[發明專利]熱沖壓成形用鋼板、熱沖壓成形工藝及熱沖壓成形構件

有效

• 申請號: 201510083838.6
• 申請日: 2015-02-16
• 公開（公告）號: CN104846274B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 易紅亮;杜鵬舉
• 申請（專利權）人: 重慶哈工易成形鋼鐵科技有限公司
• 主分類號: C22C38/06
• 分類號: C22C38/06;C22C38/38;C22C38/58;C21D8/04;B21D22/02;B21D37/16
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 崔幼平,李婷

技術領域

本發明涉及一種新的熱沖壓成形用鋼板、熱沖壓成形工藝、及由其制得的超高強韌性成形構件，更具體而言，涉及一種新的熱沖壓成形用鋼板，其通過熱沖壓成形工藝制造高強度高韌性的構件，用于汽車用安全結構件和增強構件、及其他汽車用高強韌構件。

背景技術

節能、安全、環保是當今世界汽車發展的主題，而汽車輕量化對節約資源、環境保護、促進汽車安全性的提高有重要作用。在減重的同時為保障安全性，高強度鋼的使用就成為必然趨勢。但通常鋼鐵材料的強度提高會導致成形性能降低，不容易成形為汽車設計所需要的形狀復雜的構件；同時高強度鋼成形回彈嚴重，導致其沖壓成形構件尺寸精度控制困難；且高強度鋼鐵材料冷沖壓成形過程模具磨損嚴重，導致其沖壓成本提高。

為解決高強鋼的沖壓成形問題，一種稱為熱沖壓成形或熱成形、用來制造具有1000MPa或更高的強度的車輛構件的成形方法被成功開發并大規模商業化應用。該方法的實施步驟是：把鋼板加熱到850-950℃的奧氏體區，然后放進帶有冷卻系統的模具中在高溫下進行沖壓成形，該溫度下材料僅有~200MPa的強度和高于40%的延伸率，成形性能極佳，可成形為汽車設計所需的復雜構件，且回彈小成形精度高，沖壓成形的同時對鋼板進行模壓淬火，從而得到全馬氏體組織的高強度成形構件。

裸鋼在熱成形過程中會發生氧化，這將影響鋼的表面質量，并且會對模具造成影響。而常規鋼板的鋅鍍層技術不能滿足熱沖壓成形工藝條件，美國專利US 6296805 B1提出了一種涂鍍鋁或鋁-硅合金的熱沖壓成形用鋼板，在熱沖壓成形加熱過程中基體材料中的鐵會擴散至鋁鍍層并形成鐵鋁合金層，奧氏體化加熱溫度下該鐵鋁合金層不發生氧化，可在整個熱沖壓成形過程中有效保護鋼板不發生氧化，且該鍍層對成形構件服役過程的防腐性能有一定提高，因此被大批量商業應用。但與常規的鋅鍍層鋼板相比，鋁硅鍍層不能提供電化學腐蝕保護。EP1143029中提出了一種使用鋅或鋅合金涂鍍熱軋鋼板而制得的鍍鋅鋼板來制造熱沖壓成形構件的方法，但是鋅鍍層的熔點較低大約在780℃左右，在熱成形過程中會發生鋅的蒸發和鋅鐵鍍層的融化，這會導致液態誘導脆性，降低熱成形鋼的強度。

專利CN103392022中提出了一種基于淬火碳配分工藝提出的熱沖壓成形技術，能獲得較高的強度和延伸率；但其通常需要控制冷卻溫度在100-300℃區間，零件溫度均勻性控制較難，并且對熱處理過程中溫度的控制要求較高，生產工藝復雜，不利于熱沖壓成形構件的實際生產；其奧氏體化熱處理溫度較高，不利于鋅鍍層板的熱沖壓成形，且能量消耗高。

專利CN101545071中提出了一種新的熱沖壓成形鋼板，將奧氏體化加熱溫度可降低~50^oC，這在一定程度上可適當降低制造成本，但是其熱沖壓成形鋼的強韌性與常規22MnB5熱沖壓成形材料對比沒有顯著提升。

專利CN102127675B中提出了一種可降低熱沖壓成形溫度的合金設計及沖壓成形方法。該方法包括在降低熱沖壓成形溫度的條件下將材料加熱至730~780℃并沖壓冷卻至Ms點以下30~150℃(即通常冷卻到150~280℃)后，進一步加熱至150~450℃保溫1~5分鐘，經碳從馬氏體向未轉變的奧氏體配分使其穩定至最終狀態，基于殘余奧氏體的TRIP效應提高材料延性，但其延伸率超過10%時的材料屈服強度均未超過1150MPa。該方法須將構件冷卻到150~280℃的某一特定溫度后再升高溫度至150~450℃進行保溫，造成構件溫度精確度與均勻性難以控制，或需要復雜的生產工藝過程來控制其淬火溫度，不利于熱沖壓成形構件的實際生產。

發明內容

本發明的一個目的在于提供一種熱沖壓成形用鋼板、熱沖壓成形工藝及其成形構件，其鋼板馬氏體相變開始溫度較低，從而能確保在較低溫度下進行淬火，以便獲得構件的超高強韌性匹配。在本發明的熱沖壓成形工藝中，將材料設計的馬氏體相變開始溫度點（Ms）控制為小于等于280℃，通常將淬火溫度設定為馬氏體相變開始溫度點以下150~260℃，從而能通過例如空氣中冷卻或者0~100℃的冷水、溫水或熱水進行淬火，之后再另行進行加熱保溫，因此溫度控制簡單易行，溫度均勻且精確，組織性能一致性好。本發明中將沖壓成形后的構件直接冷Ms點以下150~260℃（即通常冷卻至0~100℃）后再另行進行加熱保溫，可確保沖壓構件的超高強韌性匹配，其機械力學性能達到抗拉強度1600MP以上，屈服強度達到1200MPa以上，同時延伸率達到10%以上。