃保温24h，随后随炉冷却到500℃保温10h，最后空冷至室温；
S4.合金压力加工：将步骤3中所获得的合金锭在热处理炉中加热到1000℃后保温3h，然后转入具有水冷功能的压力加工设备中进行压力加工，合金锭压力加工终了温度控制不低于900℃，加工结束后，开启压力加工设备水冷降温功能进行冷却，冷却速度≥40℃/秒，冷却至室温后即得到所述一种具备近净成型的超高强度钢。
将上述方法制备的超高强度钢用线切割切取试样并进行检测力学性能。
实施例2：
如图1所示，一种具备近净成型的超高强度钢，根据所需要的具备近净成型的超高强度钢的要求，制备具备近净成型的超高强度钢包括以下质量百分比(wt.％)的各组分：
Figure BDA0001745415400000051
一种具备近净成型的超高强度钢的制备方法，具体步骤如下：
S1.配料：按上述比例配料秤重；
S2.合金熔炼：将步骤1称重好的C、P、S、Si、B、Cr、Ti、Al和Fe元素置于坩埚中进行真空感应熔炼，待添加元素完全化清后，开启磁搅拌并继续熔炼时间18min；随后停止加热15s，再向熔体中加入Mn和Nb元素并继续加热15min。随后停止加热，让液态合金随炉冷却，待合金熔体温度达到1550℃时向锭模中进行浇注形成合金锭；
S3.性能热处理：将步骤2所获得的合金锭置于热处理炉中进行性能热处理，其性能热处理具体工艺为：1000℃保温18h，随后随炉冷却到600℃保温8h，最后空冷至室温；
S4.合金压力加工：将步骤3中所获得的合金锭在热处理炉中加热到1050℃后保温2.5h，然后转入具有水冷功能的压力加工设备中进行压力加工，合金锭压力加工终了温度控制不低于900℃，加工结束后，开启压力加工设备水冷降温功能进行冷却，冷却速度≥40℃/秒，冷却至室温后即得到所述一种具备近净成型的超高强度钢。
将上述方法制备的超高强度钢用线切割切取试样并进行检测力学性能。
实施例3：
如图1所示，一种具备近净成型的超高强度钢，根据所需要的具备近净成型的超高强度钢的要求，制备具备近净成型的超高强度钢包括以下质量百分比(wt.％)的各组分：
Figure BDA0001745415400000061
一种具备近净成型的超高强度钢的制备方法，具体步骤如下：
S1.配料：按上述比例配料秤重；
S2.合金熔炼：将步骤1称重好的C、P、S、Si、B、Cr、Ti、Al和Fe元素置于坩埚中进行真空感应熔炼，待添加元素完全化清后，开启磁搅拌并继续熔炼时间20min；随后停止加热20s，再向熔体中加入Mn和Nb元素并继续加热20min。随后停止加热，让液态合金随炉冷却，待合金熔体温度达到1600℃时向锭模中进行浇注形成合金锭；
S3.性能热处理：将步骤2所获得的合金锭置于热处理炉中进行性能热处理，其性能热处理具体工艺为：1150℃保温12h，随后随炉冷却到750℃保温5h，最后空冷至室温；
S4.合金压力加工：将步骤3中所获得的合金锭在热处理炉中加热到1100℃后保温2h，然后转入具有水冷功能的压力加工设备中进行压力加工，合金锭压力加工终了温度控制不低于900℃，加工结束后，开启压力加工设备水冷降温功能进行冷却，冷却速度≥40℃/秒，冷却至室温后即得到所述一种具备近净成型的超高强度钢。
将上述方法制备的超高强度钢用线切割切取试样并进行检测力学性能。
上述实施例1-3的检测结果见表1。
表1具备近净成型的超高强度钢力学性能对比
Figure BDA0001745415400000071
Figure BDA0001745415400000081
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种具备近净成型的超高强度钢，其特征在于：以质量百分比计，其原料及配比如下：
C：0.15~0.25%，Mn ：1.3~2.8%，P：≤0.006%，S：≤0.004%，Si：0.25~0.85%，B：0.001~0.07%，Cr：0.20~0.90%，Ti：0.07~0.15%，Al：0.005~0.02%，Nb：0.65~1.40%，Fe：余量；
所述具备近净成型的超高强度钢的制备方法，具体步骤如下：
S1. 配料：按上述比例配料称重；
S2. 合金熔炼：将S1称重好的C、P、S、Si、B、Cr、Ti、Al和Fe元素置于坩埚中进行真空感应熔炼，待添加元素完全化清后，开启搅拌并继续熔炼时间15~20min；随后停止加热10~20s，再向熔体中加入Mn和Nb 元素并继续加热10~20min，随后停止加热，让液态合金随炉冷却，待合金熔体温度达到1500~1600℃时向锭模中进行浇注形成合金锭；
S3. 性能热处理：将S2所获得的合金锭置于热处理炉中进行性能热处理，其性能热处理具体工艺为：900~1150℃保温12~24h，随后随炉冷却到500~750℃保温5~10h，最后空冷至室温；
S4. 合金压力加工：将S3中所获得的合金锭在热处理炉中加热到1000~1100℃后保温2~3h，然后转入具有水冷功能的压力加工设备中进行压力加工，合金锭压力加工终了温度控制不低于900℃，加工结束后，开启压力加工设备水冷降温功能进行冷却，冷却速度≥40℃/秒。
2.根据权利要求1所述的一种具备近净成型的超高强度钢，其特征在于：S4中，压力加工阶段合金锭微观组织晶界处偏聚大量的超细拉弗斯相，在水冷阶段超细拉弗斯相分解消失。
3.根据权利要求1所述的一种具备近净成型的超高强度钢，其特征在于：S2中的搅拌方式包括磁搅拌。
4.根据权利要求1所述的一种具备近净成型的超高强度钢，其特征在于：具有水冷功能的压力加工设备为压力加工设备的侧壁空腔内设置有冷凝管。
5.根据权利要求1所述的一种具备近净成型的超高强度钢，其特征在于：具有水冷功能的压力加工设备为压力加工设备的侧壁空腔内设置有冷板，冷板内填充有制冷剂，所述冷板与制冷机相连，压力加工设备的侧壁空腔内填充有冷凝水。
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