一种汽车用超高强热成形钢的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种汽车用超高强热成形钢的制备方法，属于高强钢技术领域。将冲压成形与低温贝氏体等温相结合，综合利用微合金细化、控轧控冷细化、预变形和低温贝氏体等温等细化技术，获得由无碳化贝氏体、少量的块状残余奥氏体和体积分数小于10％的马氏体组成的超细组织，其抗拉强度为1500～2200MPa，延伸率为10～20％。超高强钢的制备工艺流程为：冶炼→连铸→热轧→裁剪→热冲压成形→低温贝氏体等温。热冲压成形时，首先将裁剪好的热轧板重新加热至Ac3+50℃奥氏体化，保温0.5～1h，而后立即移至热冲压设备上进行冲压成形，利用热冲压模具的快冷淬火作用，将过冷奥氏体冷却至Ms点之下并等温0.5～1min，迅速放入200～300℃的盐浴炉或电阻炉中等温4～6h，进行等温贝氏体转变，后取出空冷至室温。

【技术实现步骤摘要】
一种汽车用超高强热成形钢的制备方法
本专利技术属于高强钢
，涉及一种汽车用超高强热成形钢及制备方法。
技术介绍
随着我国相关法律法规的完善以及人们对安全和环保意识的提高，汽车的节能减排和安全性能越来越受到重视，开发和应用高强钢和超高强钢，提高汽车安全性，降低汽车重量，实现汽车轻量化，降低油耗是现代汽车的发展趋势。超高强钢热冲压成形技术作为实现汽车轻量化的一种新形技术，以其重量轻、强度大、成形性能好且尺寸精度高的特点很好的满足了市场需求。热冲压成形工艺将热成形和淬火工艺结合在一起，在高温奥氏体区以较低的流变应力经过冲压成形获得无回弹的精确形状，从而得到超高强零件。热冲压成形件在未来钢质汽车(FutureSteelVehicle,FSV)计划中应用达11.1％，主要应用于前、后保险杠骨架以及A柱、B柱等重点部位，尤其在正面和侧面撞击时，可有效减少驾驶舱变形，保护驾乘人员的安全。热冲压成形件通常采用低合金、含硼钢，如22MnB5、37MnB4。热成形后的显微组织为完全马氏体组织，屈服强度≥1000MPa，抗拉强度≥1500MPa，总伸长率≥5％，强度和耐磨性好，尺寸精度高，能够进行复杂零部件加工，从一定程度上弥补了超高强钢板冷成形的不足。市场上商业用热冲压成形钢的强度级别一般为1500～1600MPa，总延伸率大于5％，若能进一步提高热冲压成形钢的强度和韧性对于汽车轻量化的发展有着重要的意义。贝氏体钢具有较高的强度和良好的韧性，2002年西班牙Caballero和英国Bhadeshia等将0.98C～1.59Si～1.94Mn～1.33Cr～0.30Mo～0.02Ni～0.11V钢在低温下长时间等温(125℃等温29天/190℃等温14天)，得到一种超高强低温贝氏体，强度达2500MPa，硬度超过600HV，韧性大于30～40MPa·m1/2，其组织为超细结构的无碳化物贝氏体，片状贝氏体铁素体厚度仅20～40nm，板条间分布薄膜状残余奥氏体，这种组织的贝氏体称为纳米贝氏体，超细贝氏体或超级贝氏体钢。超级贝氏体钢具备优异的高强高塑的综合力学性能，是最具有发展前景的汽车用第三代先进高强钢之一。超细贝氏体钢虽然拥有着优异的高强度与高韧塑性配合，但其加入了大量Cr、Mo、V等贵合金元素，大大提高了其冶炼成本，而且工艺流程的耗时冗长，其贝氏体转变需很长时间，少则几天，多则长达一月之久，制备时间过长，，对纳米贝氏体钢的扩展与发展非常不利，所以研究其加速工艺有利于大批量工业化生产的实现。因此国内外学者进行了大量研究，从细化原始奥氏体晶粒、预变形和马氏体预相变等方面研究超细贝氏体钢的相变加速技术。研究表明通过Nb、V微合金化和控轧控冷可获得细小的原始奥氏体晶粒，晶粒细化使晶界密度提高，使得单位体积内奥氏体形核位置增多，加速转变速率。合适温度下的预变形(ausforming)是研究最多、效果最好的加速技术。徐祖耀总结应力对钢中贝氏体相变的影响的研究进展，明确指出外加应力场增大贝氏体相变形核率，缩短等温孕育期。GongW等也发现经与未形变的过冷奥氏体对比，形变后的过冷奥氏体转变为贝氏体的时间大大减少。专利CN103468906A公开了一种低温温轧制备2000MPa级纳米尺度贝氏体钢工艺。将经过热轧的钢板冷却到300～600℃进行单道次的低温轧制，位错密度的增加使其贝氏体相变的形核位置增加，存储的畸变能为长大提供了动力，使其在200℃保温3～6h即可获得转变完全的纳米贝氏体组织。马氏体预相变加速技术为近年提出。实验发现淬火生成的马氏体的相变膨胀引起周围奥氏体位错密度以及应变场，可以明显缩短孕育期。综上所述，超细贝氏体钢具备优异的综合力学性能，是最具有发展前景的汽车用第三代先进高强钢。成分设计和低温贝氏体相变加速技术是超细晶贝氏体钢的关键技术
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种汽车用超高强热成形钢及制备方法。本专利技术针对超细贝氏体钢具有超高强度，无法采用普通成形方法，同时热冲压成形用钢的强度级别和塑性配合急需提高的问题，将热冲压成形与贝氏体等温转变结合，采用改进形的热冲压成形工艺生产超高强汽车零件，开发抗拉强度为1500～2200MPa，延伸率达10～20％的汽车用超高强热成形钢。一种汽车用超高强热成形钢的制备方法，其特征在于：将热冲压成形与低温贝氏体等温相结合的制备工艺，综合利用微合金细化、控轧控冷细化、预变形和低温贝氏体等温综合细化技术，获得超细结构的微观组织；热成形钢的化学成分按质量百分比为：C:0.5～0.6％，Mn:0.5％～2％，Si:1.5～2.5％，Cr:1～3％，Al:1～2％，Nb:0.01～0.03％，B：0.001～0.005％，余量为铁和不可避免的杂质，制备工艺流程为：冶炼→连铸→热轧→裁剪→热冲压成形→低温贝氏体等温，获得不同厚度1.5～3mm的热轧板。进一步的，热冲压成形时，首先将裁剪好的热轧重新加热至Ac3+50℃进行奥氏体化，保温0.5～1h，而后立即移至热冲压设备上进行冲压成形，利用热冲压模具的快冷淬火作用，将过冷奥氏体冷却至Ms以下5～10℃并等温0.5～1min，发生马氏体转变，产生体积分数小于10％的马氏体。随后将热冲压成形件迅速放入到200～300℃的盐浴炉或电阻炉中等温4～6h，进行等温贝氏体转变。然后取出空冷至室温，得到最终的产品。进一步的，热轧板的超细结构的微观组织，由超细结构无碳化贝氏体、少量的块状残余奥氏体和体积分数小于10％的马氏体组成，这种超细结构无碳化物贝氏体呈板条状，由贝氏体铁素体板条和薄膜状残余奥氏体组成，这种贝氏体铁素体板条的厚度小于100nm，长度小于10μm；利用细晶强化、贝氏体组织强化和相变增塑效应获得高强度和高塑性，其抗拉强度为1500～2200MPa，延伸率为10～20％。在本专利技术中，C的含量控制在0.5～0.6％，其主要原因为C元素能够显著的降低Ms点，增大Bs和Ms之间的温度差，确保获得超细结构的贝氏体铁素体。同时考虑焊接性能，适当降低碳含量，避免量过高引起脆性。在本专利技术中，Mn的含量控制在0.5％～2％，其主要原因为Mn可降低Ms和Bs，提高钢的淬透性，同时Mn作为置换形合金元素，起到固溶强化的作用。但Mn含量过高，对相变迁移起到拖拽作用，降低贝氏体的相变驱动力，使低温贝氏体的转变速率降低。在本专利技术中，Si的含量控制在1.5～2.5％，其主要原因为Si是钢中无碳化物析出元素，明显抑制脆性相碳化物的析出作用，增加组织中残余奥氏体的含量及其稳定性。但过高的Si含量会影响钢的热轧性能及表面镀覆性能，使表面产生较多的缺陷。在本专利技术中，Cr的含量控制在1～3％％，其主要原因为Cr能够增加钢的淬透性，并可提高钢的硬度和耐磨性，使之具有较好的抗高温氧化性和耐氧化性介质腐蚀的作用。在本专利技术中，添加少量的Nb，利用Nb微合金化作用实现凝固细化、控轧控冷细化。在高温下形成Nb的碳氮化物，连铸过程中增加凝固的晶核，细化凝固组织；热轧过程中，控制形变和动态再结晶，获得细小晶粒热轧带钢；热处理奥氏体化过程中能阻止奥氏体晶粒长大，得到细小的原始奥氏体晶粒。在本专利技术中，添加了微量的B元素(0.001～0.005％)，提高钢的淬透性。本专利技术所述的制备方法，具体步骤如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽车用超高强热成形钢的制备方法，其特征在于：将热冲压成形与低温贝氏体等温相结合的制备工艺，综合利用微合金细化、控轧控冷细化、预变形和低温贝氏体等温综合细化技术，获得超细结构的微观组织；热成形钢的化学成分按质量百分比为：C:0.5～0.6％，Mn:0.5％～2％，Si:1.5～2.5％，Cr:1～3％，Al:1～2％，Nb:0.01～0.03％，B：0.001～0.005％，余量为铁和不可避免的杂质，制备工艺流程为：冶炼→连铸→热轧→裁剪→热冲压成形→低温贝氏体等温，获得不同厚度1.5～3mm的热轧板。

【技术特征摘要】
1.一种汽车用超高强热成形钢的制备方法，其特征在于：将热冲压成形与低温贝氏体等温相结合的制备工艺，综合利用微合金细化、控轧控冷细化、预变形和低温贝氏体等温综合细化技术，获得超细结构的微观组织；热成形钢的化学成分按质量百分比为：C:0.5～0.6％，Mn:0.5％～2％，Si:1.5～2.5％，Cr:1～3％，Al:1～2％，Nb:0.01～0.03％，B：0.001～0.005％，余量为铁和不可避免的杂质，制备工艺流程为：冶炼→连铸→热轧→裁剪→热冲压成形→低温贝氏体等温，获得不同厚度1.5～3mm的热轧板。2.如权利要求1所述的汽车用超高强热成形钢的制备方法，其特征在于：热冲压成形时，首先将裁剪好的热轧重新加热至Ac3+50℃进行奥氏体化，保温0.5～1h，而后立即移至热冲压设备上进行冲压成形，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵爱民，郭辉，刘伟，孙绍恒，印珠凯，裴伟，王家星，曾清华，吴起伟，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11