CN113941599A - 一种汽车用高强韧性热成形零件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车用高韧性热成形零件的制备方法，属于金属材料技术领域，首先将热成形钢坯在室温下进行三次不同压下量预轧制；然后将板料经电阻加热至750‑800℃，加热时间为5‑7s；后放入设置为920℃的箱式加热炉中加热，加热时间为5‑8s，完成全部奥氏体组织转变；最后将加热后的坯料转移至压机模具中冲压成形，然后保压并同时进行冷却，冷却速率≥60℃/s，冷却至300℃以下，最终制备出具有均匀细晶组织的热成形钢零件。本发明采用低成本商用原料，通过简单预轧制变形处理，获得合适的形变组织及内能状态，然后经电阻式加热+箱式加热炉复合快速加热后冲压成形，再配合模淬冷却速度，实现微观组织细化，以达到在不降低强度的情况下提高热成形钢的塑性。

Description

一种汽车用高强韧性热成形零件的制备方法
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，具体涉及一种汽车用高韧性热成形零件的制备方法。
背景技术
高强钢的使用对汽车轻量化具有积极有效的作用，而随钢板强度级别不断提升，在冷成形过程中面临成形困难、回弹大和模具寿命低等问题。因此，尽管已开发出抗拉强度约为1.5GPa的高强度钢板，但对抗拉强度高于1.2GPa的钢板进行冷成形难以实现产业化。热冲压成形技术利用钢板的高温下塑形增加，成形抗力下降的特点，将料板高温加热至奥氏体化后快速冲压成形，保压并同步进行模淬冷却，其零件具有成形简单和高强度、高尺寸精度的特点，且回弹小。
一般情况下，热成形技术首先需将原料通过辊底炉或箱式加热炉加热至Ac3+60℃，并保温180s-300s，保证其组织完全奥氏体化后，再经冲压模淬为完全的马氏体组织，故：普遍的热成形零件抗拉强度在1500MPa左右，延伸率在6％左右。由于热成形零件具有高强度特点，通常被用做汽车的安全部件以满足安全防护和轻量化需求；然而其较低的延伸率不利于碰撞吸能，造成其在使用过程中的局限性。目前，为了增加热成形钢零件塑形,主要有两种方式：一是减少C含量质量分数，但该方式往往以牺牲其强度为代价；二是添加稀土元素，该方式虽不降低其强度，但会大幅增加材料成本。
因此，亟需一种成本较低的方式，在不降低强度的情况下提高热成形钢的塑性，以满足汽车行业日益增加的安全防护和轻量化需求。
发明内容
为了克服现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种汽车用高韧性热成形零件的制备方法，即采用低成本商用原料，通过简单预轧制变形处理，获得合适的形变组织及内能状态，然后经电阻式加热 +箱式加热炉复合快速加热后冲压成形，再配合模淬冷却速度，实现微观组织细化，以达到在不降低强度的情况下提高热成形钢的塑性。
本发明通过如下技术方案实现：
一种汽车用高强韧性热成形零件的制备方法，具体的步骤如下：
步骤一：
S1：将热成形钢坯在室温下进行三次不同压下量预轧制,获得具有高位错密度的热成形钢薄板坯料，为后续组织奥氏体化转变储备更多内能。
S2：将S1预轧制完成的热成形薄板坯料，落料成适合于热冲压成形板料；
步骤二：
S3：将S2中的板料经电阻加热至750-800℃，加热时间为5-7s；
S4：将S3中加热后的坯料放入设置为920℃的箱式加热炉中加热，加热时间为5-8s，完成全部奥氏体组织转变；
步骤三：
S5：将S4中加热后的坯料转移至压机模具中冲压成形，然后保压并同时进行冷却，冷却速率≥60℃/s，冷却至300℃以下，最终制备出具有均匀细晶组织的热成形钢零件。
优选地，步骤S1中热成形钢板的厚度4-6mm。
优选地，步骤S1中的三次轧制的压下量分别为40-50％、30-40％和40-50％，总压下量为75％-85％。
优选地，步骤S1中的热成形钢板，其化学成分按质量分数如下： C：0.15-0.25％，Si：0.10-0.30％,Mn：1.00-1.4％，P:≤0.025％，S:≤ 0.010％，Al:0.02-0.06％,Cr:0.10-0.30％， B:0.0015-0.0050％,Mo:0.10％-0.30％，其中，Cr、Mo元素总质量分数≤0.4％。
优选地，步骤S3的板料至惰性气体条件下进行加热，避免在加热过程中产生过多氧化皮，影响后续淬透性。
优选地，步骤S5中的冲压速度为50—65mm/s，冲压变形速度过慢易于冲压过程发生奥氏体转变为马氏体，不利于成形；冲压速度过快易于使部分奥氏体先转化为铁素体，不利于强度提高。
优选地，将S5中模具冷却的热成形零件转移至回火炉中回火，回火分为两个阶段：第一阶段回火温度为250-300℃，回火时间为 40-60s,第二阶段回火温度为180-220℃，回火时间为60-80s,通过两阶段回火降低组织内应力，提高拉伸塑形，然后取出零件进行空冷，最终制备出具有均匀细晶组织的热成形钢零件。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)通过本发明的制备方法，采用低成本方式制备出具有均匀细晶组织的热成形钢零件，材料抗拉强度在1600MPa以上，延伸率约 10％；
(2)本发明通过室温下大压下量预轧制使热成形钢板坯料产生大量的位错密度，为后续奥氏体化储备更多内能。
(3)本发明的热成形钢加热过程采用电阻加热炉+箱式炉结合的方式进行加热，加热时间短，更快促进热成形钢组织奥氏体化转变，再配合快冷速模淬及分阶段退火，可制备出均匀细小的马氏体组织，提高热成形钢件的室温力学性能。
(4)该方法相较于传统热成形工艺而言，还具有加热时间短、有效避免裸板在冲压过程中氧化铁皮的产生，亦可满足汽车行业日益增加的安全防护和轻量化需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的一种汽车用高强韧性热成形零件的制备方法的加热工艺示意图；
图2为实施例1-3的热成形零件的微观组织SEM图；
其中，(a)为实施例1的热成形零件，(b)为实施例2的热成形零件，(c)为实施例3的热成形零件。
具体实施方式
为清楚、完整地描述本发明所述技术方案及其具体工作过程，结合说明书附图，本发明的具体实施方式如下：
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
实施例1
本实施例提供的一种汽车用高强韧性热成形零件的制备方法，具体的步骤如下：
S1：热成形钢板选取厚度为4mm的热成形钢原料，其中，B的质量分数为0.20％；热成形钢板的化学成分按质量分数如下：C：0.15％， Si：0.10％,Mn：1.00％，P:0.025％，S:0.010％，Al:0.02％,Cr:0.10％， B:0.0015％,Mo:0.10％％，其中，Cr、Mo元素总质量分数≤0.4％；
S2：热成形钢坯在室温下进行三次预轧制，三次轧制压下量分别为40％、30％和41％，总压下量为75.2％，获得具有高位错密度的热成形钢薄板坯料；
S3：将S2预轧制好的热成形薄板坯料，落料成适合于热冲压成形板料；
S4：将S3中的板料转移至惰性气体条件下，避免在加热过程中产生过多氧化皮，影响后续淬透性；
S5：将S4中的板料经电阻加热炉快速加热至800℃，加热时间 6s；
S6：将S5中加热后的坯料使用箱式加热炉快速加热至920℃，并保温时间为5s，完成全部奥氏体组织转变；整个加热过程采用电阻式加热+箱式炉结合的方式进行加热，加热时间短，使具有高内能的热成形钢薄板坯料迅速完成奥氏体组织转变。该过程形成的奥氏体组织细小且均匀，有利于提升淬火后热成形零件的综合力学性能。
S7：将S6中加热后的坯料迅速转移至压机模具中冲压成形，冲压速度选着为53mm/s，冲压变形速度过慢易于冲压过程发生奥氏体转变为马氏体，不利于成形；冲压速度过快易于使部分奥氏体先转化为铁素体，不利于强度提高。
S8：将S7中冲压后的零件于模具中随即保压并同时进行冷却，合模保压并同时进行冷却，冷却速率≥70℃/s，冷却至300℃以下，转移至回火炉中回火，回火分为两个阶段：第一阶段回火温度为 250℃，回火时间为40s,第二阶段回火温度为1800℃，回火时间为60s,通过两阶段回火降低组织内应力，提高拉伸塑形，然后取出零件进行空冷，最终制备出具有95％以上为马氏体的均匀细晶组织，显微组织如图2的(a)所示。
其中，高比例的马氏体组织表现出高的强度，均匀的细晶组织有利于提高拉伸塑性，最终制备出屈服强度为990MPa，抗拉强度为 1620MPa，弯曲角度为67°的热成形钢零件。
实施例2
本实施例提供的一种汽车用高强韧性热成形零件的制备方法，具体的步骤如下：
S1：热成形钢板选取厚度为5mm的热成形钢原料，其中，B的质量分数为0.26％；热成形钢板的化学成分按质量分数如下：C：0.25％， Si：0.30％,Mn：1.4％，P:0.005％，S:0.005％，Al:0.06％,Cr:0.30％，B:0.0015-0.0050％,Mo:0.30％，其中，Cr、Mo元素总质量分数≤0.4％；
S2：将热成形钢坯在室温下进行三次不同压下量预轧制，三次轧制压下量分别为45％、35％和45％，总压下量约为80.3％，获得具有高位错密度的热成形钢薄板坯料。
S3：将S2预轧制好的热成形薄板坯料，落料成适合于热冲压成形板料。
S4：将S3中的板料转移至惰性气体条件下，避免在加热过程中产生过多氧化皮，影响后续淬透性；
S5：将S4中的板料经电阻加热炉快速加热至750℃，加热时间 5s。
S6：将S5中加热后的坯料使用箱式加热炉快速加热至920℃，并保温时间为7s，完成全部奥氏体组织转变。
S7：将S6中加热后的坯料转移至压机模具中冲压成形，冲压速度选着为57mm/s，冲压变形速度过慢易于冲压过程发生奥氏体转变为马氏体，不利于成形；冲压速度过快易于使部分奥氏体先转化为铁素体，不利于强度提高。
S8：将S7中冲压后的零件于模具中随即保压并同时进行冷却，合模保压并同时进行冷却，冷却速率≥80℃/s，冷却至300℃以下，转移至回火炉中回火，回火分为两个阶段：第一阶段回火温度为 300℃，回火时间为60s,第二阶段回火温度为220℃，回火时间为80s,通过两阶段回火降低组织内应力，提高拉伸塑形，然后取出零件进行空冷，最终制备出具有95％以上为马氏体的均匀细晶组织，显微组织如图2的(b)所示。
其中，高比例的马氏体组织表现出高的强度，均匀的细晶组织有利于提高拉伸塑性，最终制备出屈服强度为1080MPa，抗拉强度为 1670MPa，弯曲角度为66°的热成形钢零件。
实施例3
本实施例提供的一种汽车用高强韧性热成形零件的制备方法，具体的步骤如下：
S1：热成形钢板选取厚度为6mm的热成形钢原料，其中，B的质量分数为0.26％，热成形钢板的化学成分按质量分数如下：C：0.2％， Si：0.2％,Mn：1.2％，P:0.0005％，S:0.008％，Al:0.04％,Cr:0.2％， B:0.003％,Mo:0.2％，其中，Cr、Mo元素总质量分数≤0.4％；
S2：将热成形钢坯在室温下进行三次不同压下量预轧制，三次轧制压下量分别为50％、40％和50％，总压下量约为85％，获得具有高位错密度的热成形钢薄板坯料。
S3：将S2预轧制好的热成形薄板坯料，落料成适合于热冲压成形板料。
S4：将S3中的板料转移至惰性气体条件下，避免在加热过程中产生过多氧化皮，影响后续淬透性；
S5：将S4中的板料经电阻加热炉快速加热至780℃，加热时间6s。
S6：将S5中加热后的坯料使用箱式加热炉快速加热至920℃，并保温时间为6s，完成全部奥氏体组织转变。
S7：将S6中加热后的坯料转移至压机模具中冲压成形，冲压速度选着为64mm/s，冲压变形速度过慢易于冲压过程发生奥氏体转变为马氏体，不利于成形；冲压速度过快易于使部分奥氏体先转化为铁素体，不利于强度提高。
S8：将S7中加热后的坯料迅速转移至压机模具中，合模保压并同时进行冷却，冷却速率≥60℃/s，冷却至300℃以下，转移至回火炉中回火，回火分为两个阶段：第一阶段回火温度为280℃，回火时间为50s,第二阶段回火温度为200℃，回火时间为70s,通过两阶段回火降低组织内应力，提高拉伸塑形，然后取出零件进行空冷，最终制备出具有95％以上为马氏体的均匀细晶组织，显微组织如图2的(c) 所示。
其中，高比例的马氏体组织表现出高的强度，均匀的细晶组织有利于提高拉伸塑性，最终制备出屈服强度为1050MPa，抗拉强度为 1690MPa，弯曲角度为65°的热成形钢零件。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (7)

1.一种汽车用高强韧性热成形零件的制备方法，其特征在于，具体的步骤如下：
步骤一：
S1：将热成形钢坯在室温下进行三次不同压下量预轧制,获得具有高位错密度的热成形钢薄板坯料，为后续组织奥氏体化转变储备更多内能。
S2：将S1预轧制完成的热成形薄板坯料，落料成适合于热冲压成形板料；
步骤二：
S3：将S2中的板料经电阻加热至750-800℃，加热时间为5-7s；
S4：将S3中加热后的坯料放入设置为920℃的箱式加热炉中加热，加热时间为5-8s，完成全部奥氏体组织转变；
步骤三：
S5：将S4中加热后的坯料转移至压机模具中冲压成形，然后保压并同时进行冷却，冷却速率≥60℃/s，冷却至300℃以下，最终制备出具有均匀细晶组织的热成形钢零件。
2.如权利要求1所述的一种汽车用高强韧性热成形零件的制备方法，其特征在于，步骤S1中热成形钢板的厚度4-6mm。
3.如权利要求1所述的一种汽车用高强韧性热成形零件的制备方法，其特征在于，步骤S1中的三次轧制的压下量分别为40-50％、30-40％和40-50％，总压下量为75％-85％。
4.如权利要求1所述的一种汽车用高强韧性热成形零件的制备方法，其特征在于，步骤S1中的热成形钢板，其化学成分按质量分数如下：C：0.15-0.25％，Si：0.10-0.30％,Mn：1.00-1.4％，P:≤0.025％，S:≤0.010％，Al:0.02-0.06％,Cr:0.10-0.30％，B:0.0015-0.0050％,Mo:0.10％-0.30％，其中，Cr、Mo元素总质量分数≤0.4％。
5.如权利要求1所述的一种汽车用高强韧性热成形零件的制备方法，其特征在于，步骤S3的板料至惰性气体条件下进行加热，避免在加热过程中产生过多氧化皮，影响后续淬透性。
6.如权利要求1所述的一种汽车用高强韧性热成形零件的制备方法，其特征在于，步骤S5中的冲压速度为50—65mm/s。
7.如权利要求1所述的一种汽车用高强韧性热成形零件的制备方法，其特征在于，将S5中模具冷却的热成形零件转移至回火炉中回火，回火分为两个阶段：第一阶段回火温度为250-300℃，回火时间为40-60s,第二阶段回火温度为180-220℃，回火时间为60-80s,通过两阶段回火降低组织内应力，提高拉伸塑形，然后取出零件进行空冷，最终制备出具有均匀细晶组织的热成形钢零件。
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