CN109957715A - 热成形用钢板、制造方法、热成形方法、及制得的部件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了热成形用钢板、制造方法、热成形方法、及制得的部件。钢中含有C：0.30％～0.40％，Si≤0.60％，Mn：1.2％～2.0％，P≤0.010％，S≤0.006％，Als≤0.05％，Cr：0.30％～0.80％，Ti：0.015％～0.10％，B：0.0001％～0.005％，N≤0.005％，余量为铁和不可避免的杂质。连铸坯加热到1150～1300℃，保温2～5h后进行粗轧，然后多道次大压下精轧，终轧温度为800～950℃，轧后采用层流冷却，以＞10℃/s冷却速度冷至卷取温度，卷取温度550～700℃。热轧钢带可以进行冷轧，退火温度为500～750℃，保温时间3～8h。在650～850℃对钢板热成形加工，热成形后Rm≥1800MPa，具有良好的强度和韧性。
Description
技术领域
本发明属于热成形钢板生产技术领域，特别涉及汽车用高强热成形钢板及其制造方法。
背景技术
为了提高汽车的有效燃料利用率、安全性和环境标准，迫使汽车制造业降低汽车自重并同时保证碰撞安全性，因而要求提高零部件强度，使用超高强度钢板是实现汽车轻量化的重要途径。采用超高强度钢板在室温生产汽车件的最大问题是成形的限制及回弹。传统设计中汽车A柱、B柱、加强板及防撞梁等部件，大部分采用高强度钢板的冷冲压工艺制作，钢板强度高，在常温下冲压变形，易开裂、回弹严重，复杂形状零件冲压成形困难。热成形工艺主要是利用金属在高温下，其塑性和延展性迅速增加，屈服强度迅速下降的特点，通过模具使零件成形，同时利用装有水冷却系统的模具使钢板成形同时在模具中淬火以获得马氏体组织。目前市场上主要应用的1500MPa级别的热成形钢，为了满足汽车减重的需要，1800MPa级别的热成形钢的需求也越来越强烈。
CN102808129A公开了一种铌微合金化Si-Mn-B系热成形钢板及其热处理工艺，该钢板通过Nb和Si的作用保证热成形钢的性能，同时其热成形后的抗拉强度在1500～1700MPa。但该钢的合金成本不仅大，而且其抗拉强度最高仅能达到1700MPa级别，与目前下游客户所预计的强度相对要求低。
CN102296242A公开了一种汽车用高韧性热成形钢板的热处理方法，该钢经其热处理方法得到的热成形钢，可以显著提高其塑性，改善热冲压成型后钢板的韧性。但该专利公开了一种通过热处理提高钢板强度的方法，得到的钢板强度也低于1800MPa级别，延伸率均不足8％，韧性不足，不能满足汽车使用要求。
发明内容
本发明目的是提供一种汽车用热成形用钢板、热成形用钢板的制造方法、热成形方法以及制得的部件。热成形用钢板具有良好的淬透性；钢板经热冲压成形后可达到1800MPa以上的高强度，断后延伸率达到10％以上，用于汽车的防撞件、支撑部件及加强构件。
具体的技术方案是：
一种汽车用高强热成形用钢板，钢板厚度为0.70～4.0mm，按质量百分比计，钢板含有如下成分，C：0.30％～0.40％，Si≤0.60％，Mn：1.2％～2.0％，P≤0.010％，S≤0.006％，Als≤0.05％，Cr：0.30％～0.80％，Ti：0.015％～0.10％，B：0.0001％～0.005％，N≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述各元素的作用机理如下：
C：碳主要决定钢的淬硬性，是形成马氏体的元素。中低碳钢中，随碳量增加，钢的CCT曲线右移，增大钢的淬透性，但与锰、铬、硼等元素相比，效果很小。碳含量增加，降低AC3点，促进奥氏体低温下形成，有利于淬火处理，另外，C含量高于0.4％时会导致淬火开裂倾向。因此，本发明将C含量控制在0.30％～0.40％。
Si：为提高钢板淬透性及强度元素，但过高会影响热冲压件喷涂质量，并增加生产成本。因此，本发明将Si含量控制在≤0.60％。
Mn：锰是扩大奥氏体区元素，锰量增加，淬透性提高，且在淬火后对稳定强度是非常有效果的元素。Mn含量增加，降低AC3点，促进奥氏体低温下形成，有利于淬火处理。本发明将Mn含量控制在1.2％～2.0％。
Cr：Cr是提高钢淬透性元素，且在淬火后，有利于稳定确保强度的有效元素。本发明将Cr含量控制在0.30％～0.80％。
Ti：Ti在硼钢中主要用于固定氮，以保证硼的淬透效果得以发挥。此外，还具有使淬火处的韧性提高的效果。但是，Ti含量低于0.015％时效果不显著，另外，若Ti含量超过0.10％则达到饱和，效果不显著同时会导致成本增长。本发明将优选Ti含量在0.015％～0.10％。
B：钢中加入硼能显著提高淬透性。淬火后可以保证强度的稳定性。B含量低于0.0001％时效果不显著，而B含量高于0.005％时，过剩的B与钢中的N形成B的化合物，降低钢板的性能。本发明将钢中B的含量控制为0.0001％～0.005％。
S、P为对钢板性能影响不良元素，在生产可能的情况下，越低越好。考虑到成本，本发明将钢中的S、P含量分别控制在S≤0.006％、P≤0.010％。
Als：为钢中的强化元素，过高会造成冶炼生产的困难，增加成本，本发明将钢中的Als控制在0.05％以下。
N：对于含B的热冲压用钢，N的含量越低越好，但过低会导致生产困难，增加成本，因此本发明将N含量控制在≤0.005％。
本发明还包含一种热成形用钢板的制造方法：该钢种具有较高的淬透性。作为热冲压用钢的基板材料，可进行热轧或冷轧生产。
热轧板的生产工艺路线为：转炉冶炼→炉外精炼→板坯连铸→加热→轧制→卷取→酸洗→涂油→包装。
冷轧板的生产工艺路线为：热轧→酸洗冷轧→卷取→退火→涂油→包装。
具体的制造方法为：具有本发明的冶炼成分的连铸坯料，加热到1150～1300℃，保温2～5h后进行粗轧，然后多道次大压下精轧，终轧温度800～950℃，轧后采用层流冷却，以＞10℃/s冷却速度冷至卷取温度，卷取温度550～700℃。热轧后钢带经酸洗、涂油后进行包装。对于冷轧钢板是将上述热轧钢带进行冷轧，经罩式炉退火后涂油包装。退火温度为500～750℃，保温时间3～8h。
本发明的热成形钢板的微观结构具有均匀的铁素体和珠光体组织。钢板的性能为：
热轧板：厚度1.70～4.00mm；ReL：450～550MPa；Rm：650～800MPa；A50≥22％；
冷轧板：厚度0.70～3.0mm；ReL：400～500MPa、Rm：600～750MPa；A50≥24％。
本发明还公开了上述热成形用钢板的热成形方法，即热轧或冷轧钢板经落料在820～900℃加热，进行奥氏体化，在连续炉中经过2～10min钟保温后立刻转移至模具内，在650～850℃条件下进行冲压，形状复杂的零件可以一次成型。当合模后，保持8～12秒的压力，使其冷却。在这个阶段，成形的工件在密闭的模具中冷却，模具本身依靠水循环进行冷却，冷却速度应大于奥氏体形成马氏体的临界冷速，在25～100℃/s之间。加热炉加入氢气作为保护气氛。
在模具中，一个传送、冲压和冷却的过程需要10～25s。最后工件离开热冲压生产线时的温度在150～200℃，继续冷却至室温，经热冲压成形的热冲压部件具有很好的机械性能，抗拉强度为1800～2000MPa，屈服强度为1600～1700MPa，延伸率大于10％。热冲压部件的室温组织为典型的马氏体组织。
有益效果：
本发明同现有技术相比，有益效果如下：
(1)在热成形过程中，成形和固化合成为一个单一的步骤；
(2)冲压淬火钢加工得到的汽车用部件强度可达到1800MPa级别，可有效的使汽车零部件减重。
本发明所提供的钢板具有良好的淬透性，基板组织为铁素体及珠光体，经热成形后，可以得到全马氏体结构。抗拉强度为1800～2000MPa，是作为汽车行走部分的构件和各种加强构件的理想材料，可以起到汽车减重节能的效果。
(3)钢板在热成形前的加热时采用纯氢气体保护，避免了钢板表面的氧化脱碳，保证了热冲压件后续的涂漆等工艺的实施。
具体实施方式
以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。
表1为本发明实施例钢的熔炼成分；表2为本发明实施例钢的轧制及退火制度；表3为本发明实施例钢的热冲压生产工艺；表4为本发明实施例钢板热冲压前后的性能。
表1本发明实施例钢的熔炼成分 wt，％
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Ti | B | Als | N |
| 1 | 0.30 | 0.05 | 1.50 | 0.0097 | 0.005 | 0.30 | 0.025 | 0.002 | 0.020 | 0.0033 |
| 2 | 0.32 | 0.30 | 1.27 | 0.010 | 0.004 | 0.50 | 0.049 | 0.0021 | 0.018 | 0.0038 |
| 3 | 0.38 | 0.30 | 1.20 | 0.0099 | 0.005 | 0.70 | 0.033 | 0.0015 | 0.025 | 0.0035 |
| 4 | 0.40 | 0.10 | 1.80 | 0.0093 | 0.003 | 0.80 | 0.080 | 0.0018 | 0.036 | 0.0044 |
表2本发明实施例钢的轧制及退火制度
表3实施例钢热冲压生产工艺
表4实施例钢热冲压前后的性能
由上表可知，根据本发明生产的热轧板，ReL：450～550MPa；Rm：650～800MPa；A50≥22％；冷轧板ReL：400～500MPa、Rm：600～750MPa；A50≥24％。热成形后抗拉强度Rm≥1800MPa，A50≥10.5％，成形后的钢板具有超高强度和良好的韧性。
Claims (5)
1.一种热成形用钢板，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比为：C：0.30％～0.40％，Si≤0.60％，Mn：1.2％～2.0％，P≤0.010％，S≤0.006％，Als≤0.05％，Cr：0.30％～0.80％，Ti：0.015％～0.10％，B：0.0001％～0.005％，N≤0.005％，余量为铁和不可避免的杂质。
2.一种如权利要求1所述的热成形用钢板的制造方法，钢板的生产工艺为：转炉冶炼→炉外精炼→板坯连铸→加热→热轧→酸洗→涂油→包装，其特征在于，连铸坯加热到1150～1300℃，保温2～5h后进行粗轧，然后多道次大压下精轧，精轧终轧温度为800～950℃，轧后采用层流冷却，以＞10℃/s冷却速度冷至卷取温度，卷取温度550～700℃。
3.一种如权利要求1所述的热成形用钢板的制造方法，钢板的生产工艺为：转炉冶炼→炉外精炼→板坯连铸→加热→热轧→卷取→酸洗冷轧→卷取→退火→涂油→包装，其特征在于，连铸坯加热到1150～1300℃，保温2～5h后进行粗轧，然后多道次大压下精轧，精轧终轧温度为800～950℃，轧后采用层流冷却，以＞10℃/s冷却速度冷至卷取温度，卷取温度550～700℃，钢带经酸洗后进行冷轧，冷轧后退火温度为500～750℃，保温时间3～8h。
4.一种如权利要求1所述的热成形用钢板的热成形方法，其特征在于，钢板经落料在820～900℃加热，进行奥氏体化，加热炉加入氢气作为保护气氛；在连续炉中经过2～10min保温后立刻转移至模具内，在650～850℃进行冲压成形，合模后保持压力8～12s，冷却，冷却速度大于奥氏体形成马氏体的临界冷速，为25～100℃/s；
在模具中，一个传送、冲压和冷却的过程需要10～25s；最后工件离开热冲压生产线时的温度在150～200℃，继续冷却至室温。
5.一种如权利要求4所述的热成形方法制得的部件，其特征在于，热成形后部件的抗拉强度1800～2000MPa。
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