CN103255340B

CN103255340B - 一种汽车用高强韧性热成形钢板及其制备方法

Info

Publication number: CN103255340B
Application number: CN201210579515.2A
Authority: CN
Inventors: 刘和平; 孙虎儿; 刘斌; 李志勇; 孙凤儿
Original assignee: North University of China
Current assignee: North University of China
Priority date: 2012-12-28
Filing date: 2012-12-28
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2032-12-28
Also published as: CN103255340A

Abstract

本发明属于高强度汽车用钢技术领域，为克服热成形钢板在成形后强度高但韧性不足，提供了一种汽车用高强韧性热成形钢板，主要成分为wt%：C：0.1-0.5，Si：0.5-1.5，Mn：1.2-2.4，Ti：0.01-0.05，B：0.001-0.005，S：≤0.01，P：≤0.01，其余为Fe；制备方法包括：对具有所述组成的钢板用钢以20-100℃/s的速度加热到奥氏体化温度恒温一段时间后热轧，使奥氏体晶粒细化；以50-120℃/s的速度淬火到50-370℃，获得部分过饱和马氏体和未发生马氏体相变的残余奥氏体；在200-500℃的回火温度等温5-600s，使碳由马氏体向残余奥氏体分配以稳定奥氏体；淬火到室温，获得细化马氏体和残余奥氏体的复相组织。本发明制备工艺简明，易于操作，成本低廉，适于工业化推广，制得的高强韧性复相钢具有更优越的性能。

Description

一种汽车用高强韧性热成形钢板及其制备方法

技术领域

本发明属于高强度汽车用钢技术领域，具体为一种汽车用高强韧性热成形钢板及其制备方法，所制备的钢板具有优良的强韧性能。

背景技术

开发低成本、加工性能好和服役性能优良的高强度汽车用钢，为节能减排、又保持汽车安全性的必由之路。但是，高强度钢板强度高，如在常温下冲压变形，回弹严重，易开裂、复杂形状零件冲压成形困难。目前，一种使用可淬火硼钢板进行热冲压的新工艺可以克服上述难题，并成为世界上许多汽车生产厂商及研究人员关注的热点。热冲压成形工艺主要是利用金属在高温状态下，其塑性和延展性迅速增加，屈服强度迅速下降的特点，通过模具使零部件成形的工艺。热成形主要是将钢加热到高于Ac3的奥氏体化温度保温一段时间。全奥氏体化后，将钢从加热炉转移到热成型的模具中，材料在模具中成型。在该成型温度下，材料有充分的延性而易于成型复杂形状的零件。高温成形后的零件在模具中快速冷却到室温，以保证后续空冷不变形和零件的淬透性。

然而，由于热成形淬火后全部为马氏体组织，强度高但韧性不足，其强度可以达到1500MPa以上，而延伸率只有6-8%。复杂的载荷条件要求热冲压成形钢不仅有较高的强度而且有好的塑性和韧性。但是，目前还没有较好的一种能提高热成形钢的韧性且不损害其强度的方法来解决这一问题。

经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利CN 102286689A公开了一种双相热成形钢的制备方法，此发明中钢的成分质量百分含量为C：0.1-0.5%，Si：0.3-2.5%，Mn：1.0-3.0%，Al：1.0-3.0%，P：≤0.02%，S：≤0.01%，N：≤0.01%，其余为Fe。此发明的制备工艺为：热轧板加热至1200-1250℃，保温0.5-1h，终轧温度为800-900℃，卷取温度为600-700℃，然后加热至750-850℃，保温并快速冷却至室温。此发明最后获得了铁素体+马氏体的双相复合组织。

中国专利CN 102296242A高强韧性热成形钢板的热处理方法，此发明钢的成分质量百分含量为C：0.2-0.4%，Si：0.1-0.5%，Mn：1.0-2.0%，Cr：0.1-0.5%，B：0.001-0.005%，Ti：0.01-0.05%，Al：0.01-0.1%，P：＜0.02%，S：＜0.01%，N：＜0.01%，其余为Fe。在100-500℃范围内进行1-10min的回火处理。然后取出在空气中自然冷却到室温。此发明是通过回火的方法消除热成形钢在快速冷却过程中的内应力和软化马氏体组织来改善钢的韧性。

以上专利虽然通过热处改善其显微组织结构，其热成形钢板强度高但韧性不足。

发明内容

本发明的目的在于克服热成形钢板在成形后强度高但韧性不足的缺点，提供一种汽车用高强韧性热成形钢板及其制备方法，具体就是通过淬火与碳分配工艺（Quenching and Partitioning，Q&P）的方法，使钢板最终获得马氏体+残余奥氏体的双相复合组织，改善其韧性。

一种汽车用高强韧性热成形钢板，各组分重量百分比含量为：C：0.1-0.5%，Si：0.5-1.5%，Mn：1.2-2.4%，Ti：0.01-0.05%，B：0.001-0.005%，S：≤0.01%，P：≤0.01%，其余为Fe。

上述各元素的作用及配比依据如下：C是重要的固溶强化和奥氏体稳定化元素，C含量与Ms点温度有很大关系，为保证成形后钢的强度和塑性，C应控制在0.1-0.5%。Si主要是在淬火碳分配过程中用来抑制渗碳体的析出，Mn用来增加奥氏体区降低奥氏体化温度，Ti主要是用来细化奥氏体晶粒，少量的B保证有足够好的淬透性。

一种汽车用高强韧性热成形钢板的制备方法，包括以下步骤：

第一步，对具有权利要求1所述组成的钢板用钢以20-100℃/s的速度加热到奥氏体化温度850-1000℃，恒温2-30min后进行热轧，使奥氏体晶粒细化；

第二步，以50-120℃/s的速度淬火到50-370℃，以获得部分过饱和马氏体和未发生马氏体相变的残余奥氏体；

第三步，在200-500℃的回火温度等温5-600s，使碳由马氏体向残余奥氏体分配，此时马氏体中的碳含量下降，奥氏体中的碳含量升高，从而使残余奥氏体富碳且能够稳定至室温；

第四步，淬火到室温，在室温获得细化马氏体和残余奥氏体的复相组织。

上述第一步中以1s^-1的应变速率经0.8的应变变形对奥氏体化的钢板进行热轧。

本发明首先要保证钢的高强度，其基体组织需选择马氏体组织，该马氏体组织应该以含有高密度位错的细板条马氏体为主。同时，通过在奥氏体区热轧来控制原始奥氏体晶粒尺寸，通过细化原始奥氏体晶粒尺寸来进一步细化马氏体板条。其次，通过先进行热处理工艺Q&P处理来使马氏体板条间要存在有残余奥氏体薄膜。最终获得纳米级含有位错型马氏体和残余奥氏体的双相复合组织。所制备钢的韧性得到较大的提高且保持较高的强度。其高强度来源于马氏体和复合组织的细晶强化与位错强化，良好的塑性来源于组织中存在适量的残余奥氏体和初始淬火马氏体组织的软化，同时晶粒细化和两种相的相互协调对韧性的提高也有所帮助。

本发明的优点在于：与传统热成形钢22MnB5相比，本发明通过组织调控使钢在室温获得细化马氏体和残余奥氏体的复相组织，其抗拉强度在1300-1800MPa之间，延伸率大于12%，使热成形钢具有较好强度和韧性。本发明获得复合组织的工艺简单，且热轧可控淬火一体化处理工艺可以降低成本节约资源。因此，随着试验研究的不断深入，必将具有工业实际应用的广泛前景。

附图说明

图1是本发明热处理工艺原理图；

图2是本发明实施例1所获得的高强韧性钢的显微组织照片。

具体实施方式

实施例1

一种汽车用高强韧性热成形钢板，其组分及重量百分比含量为：C：0.25%，Si：0.90%，Mn：1.78%，Ti：0.022%，B：0.0021%，S：0.0013%，P：0.0058%，其余为Fe。将钢以25℃/s的速度加热到奥氏体化温度880℃并保温5min，然后以1s^-1的应变速率经0.8的应变变形对其进行热轧，然后以50℃/s的速度淬火到310℃，在310℃的回火温度等温5s，最后淬火到室温。经测试，钢的抗拉强度Rm为1534MPa，屈服强度Rp_0.2为862MPa，总延伸率为12.8%。

实施例2

一种汽车用高强韧性热成形钢板，其组分及重量百分比含量为：C：0.25%，Si：0.90%，Mn：1.78%，Ti：0.022%，B：0.001%，S：0.0013%，P：0.0058%，其余为Fe。将钢以50℃/s的速度加热到奥氏体化温度1000℃并保温2min，然后以1s^-1的应变速率经0.8的应变变形对其进行热轧，然后以80℃/s的速度淬火到300℃，在300℃的回火温度等温30s，最后淬火到室温。经测试，钢的抗拉强度Rm为1633MPa，屈服强度Rp_0.2为952MPa，总延伸率为14.9%。

实施例3

一种汽车用高强韧性热成形钢板，其组分及重量百分比含量为：C：0.30%，Si：0.50%，Mn：2.4%，Ti：0.01%，B：0.005%，S：0.0013%，P：0.0058%，其余为Fe。将钢以100℃/s的速度加热到奥氏体化温度850℃并保温30min，然后以1s^-1的应变速率经0.8的应变变形对其进行热轧，然后以100℃/s的速度淬火到290℃，在290℃的回火温度等温50s，最后淬火到室温。经测试，钢的抗拉强度Rm为1696MPa，屈服强度Rp_0.2为932MPa，总延伸率为15.7%。

实施例4

一种汽车用高强韧性热成形钢板，其组分及重量百分比含量为：C：0.25%，Si：0.90%，Mn：1.78%，Ti：0.022%，B：0.0021%，S：0.0013%，P：0.0058%，其余为Fe。将钢以25℃/s的速度加热到奥氏体化温度880℃并保温5min，然后以1s^-1的应变速率经0.8的应变变形对其进行热轧，然后以120℃/s的速度淬火到300℃，在300℃的回火温度等温150s，最后淬火到室温。经测试，钢的抗拉强度Rm为1425MPa，屈服强度Rp_0.2为812MPa，总延伸率为16.3%。

实施例5

一种汽车用高强韧性热成形钢板，其组分及重量百分比含量为：C：0.10%，Si：0.70%，Mn：1.2%，Ti：0.05%，B：0.0019%，S：0.0011%，P：0.0057%，其余为Fe。将钢以20℃/s的速度加热到奥氏体化温度900℃并保温5min，然后以应变速率1s^-1经0.8的应变变形对其进行热轧，然后以60℃/s的速度淬火到370℃，在500℃的回火温度等温120s，最后淬火到室温。经测试，钢的抗拉强度Rm为1355MPa，屈服强度Rp_0.2为702MPa，总延伸率为16.5%。

实施例6

一种汽车用高强韧性热成形钢板，其组分及重量百分比含量为：C：0.12%，Si：1.50%，Mn：1.73%，Ti：0.024%，B：0.0019%，S：0.0011%，P：0.0057%，其余为Fe。将钢以20℃/s的速度加热到奥氏体化温度900℃并保温5min，然后以应变速率1s^-1经0.8的应变变形对其进行热轧，然后以50℃/s的速度淬火到300℃，在300℃的回火温度等温150s，最后淬火到室温。经测试，钢的抗拉强度Rm为1372MPa，屈服强度Rp_0.2为783MPa，总延伸率为15.1%。

实施例7

一种汽车用高强韧性热成形钢板，其组分及重量百分比含量为：C：0.50%，Si：1.20%，Mn：2.30%，Ti：0.028%，B：0.0016%，S：0.0014%，P：0.0046%，其余为Fe。将钢以20℃/s的速度加热到奥氏体化温度900℃并保温10min，以应变速率1s^-1经0.8的应变变形对其进行热轧，以70℃/s的速度淬火到260℃，然后在260℃的回火温度等温60s，最后淬火到室温。经测试，钢的抗拉强度Rm为1772MPa，屈服强度Rp_0.2为943MPa，总延伸率为13.8%。

实施例8

一种汽车用高强韧性热成形钢板，其组分及重量百分比含量为：C：0.50%，Si：1.20%，Mn：1.70%，Ti：0.028%，B：0.0016%，S：0.0014%，P：0.0046%，其余为Fe。将钢以20℃/s的速度加热到奥氏体化温度900℃并保温5min，以应变速率1s^-1经0.8的应变变形对其进行热轧，以90℃/s的速度淬火到50℃，然后在200℃的回火温度等温600s，最后淬火到室温。经测试，钢的抗拉强度Rm为1788MPa，屈服强度Rp_0.2为956MPa，总延伸率为13.3%。

Claims

1.一种汽车用高强韧性热成形钢板，其特征在于：各组分重量百分比含量为：C：0.25-0.5%，Si：0.5-1.2%，Mn：1.70-2.4%，Ti：0.01-0.028%，B：0.001-0.005%，S：0.0013-0.0014%，P：0.0046-0.0058%，其余为Fe；汽车用高强韧性热成形钢板的制作方法，包括以下步骤：

第一步，对所述组成的钢板以20-100℃/s的速度加热到奥氏体化温度850-1000℃，恒温2-30min后进行热轧，使奥氏体晶粒细化；

2.根据权利要求1所述的一种汽车用高强韧性热成形钢板的制作方法，其特征在于：第一步中以1s^-1的应变速率经0.8的应变变形对奥氏体化的钢板进行热轧。