CN110394609A

CN110394609A - 一种汽车用变强度热成形零部件的制备方法

Info

Publication number: CN110394609A
Application number: CN201910805194.5A
Authority: CN
Inventors: 刘永刚; 詹华; 晋家春; 崔磊; 谷海容; 肖洋洋; 冷德平; 马二清; 董标
Original assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2019-08-29
Filing date: 2019-08-29
Publication date: 2019-11-01
Anticipated expiration: 2039-08-29
Also published as: CN110394609B

Abstract

本发明公开一种汽车用变强度热成形零部件的制备方法，包括如下步骤：S1、选择热成形用钢作为硬区材料；S2、选择软区材料，软区材料厚度在0.7mm～2.0mm之间；其化学成分为：C：≤0.10％，Si：≤0.1％，Mn：0.5‑1.0％，P：≤0.020％。该汽车用变强度热成形零部件的制备方法，其对现有的热冲压生产设备不需要进行任何改进或新增设备，且无需对热成形模具进行重新设计，降低了模具开发成本，并提高了模具使用寿命，实际生产的工艺稳定性好，软区材料成本低、易生产，焊接后性能稳定性好，焊缝质量高；过渡区位置、宽度以及零件软硬区性能一致性较好。另一方面，可以通过不同的硬区材料(1500MPa或1800MPa)选择而获得不同强度级别的零件，按照上述方法获得的零件型面尺寸良好。

Description

一种汽车用变强度热成形零部件的制备方法

技术领域

本发明涉及汽车材料技术领域，具体为一种汽车用变强度热成形零部件的制备方法。

背景技术

汽车轻量化技术是适应现代汽车安全、节能、环保趋势的关键技术之一，目前越来越多的汽车车身零部件使用热成形技术(如：汽车保险杠、防撞梁、A柱、B柱、车门防撞杠等)。热成形技术是将成形与强化分为两个步骤生产超高强度汽车零部件的一种新工艺，生产的零件具有超高强度、成型精度高、无回弹等优点。

目前市场上广泛使用的热冲压成形零部件主要通过将钢板加热至完全奥氏体化保温3-10min，然后一次冲压成形，在保压过程中实现零件的淬火，从而使原材料发生马氏体相变而获得超高强度。常用的热成形零件在零件的不同区域均为相同材质，即马氏体。然而，随着人们对汽车安全性能的要求越来越高，全马氏体的零件虽然具有超高强度，但其碰撞吸能效果相对较差，不利于零件的综合性能提升。因此为了提高热成形零部件的碰撞安全性能，需要提高零件特定部位的塑韧性。

基于上述背景，本文开发了一种汽车用变强度热成形零部件及其制备方法。

经检索发现，专利CN 104668326A一种高强度钢材零部件性能梯度化分布的热冲压方法，此方法是将材质均匀的板料先加热至完全奥氏体化，然后进行局部迅速降温至某一温度(1～30s内降低至Ms点以下)淬火，之后再将温度不均匀的板料送入另一个炉内进行加热，温度600～1000℃，时间为0.5～10min。加热后，低强度区域的组织为一定量铁素体、回火马氏体和奥氏体，而在高温区域的微观组织仍然为完全奥氏体组织。不同微观组织的板料转移至带有冷却水的模具中进行冲压。最终得到力学性能不同的热冲压成形件。该发明专利虽然不需要改变原有的模具设计，但增加了一道板料局部冷却和板料再加热工序和相应的设备，降低了实际生产节拍，且该方法制成的零件软硬过渡区位置和宽度一致性无法得到保证。

专利CN103028645 A一种变强度分布高强钢板材零件的热冲压成形方法，该专利主要是通过加热器进行分段设计，不同区域采用不同的加热温度和加热时间从而实现钢板分段加热至不同温度，然后再将板料迅速转移至模具中进行成形和淬火，从而获得变强度分布的热成形零件。该发明专利虽然不需要改变原有的模具设计，但需要专门的具备分区加热的加热炉进行加热控制，现有的工业生产线所配备的加热炉无法满足使用要求；且对于裸板材料而言，不同区域加热温度不同，会导致表层氧化和脱碳情况不同，从而使得最终成品零件存在色差和脱碳层不均匀等问题。另一方面，该方法制成的零件软硬过渡区位置和宽度一致性无法得到保证。

专利CN 102212742 A一种强度柔性分布的热冲压成形汽车零件及其控制方法，该专利主要通过改变板料与模具之间的热传导，即在成形过程中控制板料的不同区域冷却速率来控制相变过程，从而获得不同的强度分布。该专利虽然无需从加热炉的角度对原材料进行分段加热，但需要对热成形模具进行重新设计，模具成本高，且使用寿命较低。另一方面，由于热冲压成形过程通常在数秒内完成，很难再很短时间内实现冷却淬火速度的调节和控制，工艺稳定性较差，过渡区性能不稳定，无法获得合理的强度分布。

专利CN 103878237 A一种高强钢热冲压成形零件加工的方法，该专利主要是针对热冲压成形后的零件，对其进行局部的回火或退火处理，利用板料的热传导实现回火或退火温度的梯度变化，从而实现性能的梯度变化。该专利通过零件局部回火或退火实现性能的梯度变化，但该方法需要新增回火设备，另一方面零件的局部回火会导致零件的残余应力分布发生变化，从而使得零件型面尺寸发生变化，不利于零件的装配。

专利CN106350741 A一种激光拼焊高强钢的温成形制备方法，该专利是将热冲压成形用钢22MnB5与中锰钢通过激光拼焊连接在一起后，将板料加热至750℃～810℃，保温3～5min，然后转移至冲压模具上进行成形和淬火。该专利虽然在保证零件软硬分区性能的前提下降低了成形温度，但该方法使用的中锰钢和热成形钢22MnB5进行焊接，两者的碳当量较大，对焊接性能不利；成形后的零件，焊缝可能会成为潜在的失效位置；另一方面，中锰钢原材料实际生产难度大，且成本高，不利于推广应用。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种汽车用变强度热成形零部件的制备方法，解决了全马氏体的零件虽然具有超高强度，但其碰撞吸能效果相对较差，不利于零件的综合性能提升的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种汽车用变强度热成形零部件的制备方法，包括如下步骤：

S1、选择热成形用钢作为硬区材料；

S2、选择软区材料，软区材料厚度在0.7mm～2.0mm之间；其化学成分为：C：≤0.10％，Si：≤0.1％，Mn：0.5-1.0％，P：≤0.020％，S：≤0.010％，Ti+Nb+V：0.01-0.06％，其余为Fe和不可避免的杂质；

S3、热轧生产；

S4、进行酸洗操作，去除热轧过程中产生的氧化铁皮；

S5、进行冷轧操作，其中冷轧压下量≥50％；

S6、进行退火操作，在两相区(退火温度700-820℃)进行退火；

S7、选择等厚度的硬区材料和软区材料切割成所需大小后进行激光拼焊，形成具有较高焊缝质量的拼焊件；

S8、通过激光切割或落料的方式将拼焊板加工成所需尺寸规格的异形料片；

S9、进行加热操作，加热温度：800-1000℃，加热时间：3-10分钟；

S10、成形淬火，模具之前温度≥700℃，保压时间4-10s，冷却速度：≥25℃/s，确保成形后硬区材料转变成完全的马氏体组织；

S11、使用激光进行切割操作，以获得最终尺寸和强度需求的零件。

优选的，在步骤S1中，材料的厚度在0.7mm～2.0mm之间。

优选的，在步骤S1中，不同硬区的材料的结构不同，具体情况如下：

1500MPa级硬区材料化学成分为：C：0.20-0.25％，Si：≤0.5％，Mn：0.5-1.5％，P：≤0.020％，S：≤0.010％，Cr：≤0.50％，Al：0.01-0.06％，B：0.002～0.005％，Ti+Nb+V：0.05-0.1％，Mo：≤0.5％，其余为Fe和不可避免的杂质；

1800MPa级硬区材料化学成分为：C：0.29-0.35％，Si：≤0.5％，Mn：0.5-1.5％，P：≤0.020％，S：≤0.010％，Cr：≤0.50％，Al：0.01-0.06％，Nb：0.01-0.06％，V：0.01-0.06％，Mo：≤0.5％，其余为Fe和不可避免的杂质。

优选的，在步骤S3中，操作中的温度控制如下：出炉温度：1000-1250℃、终轧温度：850-900℃、卷取温度：500-600℃。

(三)有益效果

本发明提供了一种汽车用变强度热成形零部件的制备方法。具备以下有益效果：

该汽车用变强度热成形零部件的制备方法，与中国专利专利CN 104668326A和CN103028645 A(对原始板料进行温度调控使零件不同区域获得不同的组织状态后再进行冲压成形和淬火，从而获得分区强度控制的热成形零部件)相比，本专利不需要对现有的热冲压生产线进行任何改进；且过渡区位置、宽度以及零件软硬区性能一致性较好。

同时，与中国专利CN 102212742 A(主要通过对模具重新设计，改变板料与模具之间的热传导，从而获得不同的强度分布)相比，本专利无需对热成形模具进行重新设计，降低了模具开发成本，并提高了模具使用寿命，且工艺稳定性好，过渡区性能稳定。

而且，与中国专利CN 103878237 A(主要是针对热冲压成形后的零件，对其进行局部的回火或退火处理，利用板料的热传导实现回火或退火温度的梯度变化，从而实现性能的梯度变化)相比，本专利无需新增回火设备，且本专利获得的零件型面尺寸良好。

同时，与中国专利CN106350741 A(主要通过将热冲压成形用钢22MnB5与中锰钢拼焊后，进行温成形，从而获得软硬分区)相比，本专利使用热成形钢和软区材料进行拼焊，焊缝质量好，且软区材料成本低、易生产，焊接后性能稳定性好。另一方面，可以通过不同的硬区材料的选择而获得硬区强度级别变化(1500MPa或1800MPa)的零件。

具体实施方式

所描述的实施例仅仅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。

一种汽车用变强度热成形零部件的制备方法，包括如下步骤：

S1、选择热成形用钢作为硬区材料，材料的厚度在0.7mm～2.0mm之间，不同硬区的材料的结构不同，具体情况如下：

1800MPa级硬区材料化学成分为：C：0.29-0.35％，Si：≤0.5％，Mn：0.5-1.5％，P：≤0.020％，S：≤0.010％，Cr：≤0.50％，Al：0.01-0.06％，Nb：0.01-0.06％，V：0.01-0.06％，Mo：≤0.5％，其余为Fe和不可避免的杂质；

S3、热轧生产，操作中的温度控制如下：出炉温度：1000-1250℃、终轧温度：850-900℃、卷取温度：500-600℃；

S4、进行酸洗操作，去除热轧过程中产生的氧化铁皮；

S5、进行冷轧操作，其中冷轧压下量≥50％；

S6、进行退火操作，在两相区(退火温度700-820℃)进行退火；

按照上述的制备工艺，其对现有的热冲压生产设备不需要进行任何改进或新增设备，且无需对热成形模具进行重新设计，降低了模具开发成本，并提高了模具使用寿命，实际生产的工艺稳定性好。

按照上述成分及工艺制备的变强度热冲压成形零部件，软区材料成本低、易生产，焊接后性能稳定性好，焊缝质量高；过渡区位置、宽度以及零件软硬区性能一致性较好。另一方面，可以通过不同的硬区材料(1500MPa或1800MPa)选择而获得不同强度级别的零件。同时，按照上述方法获得的零件型面尺寸良好。

综上所述，该汽车用变强度热成形零部件的制备方法，与中国专利专利CN104668326A和CN103028645 A(对原始板料进行温度调控使零件不同区域获得不同的组织状态后再进行冲压成形和淬火，从而获得分区强度控制的热成形零部件)相比，本专利不需要对现有的热冲压生产线进行任何改进；且过渡区位置、宽度以及零件软硬区性能一致性较好。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种汽车用变强度热成形零部件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、选择热成形用钢作为硬区材料；

S3、热轧生产；

S4、进行酸洗操作，去除热轧过程中产生的氧化铁皮；

S5、进行冷轧操作，其中冷轧压下量≥50％；

S6、进行退火操作，在两相区(退火温度700-820℃)进行退火；

2.根据权利要求1所述的一种汽车用变强度热成形零部件的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，材料的厚度在0.7mm～2.0mm之间。

3.根据权利要求1所述的一种汽车用变强度热成形零部件的制备方法，其特征在于：在步骤S1中，不同硬区的材料的结构不同，具体情况如下：

4.根据权利要求1所述的一种汽车用变强度热成形零部件的制备方法，其特征在于：在步骤S3中，操作中的温度控制如下：出炉温度：1000-1250℃、终轧温度：850-900℃、卷取温度：500-600℃。