CN110735022A - 兼具冷、热成形柔性化应用的高强塑积超高强度汽车用钢 - Google Patents

兼具冷、热成形柔性化应用的高强塑积超高强度汽车用钢 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种兼具冷、热成形柔性化应用的高强塑积超高强度汽车用钢，涉及新材料技术领域，以C‑Mn‑Cr为主要合金元素，以质量百分比计，该汽车用钢包括以下成分：碳0.18‑0.28％，铬1.3‑2.4％，锰1.6‑3.0％，硅≦1.0％，合金元素总含量不大于3.5％。该钢在经过冷轧工艺及连续退火工艺后成为用于制备汽车部件的钢板，钢板可以经冷成形工艺制备汽车部件，也可以经热成形工艺制备汽车部件，即兼具冷、热成形的柔性化应用，上述两种成形工艺制备的汽车部件，均具有超高强度(≥1000MPa)和高强塑积(≥20GPa％)的性能特征。

Description

兼具冷、热成形柔性化应用的高强塑积超高强度汽车用钢
技术领域
本发明涉及新材料技术领域，具体涉及一种兼具冷、热成形柔性化应用的高强塑积超高强度汽车用钢，具体用于汽车高强度车身部件制造，满足汽车安全性和轻量化的要求。
背景技术
为了实现汽车的轻量化，目前，研发抗拉强度超过1000MPa以上的超高强度汽车用钢得到了广泛的重视。然而，随着汽车用钢强度的提高，材料的塑性往往会降低。塑性不足会带来两方面的主要问题：一、从汽车部件的加工来说，塑性不足会造成汽车部件制备过程种钢板的成形困难，甚至断裂。二、更为重要的是，汽车部件在遭遇事故时，会因为塑性的不足造成变形不足，使得其吸收碰撞过程中强大冲击能量的能力降低，从而产生结构破断造成人员伤害。因此近年来，强塑积已成为超高强度汽车用钢的开发的关键性能指标。
目前，针对高强塑积的超高强度钢的研究开发已经取得了一定的进展。其中，适用于冷成形工艺制备超高强度汽车部件的典型钢种为淬火-配分钢(QP钢)和中锰钢，其生产分别是通过冷轧钢板在后续退火过程中的淬火-配分或奥氏体逆相变(ART)的工艺处理技术实现，这两类钢超高强度条件下增强塑性的机理主要是通过增加残余奥氏体含量的相变诱发塑性(TRIP)效应。其中淬火-配分钢主要以QP980和QP1180为代表，其抗拉强度分别达到1000MPa和1200MPa，强塑积分别达到20GPa％和15GPa％。中锰钢实验室研究可以使其抗拉强度达到1000MPa以上，强塑积达到近30GPa％。其成分设计和工艺过程分别见相关专利(CN201310121568.4、CN201310520580.2、CN201510498959.7、CN201610490062.4、CN201510112679.8)。
但是，值得指出的是，由于在热成型工艺过程中需要加热到奥氏体化温度以上，将导致钢板中残余奥氏体组织的变化，因此上述两类超高强度汽车钢板仅能适汽车部件的冷成形工艺，不能用于热成形工艺制备汽车部件。
随着汽车钢板强度的提高，必然导致其成形困难，主要表现为成形裂纹、回弹严重以及模具磨损等。目前强度超过1200MPa的汽车用钢板几乎无法进行冷成形过程。为了获取更高强度(≥1500MPa)的汽车部件，国内外主要采用热成形的方式来进行生产和制造,其中以22MnB5系列热成形用钢为代表([1]KarbasianH,TekkayaAE.Areviewonhotstamping[J].JMaterProcess.Technol,2010,210(15):2103-2118.[2]MerkeinM,LechlerJ.Investigationofthethermo-mechainicalpropertiesofhotstampingsteels[J].JMaterProcessTechnol,2007,177(1-3):452-455.)。但是，当前热成形工艺制备的汽车部件其抗拉强度可以达到1500MPa以上，但相应的塑性仅有5～6％，强塑积不足10GPa％，碰撞吸能效果较差。这类钢板主要是通过热成形淬火获得超高强度，钢板自身强度仅为600-700MPa。
综上，目前对于超高强度汽车用钢的开发是完全割裂的两条技术路线，一是以研究开发适用于冷成形工艺的超高强度高强塑积汽车钢板为技术路线，另一是利用热成形工艺制备超高强度汽车部件为技术路线。而研究开发兼具冷、热成形柔性化应用的相关专利文章尚未见报道。值得指出的是，汽车轻量化和安全性的保障是汽车部件的超高强度和高强塑积。但是，目前对于超高强度汽车钢板制备汽车部件的瓶颈在于冷成形技术难题；而对于热成形汽车用钢来说，强塑积明显偏低。因此，研究开发一种新型的汽车用钢，能够同时适用于冷成形工艺和热成形工艺来制备超高强度汽车部件，由汽车主机厂根据实际需求和装备技术条件进行柔性化制备应用，对于提高生产及管理效率、降低生产成本、实现低成本绿色化制造具有显著意义。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种兼具冷、热成形柔性化应用的高强塑积超高强度汽车用钢，该汽车用钢可同时满足冷、热成形的柔性化应用，并满足相应的力学性能。
(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：
一种兼具冷、热成形柔性化应用的高强塑积超高强度汽车用钢，以C-Mn-Cr为主要合金元素，以质量百分比计，该汽车用钢包括以下成分：碳0.18-0.28％，铬1.3-2.4％，锰1.6-3.0％，硅≦1.0％，合金元素总含量不大于3.5％。该钢合金成分设计，主要是根据提高钢的淬透性、第二相粒子析出行为调控以及热成形抗氧化性的需要，基于低合金含量、低成本以及焊接性能等综合考虑，提出了C-Mn-Cr合金体系。
进一步的，以质量百分比计，该汽车用钢包括以下成分：碳0.21％，铬1.3％，锰1.69％，硅≦1.0％，合金元素总含量不大于3.5％。
进一步的，以质量百分比计，该汽车用钢包括以下成分：碳0.25％，铬1.5％，锰2.03％，硅≦1.0％，合金元素总含量不大于3.5％。
进一步的，该钢在经过冷轧工艺及连续退火工艺后成为用于制备汽车部件的钢板，钢板可以经冷成形工艺制备汽车部件，也可以经热成形工艺制备汽车部件，即兼具冷、热成形的柔性化应用，上述两种成形工艺制备的汽车部件，均具有超高强度(≥1000MPa)和高强塑积(≥20GPa％)的性能特征。
进一步的，该钢在冷轧工艺过程的总压下量不低于50％，每道次的压下量不大于3mm。
进一步的，该钢在连续退火工艺时的温度不低于830℃，保温时间不小于2min，时效和过时效温度不低于300℃，时效时间不小于5min。
进一步的，钢板用于热成形工艺时，热成形加热温度为860℃-950℃，热成形冷却方式为通过在模具中的水冷管道淬火至室温，冷却速度大于14℃/s。
本发明主要从第二相析出、组织细化、多相组织以及组织遗传性实现力学性能。具体的，以本发明所涉及的合金成分与冷轧后连续退火工艺配合，通过退火温度和时间以及时效温度和时间，调控再结晶过程、相变过程和第二相粒子的析出行为，使冷轧板获得了有具有高位错密度的亚微米级铁素体晶粒、马氏体、残余奥氏体以及Cr的碳化物粒子构成的多相组织。其中铁素体和残余奥氏体以及与第二相粒子的相互作用承担了提升塑性的作用，而马氏体基体和第二相粒子的弥散强化承担了提升强度的作用，使汽车钢板得到了良好的力学性能。对于热成形过程，通过热成形温度和冷却速度控制，使得成形后的汽车部件中得到马氏体、残余奥氏体组织和含Cr的碳化物粒子的多相组织，实现其要求的力学性能。
(三)有益效果
本发明提供了一种兼具冷、热成形柔性化应用的高强塑积超高强度汽车用钢，其具有如下有益效果：
1、本发明首次提供了一种同时兼具冷、热成形柔性化应用的新型汽车用钢，并且基于现有的工业生产装备和技术条件，通过工艺优化设计实现组织调控，满足相应的力学性能。
2、本发明提出的汽车用钢，其冷轧退火钢板的强度达到1000MPa以上的超高强度水平，强塑积达到20GPa％以上；其热成形部件的强度达到1500MPa以上，强塑积达到15GPa％以上。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。
实施例1：
选用0.21％C-1.69％Mn-1.3％Cr实验用钢，锻坯厚度、宽度和长度分别为30、120和360mm。经过950℃热轧至4.4mm厚度的钢板。然后冷轧至1.8mm厚度。其马氏体开始转变温度为400℃。冷轧后采用连续退火工艺进行连退处理，工艺参数为：850℃加热保温3min，300℃时效6min后空冷。拉伸试验其抗拉强度为1050MPa，伸长率21％，强塑积22GPa％。
实施例2：
选用0.25C-2.03％Mn-1.5％Cr实验用钢，锻坯厚度、宽度和长度分别为30、120和360mm。经过950℃热轧至4.4mm厚度的钢板。然后冷轧至1.8mm厚度。其马氏体开始转变温度为400℃。冷轧后采用连续退火工艺进行连退处理，工艺参数为：850℃加热保温3min，300℃时效6min后空冷。采用热成形工艺，加热温度900℃，保温5min后进行热冲压成形。拉伸试验其抗拉强度为1800MPa，伸长率10％，强塑积18GPa％。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种兼具冷、热成形柔性化应用的高强塑积超高强度汽车用钢，其特征在于，以质量百分比计，该汽车用钢包括以下成分：碳0.18-0.28％，铬1.3-2.4％，锰1.6-3.0％，硅≦1.0％，合金元素总含量不大于3.5％。
2.如权利要求1所述的兼具冷、热成形柔性化应用的高强塑积超高强度汽车用钢，其特征在于，以质量百分比计，该汽车用钢包括以下成分：碳0.21％，铬1.3％，锰1.69％，硅≦1.0％，合金元素总含量不大于3.5％。
3.如权利要求1所述的兼具冷、热成形柔性化应用的高强塑积超高强度汽车用钢，其特征在于，以质量百分比计，该汽车用钢包括以下成分：碳0.25％，铬1.5％，锰2.03％，硅≦1.0％，合金元素总含量不大于3.5％。
4.如权利要求1-3任一项所述的兼具冷、热成形柔性化应用的高强塑积超高强度汽车用钢，其特征在于，该钢在经过冷轧工艺及连续退火工艺后成为用于制备汽车部件的钢板，所述钢板可以经冷成形工艺制备汽车部件，也可以经热成形工艺制备汽车部件。
5.如权利要求4所述的兼具冷、热成形柔性化应用的高强塑积超高强度汽车用钢，其特征在于，该钢在冷轧工艺过程的总压下量不低于50％，每道次的压下量不大于3mm。
6.如权利要求4所述的兼具冷、热成形柔性化应用的高强塑积超高强度汽车用钢，其特征在于，该钢在连续退火工艺时的温度不低于830℃，保温时间不小于2min，时效和过时效温度不低于300℃，时效时间不小于5min。
7.如权利要求4所述的兼具冷、热成形柔性化应用的高强塑积超高强度汽车用钢，其特征在于，所述钢板用于热成形工艺时，热成形加热温度为860℃-950℃，热成形冷却方式为通过在模具中的水冷管道淬火至室温，冷却速度大于14℃/s。
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