CN114643309A - 一种变强度热成形钢零件的加工方法 - Google Patents

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郭晶
宋博
孙洋
孙倬
刘莹
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Abstract

本发明涉及一种变强度热成形钢零件的加工方法，包括：1)将钢板划分为高强区及软区；2)通过加热炉加热时，仅将高强区部位的钢板送入炉膛内进行加热，软区部位的钢板位于炉膛外不进行加热，并控制软区温度在两相区温度范围内；3)高强区加热及软区控温完成后，获得具有温度梯度的板料；4)根据零件的强度梯度要求，在板料上选取对应部位并冲压成形，成形后的零件对应高强区的组织为马氏体组织，对应软区的组织是不完全奥氏体化后的混相组织。本发明无需进行设备改造，只需改进加工工艺即可得到具有梯度强度的热成形钢零件，且加工过程简单，生产成本低。

Description

一种变强度热成形钢零件的加工方法
技术领域
本发明涉及热成形钢技术领域，尤其涉及一种变强度热成形钢零件的加工方法。
背景技术
汽车车身的强度取决于车身的设计与钢板强度，因此车身重要防护部位的钢板强度就显得至关重要，一般高强度钢板的抗拉强度在400～450MPa左右，而热成形钢板加热前抗拉强度就已达到500～800MPa，加热成形后则提高至1300～1600MPa，为普通高强钢板的3～4倍，其硬度仅次于陶瓷，同时又具有钢材的韧性。因此，由热成形钢板制成的车身能够极大的提高抗碰撞能力和整体安全性，在碰撞中对车内人员会起到很好的保护作用。
随着热成形钢技术的发展，越来越多的汽车采用热成形钢作为关键结构材料，如A柱、B柱、门槛梁等结构。热成形钢是将常温下的硼合金钢板加热至AC3以上(一般为900℃～950℃)，保温5～7分钟直至钢板完全奥氏体化，之后送入带有冷却设施的模具内冲压成型，钢板快速冷却后组织转变为马氏体组织。
然而，单纯的增加材料强度对车身安全性的提升有限，部分结构需要在不同的情况下进行适当变形，也就是说，最佳的车身材料是适当强度与适当力学性能的最佳组合。为此，人们陆续开发出诸如变厚板、低强度热成形钢等技术，用以提升车身的碰撞性能。目前，变厚板技术已经应用在许多车型上，然而此技术的应用成本高昂，技术门槛较高，许多钢厂难以生产此类产品；低强度热成形钢需添加一道焊接工序，且材料与普通热成形钢牌号不同，需增加材料认证成本，同时采购价格高于普通热成形钢，导致生产成本上升。
为了解决上述问题，有的专利公开文献对热冲压成型模具冷却系统进行改进，在软化区域减少冷却管路，最终获得了具备软区的热成形零件。或者采用调整电感线圈炉线圈设计的方法来获得两相区，以此在热冲压淬火后获得混相软区；但是上述技术均需进行设备改造，且软区对应的模具区域工作温度过高，对模具伤害较大，因此仍会增加生产成本。
发明内容
本发明提供了一种变强度热成形钢零件的加工方法，无需进行设备改造，只需改进加工工艺即可得到具有梯度强度的热成形钢零件，且加工过程简单，生产成本低。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种变强度热成形钢零件的加工方法，包括如下步骤：
1)将用于加工零件的钢板划分为高强区及软区；
2)通过加热炉加热时，仅将高强区部位的钢板送入炉膛内进行加热，软区部位的钢板位于炉膛外不进行加热，并控制软区温度在两相区温度范围内；
3)高强区加热及软区控温完成后，获得具有温度梯度的板料；
4)根据零件的强度梯度要求，在板料上选取对应部位并冲压成形，成形后的零件对应高强区的组织为马氏体组织，对应软区的组织是不完全奥氏体化后的混相组织。
钢板在高强区及软区的外侧还设有夹持区。
控制软区温度时对软区进行冷却，使其温度保持在两相区温度范围内。
所述冷却包括风冷或喷雾冷却。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)无需进行设备改造，只需改进加工工艺即可得到具有梯度强度的热成形钢零件；在加工过程中钢板的高温区组织全部转变为马氏体，而低温区则由于奥氏体化不完全在冷却后产生了混相组织，进而降低了强度；混相组织区域在碰撞过程中会早于马氏体组织区域变形，进而吸收能量，保证其他区域不会变形，从而强化车身被动安全性；
2)加工过程简单，生产成本低。
附图说明
图1是本发明实施例所述钢板分区示意图。
图2是本发明实施例所述钢板局部加热示意图。
图3是本发明实施例所述钢板加热时各部温度示意图。
图4是本发明实施例所述B柱零件按组织分区示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
本发明所述一种变强度热成形钢零件的加工方法，包括如下步骤：
1)将用于加工零件的钢板划分为高强区及软区(如图1所示)；
2)通过加热炉加热时，仅将高强区部位的钢板送入炉膛内进行加热，软区部位的钢板位于炉膛外不进行加热(如图2所示)，并控制软区温度在两相区温度范围内；
3)高强区加热及软区控温完成后，获得具有温度梯度的板料(如图3所示)；
4)根据零件的强度梯度要求，在板料上选取对应部位并冲压成形，成形后的零件对应高强区的组织为马氏体组织，对应软区的组织是不完全奥氏体化后的混相组织。
钢板在高强区及软区的外侧还设有夹持区。
控制软区温度时对软区进行冷却，使其温度保持在两相区温度范围内。
所述冷却包括风冷或喷雾冷却。
超高强热冲压钢主要用于汽车的A柱、B柱、门槛梁、车门防撞梁等对被动安全影响较大的结构。用以在碰撞中维护结构的完整性，保护驾乘人员的人身安全，提升汽车的被动安全性。在适当的位置设定吸能区可在碰撞发生时更好的保护驾乘人员。
现有技术中，使零件具备梯度强度的方法较多，如拼焊、采用变厚板成型以及分段加热等方式。与上述技术相比，本发明无需改造加热装置及冲压模具，也不需要生产成本高昂的变厚板，只需在加热炉加热过程中将部分板坯置于炉外，并控制其温度使其处于两相区温度区间；根据零件上高强区与吸能区的划分，将板坯送进冲压设备进行成型及冷却。在这个过程中，板坯的高温区全部转变为马氏体组织，而低温区则由于奥氏体化不完全在冷却后产生了混相组织，从而降低了强度。混相区在碰撞过程中会早于马氏体区变形，进而吸收能量，保证其他区域不会变形，强化车身被动安全性。
传统的热冲压技术加热过程中板坯全部放入加热炉中加热，而本发明中板坯的大部分置于加热炉中，软区以及部分夹持区则裸露于加热炉外，板坯进入炉内加热的部分与裸露在炉外控温的部分可事先设定，并根据现场情况随时进行调整。
用于炉外软区控温的冷却装置可以采用鼓风装置进行风冷，也可采用喷雾装置进行喷雾冷却。控温时，应确保软区温度进入两相区，未进入两相区温度的区域可作为夹持部分。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
【实施例】
本实施例以加工以汽车B柱零件为例，具体加工过程如下：
步骤S1，利用开卷机展开硼合金钢钢卷，如图1所示，划分软区(碰撞时的吸能区域)、高强区以及夹持区，将钢板切割加工为板坯；
步骤S2，利用钢板传送机构将板坯送至预热后的加热炉，并使高强区部位进入加热炉内，软区部位裸露在加热炉外；加热炉升温至950℃并进行保温，直至软区温度达到设定的两相区温度。根据需要，可对软区进行控温，具体可采用鼓风机进行风冷或者通过喷雾装置进行喷雾冷却的方式，如图2所示；
步骤S3，高强区炉内加热及软区控温冷却过程同步完成后，获得具有温度梯度的板料，板坯温度梯度分布如图3所示；
步骤S4，如图4所示，B柱零件的主体应具备高强度(适用马氏体组织)，靠近底部的局部应具备吸能特性(适用混相区组织)；将板坯传送至热冲压模具中，根据需要，在板坯上选择合适位置进行冲压，冲压后冷却5分钟；经过冲压后,温度在两相区以上的板料部位(即高强区)为马氏体组织，温度处于两相区(即软区)的组织为多种相的混相组织。最终获得具备适宜强度梯度的B柱零件。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种变强度热成形钢零件的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将用于加工零件的钢板划分为高强区及软区；
2)通过加热炉加热时，仅将高强区部位的钢板送入炉膛内进行加热，软区部位的钢板位于炉膛外不进行加热，并控制软区温度在两相区温度范围内；
3)高强区加热及软区控温完成后，获得具有温度梯度的板料；
4)根据零件的强度梯度要求，在板料上选取对应部位并冲压成形，成形后的零件对应高强区的组织为马氏体组织，对应软区的组织是不完全奥氏体化后的混相组织。
2.根据权利要求1所述的一种变强度热成形钢零件的加工方法，其特征在于，钢板在高强区及软区的外侧还设有夹持区。
3.根据权利要求1所述的一种变强度热成形钢零件的加工方法，其特征在于，控制软区温度时对软区进行冷却，使其温度保持在两相区温度范围内。
4.根据权利要求3所述的一种变强度热成形钢零件的加工方法，其特征在于，所述冷却包括风冷或喷雾冷却。
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