CN113528973A - 一种高塑性热成形钢的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种高塑性热成形钢的生产方法，包括：获得热成形钢基板；将所述热成形钢基板进行冲裁，后加热以奥氏体化，获得奥氏体化钢板；将所述奥氏体化钢板进行热冲压成形淬火，后在200～400℃下保温30～1000s，以进行碳元素的配分，获得配分件；将所述配分件进行激光切割，获得高塑性热成形钢精成形件。本发明实施例将热冲压成形淬火，后配分在200～400℃下连续进行，实现高成形精度和低回弹的同时在最终的组织中获得残留奥氏体，这部分残留奥氏体可为汽车热冲压零件在服役中提供更高的延伸率，保证热冲压零件更高的吸能性，保障驾乘人员的安全。

Description

一种高塑性热成形钢的生产方法
技术领域
本发明实施例涉及炼钢技术领域，特别涉及一种高塑性热成形钢的生产方法。
背景技术
热成形技术是上世纪80年代提出的冲压技术，广泛应用于汽车工业，特别是汽车上的重要安全件，比如A柱﹑B柱和防撞梁等，热成形钢是目前白车身上应用强度最高的材料之一。随着全球对汽车碰撞安全的要求越来越高，热成形零件在车身上的作用越来越大，特别是国内在2018年实行新版的汽车碰撞测试标准，高强度优势的热成形钢发挥的作用越来越大。但是热成形技术目前最大的限制之一是热成形后材料的延伸率偏低。Q&P(Quenchingand Partitioniong，淬火配分)工艺是美国科罗拉多矿业大学Speer教授在2003年提出的生产高延伸率汽车板材一种工艺，淬火到马氏开始转变温度Ms和马氏体终止转变温度Mf点之间，然后在某一温度保温一段时间，保温过程中让奥氏体富碳，在随后的冷却过程中富碳的奥氏体的一部分作为残留奥氏体保留下来，这部分奥氏体在拉伸过程中发生TRIP效应(Transformation Induced Plasticity Effect，相变诱导塑性)，对塑性的提升做出贡献。
公开号为CN102296242A的专利申请公开了一种汽车用高强韧性热成形钢板的热处理方法，热成形后的零件在100-500℃范围内进行1-5min的回火处理。通过回火处理后可以消除内应力和软化组织，改善韧性，但是增加生产成本，降低生产效率。
公开号为CN109517946 A的专利申请公开了一种钢材热冲压及模具内淬火配分一体化处理方法，钢板在加热炉中保温，进行奥氏体化处理，然后在模具中淬火粗成形，然后在马氏体开始转变温度Ms和马氏体终止转变温度Mf之间开模，同时关闭模具冷却水，让零件空冷10-60s，实现配分过程，然后再次闭合模具进行淬火和水冷，精确成形。通过配分过程提高了零件的塑性和韧性，但是生产的效率低，控制的难度大。
因此，如何开发一种延伸率高且生产效率高的高塑性热成形钢的生产方法，成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例目的是提供一种高塑性热成形钢的生产方法，延伸率高且生产效率高。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种高塑性热成形钢的生产方法，所述方法包括：
获得热成形钢基板；
将所述热成形钢基板进行冲裁，后加热以奥氏体化，获得奥氏体化钢板；
将所述奥氏体化钢板进行热冲压成形淬火，后在200～400℃下保温30～1000s，以进行碳元素的配分，获得配分件；
将所述配分件进行激光切割，获得高塑性热成形钢精成形件。
进一步地，所述模具包括相连接的热冲压模组和保温模组，所述热冲压模组具有与所述粗成形件的形状相匹配的热冲压腔体，所述保温模组具有保温腔体，所述保温腔体的形状与所述热冲压腔体的形状相同。
进一步地，所述热冲压成形淬火在所述热冲压模组中进行，所述保温在所述保温模组中进行。
进一步地，所述将所述奥氏体化钢板在模具中进行热冲压成形淬火，后在200～400℃下保温30～1000s，以进行碳元素的配分，获得配分件，具体包括：
将所述奥氏体化钢板于所述热冲压模组中将温度由700～880℃降低至200～400℃以进行热冲压成形淬火，后打开所述热冲压模组并转移至保温模组中在200～400℃下保温30～1000s，以进行碳元素的配分，获得配分件。
进一步地，所述热成形钢基板的化学成分以质量分数计为C：0.15％～0.35％，Si：0.5％～2％，Mn≤2％，Al≤1％，B≤0.01％，Cr：0.5％～2％，P≤0.010％，S≤0.006％，Ti：0.01％～0.03％，其余为Fe和其他不可避免杂质。
进一步地，所述加热的温度为880～950℃。
进一步地，所述热成形钢基板包括镀层板和无镀层裸板。
进一步地，所述热成形钢基板为镀层板时，所述热冲压成形淬火中控制露点在≤-15℃。
进一步地，所述热成形钢基板为无镀层裸板时，所述热冲压成形淬火中加入氮气。
进一步地，所述热成形钢基板为无镀层裸板时，所述激光切割之后还包括喷丸以去除表面的氧化皮。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的一种高塑性热成形钢的生产方法，所述方法包括：获得热成形钢基板；将所述热成形钢基板进行冲裁，后加热以奥氏体化，获得奥氏体化钢板；将所述奥氏体化钢板进行热冲压成形、淬火，后在200～400℃下保温30～1000s，以进行碳元素的配分，获得配分件；将所述配分件进行激光切割，获得高塑性热成形钢精成形件。本发明实施例将热冲压成形淬火和配分在200～400℃下连续进行，实现高成形精度和低回弹的同时在最终的组织中获得相当比例(体积分数范围为5-15％)的残留奥氏体。这部分残留奥氏体可以为汽车热冲压零件在服役过程中提供更高的延伸率，保证热冲压零件更高的吸能性，保障驾乘人员的安全。这部分残留奥氏体可以显著提高热冲压后零件的韧性，极限冷弯角保证大于60°。此外，这部分残留奥氏体可以降低氢在材料中的扩散系数，降低材料的氢脆敏感性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例提供的一种高塑性热成形钢的生产方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种高塑性热成形钢的生产方法中所用的模具的结构示意图；1-热冲压模组、2-保温模组；3、奥氏体化钢板；
图3是本发明实施例提供的一种高塑性热成形钢的生产方法中各流程中的温度示意图；其中①钢板奥氏体化保温过程；②奥氏体化的钢板转运的过程；③在热冲压模具组的热冲压淬火成形过程；④热冲压后的零件在保温模具组中的配分过程；⑤开模具后的冷却过程。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明实施例，本发明实施例的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明实施例，而非限制本发明实施例。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明实施例所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明实施例中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据本发明实施例一种典型的实施方式，提供一种高塑性热成形钢的生产方法，如图1所示，包括：
S1、获得热成形钢基板；
作为一种可选的实施方式，所述热成形钢基板的化学成分以质量分数计为C：0.15％～0.35％，Si：0.5％～2％，Mn≤2％，Al≤1％，B≤0.01％，Cr：0.5％～2％，P≤0.010％，S≤0.006％，Ti：0.01％～0.03％，其余为Fe和其他不可避免杂质。
本申请人通过实验发现，将Si元素含量控制在0.3～2.0％之间，足够的Si元素可以抑制配分过程中碳化物的析出。
作为一种可选的实施方式，获得热成形钢基板，包括：将退火后的热成形钢基板钢卷开平，获得热成形钢基板；对于短流程热成形钢基板直接采用酸洗后的钢板开平，获得热成形钢基板；具体地：
作为一种可选的实施方式，所述获得热成形钢基板，包括：
采用热成形钢的所述化学成分经冶炼后连铸，获得连铸板坯；
将所述连铸板坯进行加热，后进行粗轧、精轧，冷却后卷取，获得热轧板；
将所述热轧板进行酸洗和冷轧，获得冷硬带钢；
将所述冷硬带钢退火，获得热成形钢基板钢卷；
将所述热成形钢基板钢卷开平，获得热成形钢基板。
作为一种可选的实施方式，对于短流程热成形钢基板，所述获得热成形钢基板，包括：
采用热成形钢的所述化学成分经冶炼后连铸，粗轧、感应加热，精轧，冷却后卷取，获得热轧板；
将所述热轧板进行酸洗，获得酸洗带钢；
将所述酸洗带钢开平，获得热成形钢基板。
S2、将所述热成形钢基板进行冲裁，后加热以奥氏体化，获得奥氏体化钢板；
所述加热的温度(奥氏体化保温温度)范围为880～950℃，该加热范围有利于快速奥氏体化得到均匀的组织，加热温度若低于880℃，组织会不均匀，加热温度若高于950℃会导致原始奥氏体长大，恶化性能；
S3、将所述奥氏体化钢板在模具中进行热冲压成形淬火，后在200～400℃下保温30～1000s，以进行碳元素的配分，获得配分件；
具体地，如图2所示，所述模具包括相连接的热冲压模组1和保温模组2，所述热冲压模组1具有与所述粗成形件的形状相匹配的热冲压腔体，所述保温模组2具有保温腔体，所述保温腔体的形状与所述热冲压腔体的形状相同。图2中箭头表示奥氏体化钢板3的传输方向；这样有利于冲裁后的热成形钢基板在箱式炉中完全奥氏体化，后立即转运到所述模具的热冲压模具组中热冲压淬火，在保温模组2中保温若干时间，然后冷却到室温，最后进行激光切割等步骤。热冲压后的钢板在模具间的转移过程中会有不可避免的温度降低，但是因为本发明实施例的模具采用级进模技术，转移的速度很快，温度降低可以忽略。此外，在200～400℃零件与空气间的传热效率也很低，温降降低的程度也很小。如图3所示，热冲压成形淬火具体为：温度由700～880℃降低至所述开模温度200～400℃；
所述保温模组的温度保持在200～400℃的原因为：适当的配分温度有利于配分的效率，得到更多的残留奥氏体(残留奥氏体体积分数范围为5～15％)。此外配分温度不宜太高，若高于400℃，不利于最终热冲压零件尺寸的精度保证；若低于400℃，残留奥氏体不足。
在200～400℃下保温30～1000s的原因为：足够的配分时间有利于保证组织中残留奥氏体的量，若时间长于1000s，会有部分残留奥氏体分解；若时间短于30s，形成的残留奥氏体太少。
该实施方式中，所述热成形钢基板包括镀层板和无镀层裸板。
所述热成形钢基板为镀层板时，所述热冲压成形淬火中控制露点在≤-15℃。
控制露点在≤-15℃是为了防止材料中的氢含量过高；露点大于-15℃容易导致氢含量过高；
所述热成形钢基板为无镀层裸板时，所述热冲压成形淬火中加入氮气。这样设置有利于零件表面氧化层的控制。
本发明实施例的一种生产高塑性热成形钢的方法，优化传统的热冲压产线，采用热冲压模组来热冲压成形，奥氏体化后的钢板在热冲压模具内实现热冲压淬火成形，保温模具保持一定的温度，在热冲压模具热冲压成形后的零件在第二个模具及后续模具中实现配分的过程，实现奥氏体中碳的富集，增强奥氏体的稳定性，在随后的冷却过程中得到更多的残留奥氏体。
本发明实施例在热冲压模具中热冲压后，在保温模具中保温配分，采用级进模技术，把长时间的配分过程，分配在保温模具中，保证了热冲压的节奏和效率。此外，级进模技术保证了热冲压生产的连贯性，使热冲压+配分技术的结合成为可实现的技术，在模具中配分可以保证零件的成形精度。
S4、将所述配分件进行激光切割，获得高塑性热成形钢精成形件。
所述热成形钢基板为无镀层裸板时，所述激光切割之后还包括喷丸以去除表面的氧化皮。
下面将结合实施例、对照例及实验数据对本申请的一种高塑性热成形钢的生产方法进行详细说明。
步骤S1、获得热成形钢基板；
各实施例和各对比例的热成形钢基板的化学成分列表如表1所示。
表1-实施例1-3和对比例1-5的钢化学成分(质量百分比/％)
Figure BDA0003116949490000061
步骤S2-S4、实施例1-实施例3中，冲裁后的热成形钢基板在箱式炉中完全奥氏体化，获得奥氏体化钢板；将奥氏体化钢板立即转运到热冲压模组中热冲压淬火，在热冲压模组中开模后依次在多个保温模组中保温若干时间，然后冷却到室温，最后进行激光切割，获得高塑性热成形钢精成形件。
对比例1-对比例2中，目前常用的热冲压成形工艺，即冲裁后的热成形钢基板在箱式炉中完全奥氏体化后，立即转运到热冲压模具中冲压淬火，最后进行激光切割等步骤。
实施例1-3和对比例1-4的工艺参数如表2所示：
表2-实施例1-3和对比例1-5的热冲压工艺参数
Figure BDA0003116949490000062
实施例1-3和对比例1-2在热冲压后的力学性能如表3所示：
表3-实施例和对比例在热冲压前后的力学性能
Figure BDA0003116949490000063
Figure BDA0003116949490000071
由表3的数据可知：
一般残留奥氏体体积分数小于2％可认为是没有残留奥氏体；
强度损失为充氢后抗拉强度的损失量，充氢溶液为0.1mol/L的NaOH溶液，充氢时间为24h，充氢电流为1mA/cm2，充氢后的慢拉伸试样的表面光滑，没有氢鼓包；
对比例1-2中，钢在热冲压后的残留奥氏体体积分数小于2％，总伸长率小于7％；
对比例3中，保温温度过低，残余奥氏体不足，延伸率低；
对比例4中，Si元素为0.3％，小于本发明实施例Si：0.5％～2％的范围，残余奥氏体不足，延伸率低；
实施例1-3中在热冲压后的残留奥氏体体积分数≥5％，热冲压后的总伸长率(A50)在12％与15％之间，充氢后的强度损失≤20％。
综上可知：
(1)实施例1-3在热冲压后的残留奥氏体体积分数≥5％，对比例钢在热冲压后的残留奥氏体体积分数小于2％；本发明采用级进模的产线来生产热成形钢，解决了长期以来热冲压成型零件延伸率偏低的问题(目前22MnB5在热冲压后延伸率在5～6％之间)。
(2)实施例1-3在热冲压后的总伸长率(A50)在12％与15％之间，对比例的总伸长率不超过6％。说明更多的残留奥氏体在拉伸过程中发生了TRIP效应，对延伸率的提升做出贡献，增加了热冲压零件做为白车身上重要结构件的安全性。
(3)实施例1-3在充氢后的强度损失≤20％，对比例在充氢后的强度损失20～35％，说明热冲压后零件组织中得到更多的残留奥氏体，显著降低材料的氢脆敏感性，提升材料应对氢致延迟开裂的能力。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明实施例权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明实施例也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种高塑性热成形钢的生产方法，其特征在于，所述方法包括：
获得热成形钢基板；
将所述热成形钢基板进行冲裁，后加热以奥氏体化，获得奥氏体化钢板；
将所述奥氏体化钢板进行热冲压成形淬火，后在200～400℃下保温30～1000s，以进行碳元素的配分，获得配分件；
将所述配分件进行激光切割，获得高塑性热成形钢精成形件。
2.根据权利要求1所述的一种高塑性热成形钢的生产方法，其特征在于，所述模具包括相连接的热冲压模组和保温模组，所述热冲压模组具有与所述粗成形件的形状相匹配的热冲压腔体，所述保温模组具有保温腔体，所述保温腔体的形状与所述热冲压腔体的形状相同。
3.根据权利要求2所述的一种高塑性热成形钢的生产方法，其特征在于，所述热冲压成形淬火在所述热冲压模组中进行，所述保温在所述保温模组中进行。
4.根据权利要求2所述的一种高塑性热成形钢的生产方法，其特征在于，所述将所述奥氏体化钢板在模具中进行热冲压成形淬火，后在200～400℃下保温30～1000s，以进行碳元素的配分，获得配分件，具体包括：
将所述奥氏体化钢板于所述热冲压模组中将温度由700～880℃降低至200～400℃以进行热冲压成形淬火，后打开所述热冲压模组并转移至保温模组中在200～400℃下保温30～1000s，以进行碳元素的配分，获得配分件。
5.根据权利要求1所述的一种高塑性热成形钢的生产方法，其特征在于，所述热成形钢基板的化学成分以质量分数计为C：0.15％～0.35％，Si：0.5％～2％，Mn≤2％，Al≤1％，B≤0.01％，Cr：0.5％～2％，P≤0.010％，S≤0.006％，Ti：0.01％～0.03％，其余为Fe和其他不可避免杂质。
6.根据权利要求1所述的一种高塑性热成形钢的生产方法，其特征在于，所述加热的温度为880～950℃。
7.根据权利要求1所述的一种高塑性热成形钢的生产方法，其特征在于，所述热成形钢基板包括镀层板和无镀层裸板。
8.根据权利要求7所述的一种高塑性热成形钢的生产方法，其特征在于，所述热成形钢基板为镀层板时，所述热冲压成形淬火中控制露点在≤-15℃。
9.根据权利要求7所述的一种高塑性热成形钢的生产方法，其特征在于，所述热成形钢基板为无镀层裸板时，所述热冲压成形所用的加热炉中加入氮气保护。
10.根据权利要求7所述的一种高塑性热成形钢的生产方法，其特征在于，所述热成形钢基板为无镀层裸板时，所述激光切割之后还包括喷丸以去除表面的氧化皮。
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