CN109881093B - 一种热气胀成型用空冷强化钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热气胀成型用空冷强化钢及其制备方法，属于合金钢热成型技术领域。该强化钢的化学成分质量百分比为：C：0.08％～0.25％、Mn：1.5％～2.5％、Si：0.2％～0.5％、Cr：0.5％～1.5％、Mo：0.2％～0.5％、Al：0.05％～0.1％、Nb：0.05～0.15％、V：0.05～0.15％、Ti：0.05～0.15％、B：0.003～0.01％、P<0.03％、S<0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。该钢经过原料准备、熔炼、浇铸、热轧等得到。本发明制备方法简单，生产效率较高，成本较低，具有广阔的开发应用前景。

Description

一种热气胀成型用空冷强化钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金钢热成型技术领域，特别是指一种热气胀成型用空冷强化钢及其制备方法。
背景技术
随着汽车工业的高速发展以及人类环保和节能意识的不断提高，汽车用金属材料正朝着节能和安全两大主要目标发展。节能减排是当今汽车行业亟待解决的问题，而汽车轻量化是提高汽车的燃油经济性、节约能耗、降低排放的重要措施之一。
汽车零部件是汽车工业发展的基础，是汽车工业的重要组成部分，热成型零件因为强度高，在车身设计中能简化结构，减少零件数量，尤其涉及到安全碰撞区域(防撞梁、保险杠、B柱等)，热成型件被广泛使用。而热气胀成型与传统的热成型工艺相比，具有模具成本低以及不易磨损等优点，且在复杂截面构件的成型方面具有明显优势。近些年来，汽车行业内开始研究热气胀成型工艺在制备汽车零部件中的应用，可以预测，热气胀成型工艺将会在热成型领域发挥极为重要的作用。
中国发明专利CN108889819A公布了一种汽车热成型结构件的生产工艺，其特征在于：将前期处理好的板坯加热到高温后迅速放进热成型模具中，对钢坯进行高温冲压成形，保压5～10s，然后在模具中以32～35℃/s的冷速冷却至室温，取出成型件进行后续处理即可得到汽车用热成型结构件。由于目前常见的热成型加工工艺在对板料进行快速降温时，只能通过内部的冷却水路循环装置对模具表面进行降温，需要较长的冷却时间，并且模具成本高，在热成型过程中易磨损，严重影响生产效率。
本发明通过合理的钢种成分设计，可制备一种可以在高温热气胀成型后空冷至室温即可得到高强度汽车结构件的一定强度和塑性的汽车用热轧钢板。本发明热轧钢板在高温热气胀成型后不需要其他附加的冷却装置，只需在空气中冷却至室温即可，最终得到高强度良好塑性的新一代汽车用结构件，其碰撞吸能能力远大于目前大量应用的热冲压成形钢制件，且结构件生产工艺简单，效率较高，成本较低，应用前景广阔。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种热气胀成型用空冷强化钢及其制备方法。
该强化钢的化学成分质量百分比为：C：0.08％～0.25％、Mn：1.5％～2.5％、Si：0.2％～0.5％、Cr：0.5％～1.5％、Mo：0.2％～0.5％、Al：0.05％～0.1％、Nb：0.05～0.15％、V：0.05～0.15％、Ti：0.05～0.15％、B：0.003～0.01％、P<0.03％、S<0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。
该热气胀成型用空冷强化钢的制备方法，包括步骤如下：
(1)熔炼、铸造、锻造成板坯；
(2)热轧：将步骤(1)所得板坯加热，均匀化处理后进行多道次热轧变形，轧后空冷至卷取温度，卷取后炉冷至室温，即得强化钢。
步骤(1)锻造前，铸锭加热温度为1130～1200℃，保温时间为1.5～2.5h，锻造时，开锻温度为1050～1150℃，终锻温度为850～900℃。
步骤(2)板坯加热温度为1160～1200℃，并在此温度下保温时间1.5～2.5h；开轧温度为1050～1150℃，终轧温度为850～900℃；卷取温度为600～700℃，卷取保温时间为1.5～2.5h。
步骤(2)的板坯热轧累计变形量在80％～90％，热轧板厚度为2～5mm。
步骤(2)中得到的强化钢可作为高强度的汽车结构件，其抗拉强度大于1000MPa，延伸率高于15％。
上述方法中，热轧钢坯加热温度为1160～1200℃，保温时间为1.5～2.5h，可使锻造过程中析出的VC、NbC等碳化物能够充分溶解在基体中，以便在后续热气胀成型以及空冷过程中析出更加细小弥散的强化相碳化物颗粒。
热轧钢板的卷取温度为600～700℃，避免温度太高导致的晶粒粗大或温度太低导致的热轧钢板强度过高，使得成品易于成形。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
(1)合金元素较低：本发明在成分设计上采用低含量的合金元素，从源头降低成本，采用低碳、低含量的Al和Si，极大改善了材料的铸造性能、焊接性能以及热气胀成型性能。
(2)制备方法简单：本发明所述的热气胀成型用空冷强化钢，冶炼难度小，锻造、轧制以及热成型工艺简单，对设备要求不高，无需冷轧即可进行生产。
(3)热加工性能好：本发明生产的热轧钢板在高温下热气胀成型后空冷至室温，不需要向热成型模具通冷却水即可得到高强度的空冷钢，可以简化后续生产环节，生产节拍快。
(4)应用前景广阔：本发明所述的热轧钢板在高温热气胀成型空冷后可得到高强度(大于1000MPa)的汽车用结构件，符合新一代先进高强钢的要求，是当前汽车行业所需求的新型材料。
附图说明
图1为本发明的热气胀成型用空冷强化钢制备方法工艺流程图；
图2为本发明的工艺制备示意图；
图3为本发明中实施例1热轧板卷取后的显微组织；
图4为本发明中实施例1热轧板高温热气胀成型空冷后的显微组织。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种热气胀成型用空冷强化钢及其制备方法。
该强化钢化学成分质量百分比为：C：0.08％～0.25％、Mn：1.5％～2.5％、Si：0.2％～0.5％、Cr：0.5％～1.5％、Mo：0.2％～0.5％、Al：0.05％～0.1％、Nb：0.05～0.15％、V：0.05～0.15％、Ti：0.05～0.15％、B：0.003～0.01％、P<0.03％、S<0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。
如图1和图2所示，该热气胀成型用空冷强化钢的制备方法，包括步骤如下：
(1)熔炼、铸造、锻造成板坯；
(2)热轧：将步骤(1)所得板坯加热，均匀化处理后进行多道次热轧变形，轧后空冷至卷取温度，卷取后炉冷至室温，即得强化钢。
下面结合具体实施例予以说明。
实施例1
本实施例所制热气胀成型用空冷强化钢，钢的化学成分质量百分比为：C：0.088％、Mn：1.85％、Si：0.25％、Cr：0.75％、Mo：0.25％、Al：0.05％、Nb：0.05％、V：0.06％、Ti：0.05％、B：0.005％、P<0.03％、S<0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。
本实施例热气胀成型用空冷强化钢的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)熔炼、浇铸后锻造成板坯：将配制好的原料在真空感应熔炼炉中熔炼，熔炼温度在1660℃，并浇注成铸锭，将铸锭进行锻造变形，最终锻成板坯，累积变形量为80％，锻后空冷至室温，其中，铸锭加热温度为1160℃，保温时间2h，开锻温度1130℃，终锻温度880℃。
(2)热轧：将板坯加热到1180℃，保温2.5h，热轧开轧温度为1130℃，终轧温度为880℃，进行7道次轧制，卷取温度为700℃，轧后空冷至卷取温度，卷取保温2小时后炉冷至室温；热轧累计变形量在88％，热轧板厚度为2.5mm。
将步骤(2)中得到的热轧板在高温热气胀成型后空冷至室温即可得到汽车用高强度结构件，对结构件按照国标测试其力学性能，其屈服强度700MPa，抗拉强度1100MPa，延伸率17％，满足新一代汽车用高强度钢性能要求。
如图3所示，显示了上述方法制得的热轧板卷取后的显微组织情况，热轧板高温热气胀成型空冷后的显微组织如图4所示。
实施例2
与实施例1的不同之处在于，热轧板的卷取温度为600℃，对热轧板在高温热气胀成型后空冷得到的高强度结构件按照国标测试其力学性能，其屈服强度677MPa，抗拉强度1023MPa，延伸率18.6％，满足新一代汽车用高强度钢性能要求。
实施例3
本实施例热气胀成型用空冷强化钢，钢的化学成分质量百分比为：C：0.125％、Mn：2.05％、Si：0.5％、Cr：1.5％、Mo：0.35％、Al：0.05％、Nb：0.1％、V：0.1％、Ti：0.1％、B：0.008％、P<0.03％、S<0.03％，余量为Fe及不可避免杂质。
本实施例热气胀成型用空冷强化钢的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)熔炼、浇铸后锻造成板坯：将配制好的原料在真空感应熔炼炉中熔炼，熔炼温度在1660℃，并浇注成铸锭，将铸锭进行锻造变形，最终锻成板坯，累积变形量为80％，锻后空冷至室温，其中，铸锭加热温度为1160℃，保温时间2h，开锻温度1130℃，终锻温度880℃。
(2)热轧：将板坯加热到1180℃，保温2.5h，热轧开轧温度为1130℃，终轧温度为880℃，进行7道次轧制，卷取温度为700℃，轧后空冷至卷取温度，卷取保温2小时后炉冷至室温；热轧累计变形量在85％，热轧板厚度为3mm。
将最终得到的热轧板在高温热气胀成型后空冷至室温即可得到汽车用高强度结构件，对结构件按照国标测试其力学性能，其屈服强度680MPa，抗拉强度1066MPa，延伸率15.8％，满足新一代汽车用高强度钢性能要求。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种热气胀成型用空冷强化钢，其特征在于：化学成分质量百分比为：C：0.08％～0.25％、Mn：1.5％～2.5％、Si：0.2％～0.5％、Cr：0.5％～1.5％、Mo：0.2％～0.5％、Al：0.05％～0.1％、Nb：0.05～0.15％、V：0.05～0.15％、Ti：0.05～0.15％、B：0.003～0.01％、P<0.03％、S<0.03％，余量为Fe及不可避免杂质；
该空冷强化钢的制备方法，包括步骤如下：
(1)熔炼、铸造、锻造成板坯；
(2)热轧：将步骤(1)所得板坯加热，均匀化处理后进行多道次热轧变形，轧后空冷至卷取温度，卷取后炉冷至室温，即得强化钢；
所述步骤(1)锻造前，铸锭加热温度为1130～1200℃，保温时间为1.5～2.5h，锻造时，开锻温度为1050～1150℃，终锻温度为850～900℃；
所述步骤(2)板坯加热温度为1160～1200℃，并在此温度下保温时间1.5～2.5h；开轧温度为1050～1150℃，终轧温度为850～900℃；卷取温度为600～700℃，卷取保温时间为1.5～2.5h。
2.根据权利要求1所述的热气胀成型用空冷强化钢的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)的板坯热轧累计变形量在80％～90％，热轧板厚度为2～5mm。
3.根据权利要求1所述的热气胀成型用空冷强化钢的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中得到的强化钢的抗拉强度大于1000MPa，延伸率高于15％。
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