[發(fā)明專利]熱沖壓成形用抗氧化超高強鋼板及其低溫熱成形工藝

在審

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• 申請日: 2019-10-28
• 公開（公告）號: CN110643909A
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發(fā)明（設計）人: 羅海文;李碩碩
• 申請（專利權(quán)）人: 北京科技大學
• 主分類號: C22C38/58
• 分類號: C22C38/58;C22C38/50;C22C38/48;C22C38/46;C22C38/44;C22C38/42;C22C38/06;C22C38/02;C21D8/02;C21D1/18;B21D22/02
• 代理公司: 11237 北京市廣友專利事務所有限責任公司
• 代理人: 張仲波

本發(fā)明提供一種熱沖壓成形用抗氧化超高強鋼板及其低溫熱成形工藝，屬于鋼鐵材料技術(shù)領域。該鋼板以重量百分比計包括0.20～0.35％的C、6～8％的Mn、2～5％的Cr、0.05～0.3％的Nb+V，0.3～0.8％的Si、0.1～0.8％的Al和余量Fe。該鋼板熱成形加熱溫度可在720～770℃且熱成形中鋼板氧化增重＜0.5g/m²，氧化層厚度≤2.5μm，經(jīng)熱成形后屈服強度≥1400MPa，抗拉強度≥1700MPa，總延伸率≥11％，在較高的780～900℃加熱成形中鋼板氧化增重≤6.5g/m²，氧化層厚度≤18.7μm，成形后鋼板抗拉強度≥1880MPa，總延伸率≥14％，可用于汽車安全結(jié)構(gòu)件及其他高強韌構(gòu)件。本發(fā)明實現(xiàn)了節(jié)能降耗，低溫熱成形并防氧化，可以不用涂鍍目前應用的防氧化鋁硅涂層，降低了成本，明顯提高了熱成形鋼板的力學性能。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及鋼鐵材料技術(shù)領域，特別是指一種熱沖壓成形用抗氧化超高強鋼板及其低溫熱成形工藝。

背景技術(shù)

汽車為現(xiàn)代的生活帶來了巨大的便利，徹底改變了人們的出行方式，推動了社會的發(fā)展，同時也帶來了資源嚴重消耗和汽車尾氣等環(huán)境問題。汽車的輕量化可以提高燃油效率，降低燃料消耗，減少尾氣污染，緩解汽車產(chǎn)業(yè)帶來的負面影響。汽車輕量化要求汽車自身減重的同時保障車身的安全性，高強度鋼的使用就成為必然趨勢。但鋼鐵材料強度提高通常會降低其成形性能，不利生產(chǎn)形狀復雜的汽車構(gòu)件；高強度鋼成形回彈嚴重，損壞沖壓成形構(gòu)件尺寸精度；同時成形過程模具磨損嚴重，提高了沖壓成本。

為了解決高強鋼沖壓成形的問題，一種稱為熱沖壓成形或熱成形的鋼板成形工藝被成功開發(fā)并大規(guī)模商業(yè)化應用。該成形工藝的典型過程為：把22MnB5鋼板加熱到奧氏體化溫度以上(950℃左右)保溫大約5分鐘，使鋼板組織全部變?yōu)閵W氏體，然后迅速轉(zhuǎn)移到帶有冷卻系統(tǒng)的模具中在高溫下進行沖壓成形，冷卻速率必須大于27K/s，一直降溫到M點(馬氏體開始轉(zhuǎn)變溫度，一般410℃)以下，使奧氏體發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，最后得到成形構(gòu)件的組織幾乎全部為馬氏體。熱沖壓成形工藝在高溫下成形，鋼鐵材料變形抗力小延伸率高，成形性能極佳，可生產(chǎn)汽車設計所需的復雜構(gòu)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，得到高強度的全馬氏體組織的車輛成形構(gòu)件，屈服強度可達1000-1250MPa，抗拉強度可達1400-1700MPa，延伸率一般約為4-8％。

但是現(xiàn)有的熱成形工藝也有明顯缺點，首先加熱溫度高，能源消耗大，構(gòu)件在加熱過程和移送過程中，鋼板表面高溫氧化嚴重，對模具造成不利影響，后序需要噴丸設備清除表面氧化鐵皮；其次冷卻模具要求具備高的冷卻速度，模具設計難度大，成本高(較冷成形模具高數(shù)倍)主體設備投資大；最后熱成性件的強度雖然很高，但是延伸率一般都很小，一般小于8％，使鋼板零件的綜合性能降低。造成熱成形鋼生產(chǎn)的上述缺點主要歸結(jié)于傳統(tǒng)熱成形用鋼(典型為22MnB5鋼)的本質(zhì)特征，主要原因有：①傳統(tǒng)用以22MnB5為代表的合金結(jié)構(gòu)鋼的奧氏體化溫度高(Ac3點約為860℃)，加熱溫度更高(950℃左右)；②傳統(tǒng)用22MnB5鋼的淬透性較低，需要較高的奧氏體過熱度和達到近100℃/s的冷卻速率；③基于過冷奧氏體穩(wěn)定時間短，只能在高溫形變，雖然延伸率很高，但加工硬化率較低，很難進行具有拉延要求的成形。

針對鋼板在熱成形過程中的氧化問題，美國專利US6296805B1提出了一種涂鍍鋁或鋁-硅合金的熱沖壓成形用鋼板，在成形加熱溫度下鋼中的鐵與鍍層中的鋁會形成鐵鋁合金層，可在熱成形過程中保護鋼板不發(fā)生氧化，且該鍍層對成形構(gòu)件在實際使用過程中的防腐性能有一定提高，因此被大批量商業(yè)應用。但與常規(guī)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(gòu)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(fā)生鋅的蒸發(fā)和鋅鐵鍍層的熔化，這會產(chǎn)生液態(tài)誘導脆性，降低鋼板的強度。