热冲压成形用钢材、热冲压成形工艺及热冲压成形构件制造技术

本申请提供一种热冲压成形用钢材、热冲压成形工艺及热冲压成形构件。热冲压成形用钢材以重量百分比计包括C：0.2

Steel for hot stamping, hot stamping process and hot stamping components

【技术实现步骤摘要】
热冲压成形用钢材、热冲压成形工艺及热冲压成形构件
[0001]本申请是申请号为201810401260.8、申请日为2018年4月28日、专利技术名称为“热冲压成形用钢材、热冲压成形工艺及热冲压成形构件”的专利技术专利申请的分案申请。


[0002]本专利技术涉及一种热冲压成形用钢材、热冲压成形工艺及热冲压成形构件。

技术介绍

[0003]轻量化是实现汽车行业节能减排的重要途径，汽车车身质量每减少10%，能够减少油耗5～10%。汽车车身材料中钢铁材料一般占60%以上，先进高强钢的使用能够在保证汽车安全的前提下实现零件的减薄，减少材料的使用，实现车身的减重。但是，室温下随着钢铁材料强度的提高，成形性能下降，且高强钢室温成形面临回弹、磨具磨损等问题，因此室温下的冷冲压成形一般只能用于强度在1000MPa以下的钢铁材料。
[0004]另一方面，热冲压成形是将板料加热至高温奥氏体化状态，此时钢板具有低的强度（通常低于200MPa）和高的延伸率（高达50%），板料在奥氏体化状态高温成形为构件，因此具有高的成形性能并几乎没有回弹。而且，在模具中通过固体热传导对已成形的构件进行淬火，相变为马氏体并硬化，因此可达到1500MPa以上的强度，是解决高强度和成形性能之间矛盾的最有效手段。与冷冲压相比，热冲压具有零件强度高、成形性好、冲压所需吨位小、零件尺寸精度高等优点。
[0005]热冲压成形由瑞典企业于20世纪80年代提出，近年来，世界各国汽车业投入大量的精力来开展超高强度钢板开发及热冲压成形技术的研究，并且在欧美、日本以及国内的主要汽车制造企业已开始尝试使用采用热冲压成形技术生产的超高强度钢板构件，如车门防撞杆、保险杠加强梁、A柱、B柱、C柱、门框加强梁等。
[0006]专利CN105518173A（以下称作专利文献1）公开了一种热冲压成形体及其制造方法。在专利文献1记载的热冲压成形体中，B（硼）的含量为0.0003
‑
0.002%，优选在0.0005%以上。其中，B的作用为提高热冲压用钢板的淬透性，使钢板易于在热冲压成形体的组织中得到马氏体。
[0007]B元素以固溶原子状态在钢板奥氏体化时在晶界偏聚来阻止铁素体的形核，从而保证奥氏体化的钢板在冲压变形及磨具内冷却时具有足够的淬透性，抑制铁素体的生成，冷却后得到以马氏体为主的最终组织，从而能够达到1500MPa以上的抗拉强度。同时，B作为有效的铁素体抑制剂，可大幅减少Mn、Cr等合金元素的加入，有利于降低合金成本。
[0008]但是，钢液中不可避免地会含有来源于原料和空气的N，受冶炼水平的影响，钢液中N含量一般在20～60ppm，若出现异常，甚至会高于100ppm。由于B扩散性高，钢中固溶的N能够和B形成BN夹杂物，且BN在奥氏体中稳定存在。热冲压时奥氏体化温度在900℃左右，该温度下BN不能溶解，故而减弱甚至消除了B在奥氏体晶界处偏聚从而抑制铁素体生成的作用。
[0009]为了有效发挥B的作用，在专利文献1中，加入了强氮化物形成元素Ti。由于Ti与N
的结合力高于B，所以能够形成TiN达到固N保B的目的，使B以固溶原子的形式存在，从而能够发挥B抑制铁素体生成、增加钢板淬透性的作用。
[0010]但是，当用Ti固氮时，可能会形成粗大TiN颗粒（粒径≥1μm）。而且，TiN溶解温度高，在900℃左右的奥氏体化过程中不溶解，保留在最终的成形件组织中。粗大的TiN硬质颗粒或者密度较高的TiN颗粒会在材料变形时成为裂纹源，导致热冲压马氏体钢解理断裂，严重降低钢板的冲击韧性。
[0011]此外，CN102906291A（以下称作专利文献2）公开了一种高强度冲压部件及其制造方法。在专利文献2中，将含有0.12
‑
0.69%的C、0.7%以上的Si+Al、0.5
‑
3.0%的Mn的钢材加热到奥氏体化温度（专利文献2中为750
‑
1000℃）并保温后，冷却到M
s
和M
f
温度之间（专利文献2中为50
‑
350℃），然后升温到贝氏体相变区域（专利文献2中为350
‑
490℃），残余奥氏体分解生成贝氏体铁素体和富碳的残余奥氏体，利用残余奥氏体的TRIP效应提高钢板的延伸率。
[0012]但是，专利文献2需要将钢材冷却至M
s
和M
f
之间，按照专利文献2的钢材成分，该温度要高于室温，在钢板热冲压后磨具内冷却时该温度难以精确控制，并且需要立即升温到贝氏体转变温度区间，用现有的工业热冲压工艺设备难以实现。

技术实现思路

[0013]本专利技术是鉴于现有技术中存在的上述问题做出的，一个目的在于提供一种热冲压成形用钢材，该热冲压成形用钢材不含有粒径≥1μm的大颗粒TiN夹杂物，同时，该钢材具有足够的淬透性。
[0014]本专利技术的另一目的在于提供一种热冲压成形工艺，该热冲压成形工艺简单，利用现有的热冲压成形设备即可完成。
[0015]本专利技术的再一目的在于提供一种成形构件，其不含有粒径≥1μm的大颗粒TiN夹杂物，能够避免由此导致的韧性异常降低问题。
[0016]根据本专利技术的第一方面，提供一种热冲压成形用钢材，该热冲压成形用钢材以重量百分比计包括C：0.2
‑
0.4%，Si：0
‑
0.8%，Al：0
‑
1.0%，B：0
‑
0.005%，Mn：0.5
‑
3.0%，Mo：0
‑
1%，Cr：0
‑
2%，Ni：0
‑
5%，V：0
‑
0.4%，Nb：0
‑
0.2%，Ti：≤0.01%，以及冶炼时不可避免的P、S、N等杂质元素，并且其中当B≤0.0005%时，满足29*Mo+16*Mn+14*Cr+5.3*Ni ≥ 30%；当0.0005%＜B≤0.005%时，含有0.4
‑
1.0%的Al。
[0017]根据本专利技术的热冲压成形用钢材不含Ti或仅含微量Ti，避免了大尺寸硬质TiN夹杂物（粒径≥1μm）的生成、以及由此引起的热冲压成形构件韧性异常降低的问题。同时，保证了钢板的淬透性，能够保证在热冲压成形后得到以马氏体为主的微观组织。具体而言，当B≤0.0005%时，为了保证钢板的淬透性，加入一定量合金元素Mn、Mo、Cr、Ni，并且满足关系式29*Mo+16*Mn+14*Cr+5.3*Ni ≥ 30%。另一方面，当0.0005%＜B≤0.005%时，加入0.4
‑
1.0%的Al来固N，避免BN的生成，发挥B抑制铁素体生成的作用。
[0018]而且，根据本专利技术的热冲压成形用钢材，生成全马氏体的临界冷却速率小于30℃/s，能够满足常规热冲压设备对淬透性的要求，从而能够使用常规热冲压设备进行热冲压成形。并且，热冲压成形回火后可达到1200～1800MPa的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热冲压成形用钢材，其特征在于，该热冲压成形用钢材以重量百分比计包括C：0.2
‑
0.4%，Si：0
‑
0.8%，Al：0.6%≤Al≤1.0%，B：0.0005%＜B≤0.005%，Mn：0.5
‑
3.0%，Mo：0
‑
1%，Cr：0
‑
2%，Ni：0
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5%，V：0
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0.4%，Nb：0
‑
0.2%，Ti：＜0.01%，N: 0.0035%≤N＜0.01%，以及冶炼时不可避免的P、S等杂质元素，所述热冲压成形用钢材不含粒径大于等于1μm的TiN夹杂物。2.如权利要求1所述的热冲压成形用钢材，其特征在于，以重量百分比计,C含量为0.2
‑
0.4%，Si含量为0.1
‑
0.5%,Mn含量为0.8
‑
2.2%，Cr含量为0.1
‑
0.5%，B含量为0.0005
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0.004%，Ti含量为Ti：＜0.01%，Al含量为0.6%≤Al≤1.0%。3.如权利要求1所述的热冲压成形用钢材，其特征在于，以重量百分比计,C含量为0.3
‑
0.4%，Si含量为0.1
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0.8%,Mn含量为0.8
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2.2%，Cr含量为0
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0.5%，B含量为0.0005
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0.004%，Ti含量为Ti：＜0.01%，Al含量为0.6%≤Al≤0.9%。4.如权利要求1至3中任一项所述的热冲压成形用钢材，其特征在于，所述热冲压成形用钢材是热轧钢板、热轧酸洗板、冷轧钢板或带有涂镀层的钢板。5.一种热冲压成形工艺，其特征在于，包括以下步骤：钢材奥氏体化步骤，提供权利要求1至4中任一项所述的热冲压成形用钢材或所述热冲压成形用钢材的预成形构件，加热至800～950℃后保温1～10000s；钢材移送步骤，将经过上述钢材奥氏体化步骤的上述钢材或其预成形构件移送至热冲压成形模具，移送过程中钢材温度保持在550℃以上；热...

【专利技术属性】
技术研发人员：易红亮，杨达朋，熊小川，王国栋，
申请(专利权)人：育材堂苏州材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：