CN113926892B - 抗拉强度≥980MPa级热轧超高强度双相钢零件冲压成形工艺及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗拉强度≥980MPa级热轧超高强度双相钢零件冲压成形工艺及应用，该工艺采用如下步骤：(1)、将双相钢钢板加热至Ms点温度的‑50～+10℃，保温，保温时间t≥12min，且满足：t＝(4～20)×T min；其中T为单位为mm时的钢板厚度值；(2)、直接在零件模具中带温冲压成形，带温冲压温度为Ms点温度‑30～+0℃；(3)、在模具内按冷速≥50℃/s的条件恒压快速冷却至室温，取出得到所需零件。
Description
技术领域
本发明涉及冲压成形制造技术领域，涉及一种超高强度双相钢低温热成形工艺方法，具体为一种抗拉强度≥980MPa级热轧超高强度双相钢零件冲压成形工艺及应用。
背景技术
随着工业技术的发展和科技能力的提高，汽车轻量化发展成为趋势，相对应汽车结构件用材料的高强化、超高强化成为必然。很多980MPa级及以上超高强度DP钢、MS钢、QP钢得到研究开发，其制造方式包括冷轧产线和短流程产线。但是此类材料由于超高强度，对应材料塑性较低的特点，其应用及成形过程中会面临许多问题。
如申请号为201610451301.5的中国专利文献公开了一种热轧980MPa级热轧双相钢及其制造方法，其延伸率性能≥12％，只能满足简单冲压或辊压成形，而且存在冲压回弹大的问题，无法适应大多数汽车零件复杂成形要求。另外，以22MnB5为代表的热冲压成形钢得到应用，其原理是将材料加热到高温后成形，然后淬火实现超高强度，此种工艺方法虽然实现了超高强度，但直接损失了材料的塑性和韧性，以及零件的变形吸能效果，仅能适用于乘用车A柱、B柱等少数零件，也无法大范围应用。
而热成形钢成形后淬火工艺，获得的零件具有极高强度，但缺乏塑性和韧性，吸能能力弱。
公开号为CN 102286689 A的中国专利文献公开了《一种双相热成形钢的制备方法》，该方法采用1.0-3.0％的高Al成分设计，容易在冶炼连铸过程形成结瘤堵塞水口，不能满足批量工业化生产要求；而且由于设计了较高的碳含量，可焊性不高。
公开号为CN 1698993 A的中国专利文献公开了《温热或热成形产品的生产方法》，该方法通过两相区加热或者缓慢冷却在最终组织中引入铁素体，实现两相组织，从而提高零件延伸率，但是其结果仅依靠是否开裂作为判据，不仅不能确定有效工艺参数，有效利用材料的性能，而且在生产过程中可能会产生较高的废品率，增加许多额外成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的上述不足，提供一种可保持材料的塑性和韧性性能，零件具有较高的变形吸能效果的抗拉强度≥980MPa级超高强度双相钢零件冲压成形工艺。
其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。
本发明旨在开发一种适用于热轧超高强度双相钢冲压成形复杂结构零件的制造方法。其抗拉强度≥980MPa级热轧超高强度双相钢零件冲压成形工艺方法如下：
将1.0～3.0mm厚抗拉强度≥980MPa级的超高强度双相钢，加热至Ms(马氏体相变开始温度)点温度-50～+10℃，保温时间按t＝(4～20)×T min，且按t≥12min设定(其中T为单位为mm时的钢板厚度)，然后直接在零件模具中带温(Ms点温度-30～+0℃)在零件模具中冲压成形，然后在模具内恒压快速冷却(冷速≥50℃/s)至室温取出。
其中，加热至Ms点-20到+10℃为优选，其优势在于温度的均匀性和稳定性。在Ms点附近加热，此温度相对较低，钢板的换热系数较低，容易产生钢板不同部位温度的不均匀。而采用加热至Ms点-50到+10℃加热，当钢板局部出现低点温度时可能会超出加热温度要求范围，该部位延伸性会偏低，从而有可能会影响后续的冲压效果。
本申请通过将零件钢板加热到Ms点附近设定温度范围，其延伸率较室温时延伸率提高≥7％。而将钢板加热并保持在Ms点-30～+0℃范围，则可以满足零件直接冲压成型。
本超高强度双相钢可适用的材料化学成分(按质量百分比)组成为：C：0.17～0.25，Si：≤0.12，Mn：0.6～1.20，P：0.015～0.025，S：≤0.005，Als：0.02～0.06，Cr≤0.60(可以为0)，Mo≤0.30(可以为0)，此外，还含N≤0.006，其余为Fe及不可避免的夹杂。通过CSP等短流程连铸连轧生产线制造成0.6～3.0mm(优选1.0～3.0mm)热轧薄板卷，成品状态为热轧。
本发明的热轧高强度结构钢薄板中各合金成份的作用机理如下：
本发明的碳(C)含量为0.18％～0.25％，碳是钢中不可缺少的提高钢材强度的元素之一，同时C含量会提高钢的淬透性，保证最终马氏体组织。
本发明的锰(Mn)含量为0.60％～1.20％的锰，可降低奥氏体转变成铁素体的相变温度，扩大热加工温度区域，有利于两相组织工艺实现。同时利用固溶强化，保证最终强度。
本发明的钼(Mo)含量为≤0.30％，优选方案为0.15-0.25％。钼具有高的固溶强化效果，同时使钢中组织具有高的低温稳定性。
本发明的铬(Cr)含量为≤0.60％，优选方案为0.25-0.40％。铬具有高的固溶强化效果，同时利于两相组织控制。
本发明的磷(P)含量为0.015～0.025，P具有极高的固溶强化效果，同时能与表面氧化铁皮形成疏松多孔的磷酸亚铁结构，利于表面氧化铁皮的消除。但是P又容易形成偏析，导致冷脆，因此不宜过高。
本发明的硫(S)含量≤0.005％。硫易与锰结合生成MnS夹杂，影响钢的塑性。因此，本发明应尽量减少磷、硫元素对钢性能的不利影响。
本发明的硅(Si)含量≤0.12％。硅对热连轧板卷表面质量有不利影响，因此本发明应尽量降低钢中硅含量。
本发明的铝(Al)含量为0.02～0.06％，其主要作用是脱去钢水中的氧(O)，同时起到一定强化效果。
本发明的氮(N)含量≤0.006％，属于转炉钢中正常残余。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种采用上述零件冲压成形工艺，在汽车模压件冲压成形中的应用。
试验表明，利用本发明的热轧高强度结构钢薄板的抗拉强度≥980MPa，延伸率≥12％，组织为马氏体+铁素体，厚度范围1.0～3.0mm的热轧双相结构钢薄板。在350～430℃温度加热拉伸后，延伸率为室温拉伸延伸率的1.5倍以上，钢板高温延伸率可以完全满足零件冲压成形工艺要求。冲压零件完成后快速冷却，零件材料仍然是铁素体+马氏体双相组织，使零件具有极高的吸能效果。
附图说明
图1为采用本发明冲压成形工艺时钢板加工过程示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细说明。
本发明提供了一种利用抗拉强度≥980MPa的热轧双相钢中低温热冲压成形工艺制造复杂零件的制造方法，具体地指一种超高强度双相钢应对于例如汽车结构等复杂形状零件成形时，采用的低温热冲压成形制造方法，以及通过此种方法获得的成形产品。
具体是将1.0～3.0mm厚抗拉强度≥980MPa级的超高强度热轧双相钢，加热至Ms点温度-20～+10℃，然后直接带温(Ms点温度-30～+0℃)在零件模具中冲压成形，然后在模具内快速冷却(冷速≥50℃/s)至室温取出。此方法既能满足超高强度双相钢成形要求，又能保留钢板原始组织类型，使得冲压成形零件具有高强度和一定的抗变形吸能能力。
以下结合具体实施例对本发明的抗拉强度≥980MPa级超高强度热轧双相钢零件冲压制造方法作进一步的详细描述：
下表1列出了本发明可用于温热成形零件用抗拉强度≥980MPa级热轧双相钢的几种具体实施例的化学成份。这几种钢在CSP短流程生产线上，通过7机架热连轧机组控制轧制，轧制的钢带经层流两阶段控制冷却后卷取成热轧钢卷，制得板厚为1.0～3.0mm的热轧钢卷，继续开平横切成钢板。
本发明试验结果见下表2。
将本发明所制造的钢板，如图1所示意的过程，其中①是加热阶段，将钢板加热至Ms点温度-50～+10℃(优选-20～+10℃)；②是保温阶段，保温时间按t＝(4～20)×T min，且按t≥12min设定(T为单位为mm时的钢板厚度值)；③是送入模具，直接带温(Ms点温度-30～+0℃)在零件模具中冲压成形，其中，图中竖直的虚线简单区分了②和③的界限；④是零件在模具内恒压快速冷却(冷速≥50℃/s)至室温。对零件外形进行测量，并且从零件上截取试样进行力学性能检测，结果见下表3。
表1本发明钢的化学成分，wt％
| 成份 | C | Si | Mn | P | S | Al | Cr | Mo | N |
| 1 | 0.172 | 0.09 | 1.15 | 0.018 | 0.002 | 0.031 | - | - | 0.002 |
| 2 | 0.247 | 0.07 | 0.73 | 0.020 | 0.003 | 0.045 | - | - | 0.003 |
| 3 | 0.181 | 0.07 | 0.94 | 0.016 | 0.002 | 0.053 | 0.40 | - | 0.003 |
| 4 | 0.185 | 0.07 | 1.07 | 0.023 | 0.003 | 0.041 | - | 0.18 | 0.004 |
| 5 | 0.192 | 0.08 | 0.92 | 0.019 | 0.002 | 0.042 | 0.28 | 0.15 | 0.004 |
表2本发明钢热连轧板制备方法及试验结果
注：表2的成份1、2、3、4、5与表1中的成份1、2、3、4、5为对应关系。
表3本发明钢零件制备及截样试验结果
采用该方法，可实现980MPa级热轧双相钢克服冲压成形限制，实现具有高强度高吸能零件的制造。对于扩大980MPa级热轧双相钢的市场运用，增加此类产品的市场开发具有重大的积极作用。
Claims (7)
1.一种抗拉强度≥980MPa级热轧超高强度双相钢零件冲压成形工艺，其特征在于，采用如下步骤：
(1)、将双相钢钢板加热至Ms点温度的-50～+10℃，保温，保温时间t≥12min，且满足：
t＝(4～20)×T min
其中T为单位为mm时的钢板厚度值；
(2)、直接在零件模具中带温冲压成形，带温冲压温度为Ms点温度-30～+0℃；
(3)、在模具内按冷速≥50℃/s的条件恒压快速冷却至室温，取出得到所需零件；
其中，按质量百分比，所述超高强度双相钢的组分为：
C：0.17～0.25，Si：≤0.12，Mn：0.6～1.20，P：0.015～0.025，S：≤0.005，Als：0.02～0.06，Cr≤0.60，Mo≤0.30，N≤0.006；
余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的抗拉强度≥980MPa级热轧超高强度双相钢零件冲压成形工艺，其特征在于，步骤(1)中，将双相钢钢板加热到Ms点-20～+10℃。
3.根据权利要求1所述的抗拉强度≥980MPa级热轧超高强度双相钢零件冲压成形工艺，其特征在于，所述超高强度双相钢的组分中，Mo为0.15-0.25％，Cr为0.25-0.40％。
4.根据权利要求1所述的抗拉强度≥980MPa级热轧超高强度双相钢零件冲压成形工艺，所述超高强度双相钢采用CSP短流程热连轧方式获得。
5.根据权利要求1所述的抗拉强度≥980MPa级热轧超高强度双相钢零件冲压成形工艺，所述超高强度双相钢为热轧为厚度为0.6～3.0mm的热轧钢板。
6.根据权利要求5所述的抗拉强度≥980MPa级热轧超高强度双相钢零件冲压成形工艺，所述超高强度双相钢为热轧为厚度为1.0～3.0mm的热轧钢板。
7.一种采用权利要求1-6中任一权利要求所述的抗拉强度≥980MPa级热轧超高强度双相钢零件冲压成形工艺在汽车模压件冲压成形中的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |