CN112589382A - 一种高强度低密度汽车用钢热冲压成形工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高强度低密度汽车用钢热冲压成形工艺，该成形工艺将高强度低密度钢板加工成板厚为0.8～1.5mm的板料；先确定化学成分及含量，再将板料经过冶炼、锻造、二次热轧、固溶处理、酸洗、冷轧、退火，多级时效、热冲压、超低温回火一系列操作后得到我们所需要的低密度钢，其中在加热炉中加热至750‑950℃，达到指定温度后再保温4‑7min，将加热好的高强度低密度钢板料转移到冷模具上进行热冲压成形，转移时间为3‑10s，冲压速度为25‑35mm/s；冲压成形后的零件进行模具保压，保压时间为5‑10s。本发明热冲压成形后板料零件运用到车体上可减重10％以上，且热冲压成形后的零件强度高，硬度大，回弹角小，保证了产品精度和质量；工艺简单，效率高，应用前景广阔。

Description

一种高强度低密度汽车用钢热冲压成形工艺
技术领域
本发明属于热冲压工艺技术领域，更具体地说，涉及一种高强度低密度汽车用钢热冲压成形工艺。
背景技术
随着汽车行业的发展进步和人们对环境保护、资源节约的意识提高，对汽车轻量化材料的研究和关注也越来越多。研究人员将Fe-Al合金和Fe-Mn-Al-Si-C系TWIP钢联系起来，发现向钢中加入较高含量的Al不仅能获得优异力学性能，还可以使钢的密度减少，从不同的两个方面同时进行减重。
高强度钢在车辆车身上的应用，不仅实现了车辆的轻量化，而且显著提高了车辆碰撞强度和安全性能，因此成为车用钢材的重要发展方向。而高强度、低密度钢(高含Al的Fe-Mn-Al-C系)被认为是实现汽车轻量化与安全性的有效途径。随着板料强度的提高，传统的冷冲压工艺在成型过程中容易产生破裂及回弹现象，无法满足高强度、低密度钢板的加工工艺要求。
高强度、低密度汽车用钢的热冲压成形工艺成为解决以上问题并获得板料优良性能的新成形工艺。由于高强度钢冷冲压成形困难，且成形后产生变形，产品质量差，而热冲压成形技术不仅具有高强度的特点，而且在成形后产品精度高，再加上高强度钢的抗冲击性能较强且能减轻车身自重，因此高强度低密度钢热冲压技术在汽车制造领域具有极大的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高强度低密度汽车用钢热冲压成形工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案为：一种高强度低密度汽车用钢热冲压成形工艺，具体包括如下步骤：
步骤一、冶炼:将金属原料加入冶炼炉进行冶炼，得到钢液；
步骤二、锻造：将步骤一所得到的低密度钢注入模具中，得到低密度钢的铸坯；
步骤三、热轧：将步骤二所得到的低密度钢进行二次热轧优选的；
步骤四、固溶处理：将步骤三所得到的低密度钢在温度为850-1150℃，保温处理时间为20min～2.5h，之后进行淬火处理，选用液氮作为淬火介质；
步骤五、酸洗：对步骤四所得到的低密度钢进行酸洗；
步骤六、冷轧：步骤五所得到的低密度钢轧制至5-0.8mm，总压下率75％—95％，施加张力不小于30％屈服强度；
步骤七、退火：步骤六所得到的低密度钢在温度为800～1050℃，保温处理时间为20min～1h，并进行水冷，强塑积>45GPa％；
步骤八、多级时效：步骤七所得到的低密度钢进行1-4次时效处理；
步骤九、热冲压：步骤八所得到的低密度钢进行感应加热/马弗炉-热冲压-
水/液氮冷却，水冷温度为15～20℃，液氮冷却温度在-197℃～-100℃；
步骤十、超级低温回火：步骤N8所得到的低密度钢在加热温度为150～250℃，保温时间20min～1.5h。
所述高强度低密度汽车用钢化学成分组成及其质量百分含量为：C：1％，Mn：16％，Al：10％，余量为Fe及不可避免夹杂。
优选的，所述高强度低密度钢板加工成的板料板厚为0.8-1.5mm。
优选的，所述步骤三中所用的冲压模具材料为高Ni或高Gr的热作模具钢。
优选的，所述板料成形初始温度为700-900℃，冲压速度为25-35mm/s，保压时间为5-10s。
采用本发明提供的技术方案，具有如下有益效果：本发明工艺热冲压成形过程中表现出了优良成形性能，强度高且硬度大，满足汽车抗碰撞性能的要求，尺寸精度高，成形件回弹相对于冷冲压明显减小，在满足高强度的同时运用到车体上可减重10％以上，安全性高。
附图说明
图1：为本发明所述的热轧工艺图；
图2：本发明所述的回弹角随温度变化图；
图3：为本发明所述的退火后拉伸应力应变曲线图；
图4：为本发明所述的低密度钢高温非等温拉伸试验工艺图；
图5：为本发明所述的750°的奥氏体和铁素体两相组织金相图；
图6：为本发明所述的650°奥氏体和铁素体两相组织金相图；
图7：为本发明所述的950°奥氏体组织金相图。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述。
实施例1
本实施例的一种高强度低密度汽车用钢热冲压成形工艺，包括如下步骤:
步骤一、冶炼：将金属原料加入冶炼炉进行冶炼，得到钢液；
步骤二、锻造：将步骤一所得到的低密度钢注入模具中，得到低密度钢的铸坯；
步骤三、热轧：将步骤二所得到的低密度钢进行二次热轧，第一次热轧，轧制厚度：60mm，加热制度：1130℃，保温时间1.5h，粗轧温度：1090℃，精轧温度：960℃，终轧温度：880℃，终冷温度：390℃，卷取温度：285℃，轧制道次：6，热轧总压下率：89％，层流冷却速率设置：125℃/s；第二次热轧，轧制厚度：7mm，加热制度：1150℃，保温时间1.2h，粗轧温度：1100℃，精轧温度：925℃，终轧温度：865℃，终冷温度：350℃，卷取温度：280℃，热轧总压下率：75％，层流冷却速率设置：170℃/s；
步骤四、固溶处理：将步骤三所得到的低密度钢在温度为950℃，保温处理时间为1.5h，之后进行淬火处理，选用液氮作为淬火介质；
步骤五、酸洗：将步骤四所得到的低密度钢进行酸洗；
步骤六、冷轧：步骤五所得到的低密度钢轧制至3.2mm，总压下率85％，施加张力35％屈服强度；
步骤七、退火：步骤六所得到的低密度钢在温度为920℃，保温处理时间为45min，并进行水冷，所得低密度钢的强塑积>45GPa％；
步骤八、多级时效：步骤七所得到的低密度钢进行4次时效处理，第一次时效温度为450℃，保温处理时间为1.5，第二次时效温度为420℃，保温处理时间为1.3h，第三次时效温度为380℃，保温处理时间为1.1h第四次时效温度为350℃,保温处理时间为50min；
步骤九、热冲压：步骤八所得到的低密度钢进行感应加热/马弗炉-热冲压-水/液氮冷却，水冷温度为18℃，液氮冷却温度在-170℃；
步骤十、超低温回火：步骤九所得到的低密度钢在加热温度为200℃，保温时间50min。
本发明工艺热冲压成形过程中表现出了优良成形性能，强度高且硬度大，满足汽车抗碰撞性能的要求，尺寸精度高，成形件回弹相对于冷冲压明显减小，在满足高强度的同时运用到车体上可减重10％以上，安全性高。
经过以上工艺步骤后，取出冲压成形件样品，待测：
Figure BDA0002795986690000051
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (11)

1.一种高强度低密度汽车用钢热冲压成形工艺，其特征是:
按照质量分数百分比计，所用材料包括其化学成分按质量百分比为：C：0.05～1.1％；
Mn：8％～16.5％；
Al：2％～14.5％；
Ni：0.02％～5.5％；
Cr：0.01％～0.04％；
Na:0.1％～0.25％；
Ar:10％<0.01～0.04％,10％<C+Mn+Ni+Cr+Na+Ar<38％,35<Mn/C<7.27,0.55<Mn/Al<8.25,0.36<Al/Ni<25,余量为Fe，没有其他杂质元素。
2.一种高强度低密度汽车用钢热冲压成形工艺，其特征是，包括如下步骤:
N1冶炼：将金属原料加入冶炼炉进行冶炼，得到钢液；
N2锻造：将步骤N1所得到的低密度钢注入模具中，得到低密度钢的铸坯；
N3热轧：将步骤N2所得到的低密度钢进行二次热轧，第一次热轧，轧制厚度：60-10mm，加热制度：1100～1250℃，保温时间1～2.5h，粗轧温度：1050～1100℃，精轧温度：950～1000℃，终轧温度：850～920℃，终冷温度：300～450℃，卷取温度：200～350℃，轧制道次：5～8，热轧总压下率：80～95％，层流冷却速率设置：100～150℃/s；第二次热轧，轧制厚度：10-5mm，加热制度：1100～1250℃，保温时间0.5～1.5h，粗轧温度：1010～1210℃，精轧温度：920～950℃，终轧温度：830～890℃，终冷温度：270～420℃，卷取温度：170～320℃，热轧总压下率：50～85％，层流冷却速率设置：150～200℃/s；
N4固溶处理：将步骤N3所得到的低密度钢在温度为850-1150℃，保温处理时间为20min～2.5h，之后进行淬火处理，选用液氮作为淬火介质；
N5酸洗：将步骤N4所得到的低密度钢进行酸洗；
N6冷轧：步骤N5所得到的低密度钢轧制至5-0.8mm，总压下率75％—95％，施加张力不小于30％屈服强度；
N7退火：步骤N6所得到的低密度钢在温度为800～1050℃，保温处理时间为20min～1h，并进行水冷，强塑积>45GPa％；
N8多级时效：步骤N7所得到的低密度钢进行1-4次时效处理，第一次时效温度为400～600℃，保温处理时间为0.5～2h，第二次时效温度为340～540℃，保温处理时间为0.4～1.5h，第三次时效温度为310～500℃，保温处理时间为0.3～1.2h第四次时效温度为280～450℃,保温处理时间为0.1～1.1h；
N9热冲压：步骤N8所得到的低密度钢进行感应加热/马弗炉-热冲压-水/液氮冷却，水冷温度为15～20℃，液氮冷却温度在-197℃～-100℃。
N10超低温回火：步骤N8所得到的低密度钢在加热温度为150～250℃，保温时间20min～1.5h。
3.根据权利要求1所述的一种高强度低密度汽车用钢热冲压成形工艺，其特征是:所述高强度低密度钢板加工成的板料板厚为0.8-1.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种高强度低密度汽车用钢热冲压成形工艺，其特征是:所述步骤三中所用的冲压模具材料为高Ni或高Gr的热作模具钢。
5.根据权利要求1所述的一种高强度低密度汽车用钢热冲压成形工艺，其特征是:所述板料成形初始温度为700-900℃，冲压速度为25-35mm/s，保压时间为5-10s。
6.根据权利要求1所述的一种高强度低密度汽车用钢热冲压成形工艺，其特征是：低密度钢通过冶炼温度为1550℃-1650℃及浇注温度为1510℃，后经过1200℃均热及多道次轧制，具有优良的综合力学性能，抗拉强度在800-1600MPa之间最高可达1507MPa，延伸率在9％-27％，具有高强度和高断后延伸率，碰撞吸收能较高。
7.根据权利要求1所述的一种高强度低密度汽车用钢热冲压成形工艺，其特征是：将钢板料一次升热至完全奥氏体化状态，再快速转移到模具中，通过模具高速冲压成形一定形状的产品外形，保证冲压件的质量，在650-950℃,随着温度的升高，得到的低密度钢回弹减小，由12°减小至2°，经过热冲压的零件在车身结构上使用，极大地提高车身碰撞安全性，减轻汽车自身重量，节能环保和舒适。
8.根据权利要求1所述的一种高强度低密度汽车用钢热冲压成形工艺，其特征是：Mn含量在10％-19％，Al含量在8％-12％,将纯度极高的锰块、铁块、铝块和碳粉放在真空感应炉内进行冶炼，Mn含量为16.49％和Al含量在9.41％显著地提高钢的抗拉强度，屈服强度，从而提高热冲压性。
9.根据权利要求1所述的一种高强度低密度汽车用钢热冲压成形工艺，其特征是：在650～950℃和0.01S～10S范围内，同一应变速率下，变形应力随温度升高而降低。同时温度越高曲线的斜率正逐渐变小这说明硬化指数变小。
10.根据权利要求1所述的一种高强度低密度汽车用钢热冲压成形工艺，其特征是：在650～950℃和0.01S～10S范围内，一定温度下，材料应力随着变形进行而增大，直至趋于水平达到最大抗拉强度。
11.根据权利要求1所述的一种高强度低密度汽车用钢热冲压成形工艺，其特征是：在650～950℃和0.01S～10S范围内，材料变形初期，随应变增加材料应力迅速增大。此时位错值不断增加，交互作用增强进而阻碍其运动，位错密度的增加产生的硬化效应大于交滑移产生软化效应，宏观上变形硬化占了主导地位。若变形温度达到回复温度，随着变形过程材料产生动态回复现象，将会抵消或减弱变形产生的硬化的效应，宏观上表示为曲线斜率变小，并趋于平缓。
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