CN107127238A - 一种锌系镀覆钢板或钢带的热冲压成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锌系镀覆钢板或钢带的热冲压成型方法，所述的热冲压成型方法将钢板或钢带传送至立式加热退火炉中，保温一定时间，使钢板完全奥氏体化，钢板离开退火炉时施加预冷装置，将钢板以大于30℃/s的冷却速度冷却至650～700℃，再根据零件形状和尺寸进行落料，之后将钢板快速转移至模具中进行热冲压成形，在所述模具中以高于30℃/s的速度淬硬，热冲压成形温度保持在400℃到650℃之间。可避免由于局部应力和液态金属脆性(LME)导致的基板裂纹，用以解决目前的锌基热冲压成型钢无法避免基板裂纹的问题。

Description

一种锌系镀覆钢板或钢带的热冲压成型方法
技术领域
本发明涉及金属材料领域，主要适用于汽车车身薄钢板成型领域，是一种热冲压钢板和钢带的成型方法，主要应用于制造汽车B柱、车门防撞梁、保险杠等结构件部件。
背景技术
汽车“轻量化”可直接减少排放，降低油耗，是当今汽车制造业发展的目标。高强钢和超高强度的应用成为汽车制造领域的主流发展趋势之一，但由于超高强度钢板在进行冷加工时易出现形状不良、加工成型载荷高、回弹量大等问题，影响超高强度钢板的使用，因此热冲压成型是实现超高强钢制件的一种重要方式。
现有的热冲压成型技术主采用的工艺流程为：选择专用热冲压材料→落料→加热保温(钢板完全奥氏体化)→迅速移动到模具→完成成型的同时淬火冷却，最终获得超高强度冲压件(组织为马氏体，强度1500MPa左右甚至更高)。现有的热冲压成型方法主要有两种，即直接热冲压和间接热冲压。
直接热冲压方法中，钢板被加热至比奥氏体化温度更高的温度，并保温一定时间使钢板达到完全奥氏体化。之后，将加热的钢板转移至成型模具并且在其中以一步成型工艺成型为成品元件并同时借助于模具的冷却(模具的冷却速度大于钢板的临界冷却速度)实现淬硬。
间接热冲压方法中，首先以多步骤成型工艺，将元件成型至几乎完全完成(一般是预成型90％)。再将几乎已成型的元件放到加热炉中加热至完全奥氏体化并保温一段时间。之后将加热的元件转移到元件最终尺寸的成型模具中，这里需要特别注意的是需考虑到预先成型的元件的热膨胀。在具体的冷却模具结束后，预先成型的元件在模具中以大于临界冷却速度的冷速冷却从而达到硬化。
直接热冲压方法更容易实现，但是仅允许生产形状上相对简单的零件。间接热冲压工艺更复杂，但是同时可以生产更复杂形状的零件。
另外，传统的无镀层热冲压件在加热过程中会引起冲压钢板表面脱碳和氧化起皮。为避免热冲压钢板表面的氧化和脱碳，使热冲压钢板具备耐高温性和耐腐蚀性，目前已开发出适合于热冲压钢用的镀层技术。目前热冲压镀层主要由铝硅镀层(Al-10Si)镀层、热镀纯锌(GI)镀层、合金化锌铁(GA)镀层和电镀锌镍(Zn-10Ni)镀层等。
而在直接热冲压过程中，能提供阴极腐蚀保护的锌基镀层热冲压用钢，由于LME的作用会导致钢板基体中产生微裂纹(10um至100um)，甚至可延伸至整个板厚方向的宏观裂纹，因此阻碍了锌基热冲压镀层钢板的应用及发展。使用间接热冲压工艺在随后的成型后淬硬过程中，可减少基体裂纹的数量，但同样无法避免裂纹，同时提高了零件的生产成本。正因为如此，迄今为止，亚洲无锌基镀层的热冲压用钢应用，而偏爱使用铝/硅镀层。
发明内容
本发明的目的是提供一种锌系镀覆钢板或钢带的热冲压成型方法，所述的热冲压成型方法在钢板或钢带加热完成后，预冷却至～700℃，并在该温度下进行落料，最后进行热冲压成型与模内淬火，成型温度范围为400～650℃，可避免由于局部应力和LME导致的基板裂纹，用以解决目前的热冲压成型钢无法避免基板裂纹的问题。
为实现上述目的，本发明的方案是：一种锌系镀覆钢板或钢带的热冲压成型方法，所述的热冲压成型方法步骤如下：
(1)生产热冲压成型用的钢板或钢带，并在所述热冲压成型用的钢板或钢带上涂覆锌或锌铁合金；
(2)加热：将钢板或钢带放入连续退火的加热炉中，以大于5℃/s的加热速度将钢板或钢带加热到高于Ac3的温度，并保温设定时间，使钢板或钢带奥氏体化均匀；
(3)预冷却：钢板或钢带从加热炉中出来后，立即实施预冷却，冷却至650℃～700℃；
(4)落料：在650℃～700℃的温度下，根据热冲压零件形状和尺寸切割钢板或钢带；
(5)热冲压成型与模内淬火：将落料后的钢板或钢带快速移动到热冲压模具上冲压成型淬火，成型温度范围为400～650℃；热冲压成型完成后，坯料在模具中冷却，在模具中，或从模具取出后冷却至室温，完成马氏体相变。
根据本发明所述的钢板或钢带的热冲压成型方法，所述的步骤(2)中，将热冲压成型用的钢板或钢带传送至温度≥Ac3的立式加热退火炉中。
根据本发明所述的钢板或钢带的热冲压成型方法，所述的步骤(5)中，热冲压保压时间约3～15秒，冲压力为300～1000吨。
根据本发明所述的钢板或钢带的热冲压成型方法，所述的步骤(2)中，保温设定时间为1-3分钟。
根据本发明所述的钢板或钢带的热冲压成型方法，所述的步骤(3)中，钢板或钢带的预冷却速度大于30℃/s。
根据本发明所述的钢板或钢带的热冲压成型方法，热冲压成型用的钢板或钢带的生产过程如下：
(1)对生产钢板或钢带用的原料进行冶炼；
(2)连铸生产铸坯；
(3)热轧：将铸坯加热到1100～1250℃后控制轧制，开轧温度为950～1150℃，终轧温度为750～900℃，热轧板厚度小于等于20mm；
(4)轧后在500～850℃进行卷取，冷却至室温后组织为铁素体和珠光体组织；
(5)酸洗以去除热轧过程中产生的氧化铁皮；
(6)冷轧：将钢卷冷轧至2.0mm以下的厚度，冷轧压下量≥35％；
(7)退火：将钢卷在500-800℃退火6-24h，出炉，至此，该热冲压用钢板生产完成.
根据本发明所述的钢板或钢带的热冲压成型方法，所述热冲压成型用的钢板或钢带成分主要为C：0.1％～0.5％，Si：0.1％～0.5％，Mn：0.5％～3.0％，B：0％～0.010％,Ti:0％～0.20％,Nb:0％～0.20％,V:0％～1.0％,,W:0％～1.0％,Cr:0％～1.0％,Mo:0％～1.0％,Cu:0％～1.0％,Ni:0％～1.0％,Mg:0％～0.05％,Ca:0％～0.05％,REM:0％～0.05％,Bi:0％～0.05％，P：<0.02％，S：<0.02％，Al：0.01％～0.05％，N：<0.005％，B：<0.006％，余量为Fe和杂质。
根据本发明所述的钢板或钢带的热冲压成型方法，所述的冷轧压下量为50～60％。
本发明达到的有益效果：本发明得到的热冲压零件，性能与传统热冲压零件基本持平，但本发明可大大降低钢板的加热温度，并大大缩短钢板的保温时间，大幅节约了能耗，同时加热炉可改成立式退火炉，可减少加热炉占地面积，特别是锌基镀层的热冲压用钢，在热冲压成型后，本工艺可避免由于液态金属脆性(LiquidMetal Embrittlement，LME)导致的基板裂纹，对锌基热冲压用钢的发展具有重要意义。
附图说明
图1是本发明热冲压成型的工艺流程图；
图2是本发明热冲压成型的工艺过程曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步详细的说明。
由于现有技术中的锌基热冲压工艺容易导致基板裂纹，为了克服现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种可同时提高热冲压效率，并避免锌基热冲压用钢热冲压成型后基板裂纹的热冲压成型工艺。采用本发明的工艺进行热冲压后，钢板或钢带的抗拉强度大于1500MPa，同时避免了由于局部应力和LME导致的基板裂纹。
本发明首先提供了一种热冲压成型用钢，其成分主要为(所有数据为质量％)：C：0.1％～0.5％，Si：0.1％～0.5％，Mn：0.5％～3.0％，B：0％～0.010％,Ti:0％～0.20％,Nb:0％～0.20％,V:0％～1.0％,,W:0％～1.0％,Cr:0％～1.0％,Mo:0％～1.0％,Cu:0％～1.0％,Ni:0％～1.0％,Mg:0％～0.05％,Ca:0％～0.05％,REM:0％～0.05％,Bi:0％～0.05％，P：<0.02％，S：<0.02％，Al：0.01％～0.05％，N：<0.005％，B：<0.006％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。该热冲压成型用钢的生产过程如下：
(1)将上述化学原料按照相应的配比进行冶炼，冶炼采用转炉(也可以采用电炉或感应炉)；
(2)连铸生产铸坯；
(3)热轧：将铸坯加热到1100～1250℃后控制轧制，开轧温度为950～1150℃，终轧温度为750～900℃，热轧板厚度不大于20mm，一般情况下为3mm；
(4)轧后在500～850℃进行卷取，冷却至室温后组织为铁素体和珠光体组织；
(5)酸洗以去除热轧过程中产生的氧化铁皮；
(6)冷轧：将钢卷冷轧至2.0mm以下的厚度，冷轧压下量≥35％，优选为50～60％。
(7)退火：将钢卷在500-800℃退火6-24h，出炉，至此，该热冲压用钢板生产完成，
基于本发明的研究发现，在成型阶段必须尽可能避免熔化的锌与奥氏体接触，因此，必须在低于锌层熔点的温度进行热冲压成型。为了在上述情况下仍保证钢板能淬火硬化，可通过添加硼元素，延迟奥氏体向马氏体转化，提高钢板或钢带的淬透性。如图1和图2所示，本发明的热冲压成型工艺具体过程如下：
(1)按照上述方法生产热冲压成型用的钢板或钢带，并在所述热冲压成型用的钢板或钢带上涂覆锌或锌铁合金；
(2)加热：将涂覆锌或锌铁合金的钢板或钢带放入温度≥Ac3(奥氏体化转变结束温度)的立式连续退火的加热炉中，以不低于5℃/s的加热速度将钢板或钢带加热到高于Ac3的温度，保温1-3分钟，使钢板或钢带奥氏体化均匀；
(3)预冷却：钢板或钢带从加热炉中出来后，立即实施预冷却，预冷却速度需大于钢板的临界转变速度，防止钢板进入珠光体或者贝氏体转变区，冷却至650～700℃；
(4)落料：在650～700℃的温度下，根据热冲压零件形状和尺寸切割钢板或钢带；
(5)热冲压成型与模内淬火：将落料后的钢板或钢带快速移动到热冲压模具上冲压成型淬火，成型温度范围为400～650℃，该温度下镀层可完全凝固，其中热冲压保压时间约3～15秒，冲压力为300～1000吨。热冲压成型完成后，钢板或钢带在模具中冷却，并在模具中，或从模具取出后冷却至室温，完成马氏体相变。
本发明的方法可以将传统的热冲压用钢22MnB5的热冲压加热温度从930℃降低到850℃左右，保温时间从3-10分钟降低到1-3分钟，大幅节约了能耗，同时加热炉可改成立式退火炉，可减少加热炉占地面积。本发明所述的热冲压工艺还可以避免锌基镀层的热冲压钢板冲压成型后由于液态金属脆性(Liquid MetalEmbrittlement，以下标记为LME)引起的基体裂纹，对锌基热冲压用钢的发展具有重要意义。

Claims (8)

1.一种锌系镀覆钢板或钢带的热冲压成型方法，其特征在于：所述的热冲压成型方法步骤如下：
(1)生产热冲压成型用的钢板或钢带，并在所述热冲压成型用的钢板或钢带上涂覆锌或锌铁合金；
(2)加热：将钢板或钢带放入连续退火的加热炉中，以大于5℃/s的加热速度将钢板或钢带加热到高于Ac3的温度，并保温设定时间，使钢板或钢带奥氏体化均匀；
(3)预冷却：钢板或钢带从加热炉中出来后，立即实施预冷却，冷却至650℃～700℃；
(4)落料：在650℃～700℃的温度下，根据热冲压零件形状和尺寸切割钢板或钢带；
(5)热冲压成型与模内淬火：将落料后的钢板或钢带快速移动到热冲压模具上冲压成型淬火，成型温度范围为400～650℃；热冲压成型完成后，坯料在模具中冷却，在模具中，或从模具取出后冷却至室温，完成马氏体相变。
2.根据权利要求1所述的锌系镀覆钢板或钢带的热冲压成型方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，将热冲压成型用的钢板或钢带传送至温度≥Ac3的立式加热退火炉中。
3.根据权利要求1所述的锌系镀覆钢板或钢带的热冲压成型方法，其特征在于，所述的步骤(5)中，热冲压保压时间约3～15秒，冲压力为300～1000吨。
4.根据权利要求1所述的锌系镀覆钢板或钢带的热冲压成型方法，其特征在于，所述的步骤(2)中，保温设定时间为1-3分钟。
5.根据权利要求1所述的锌系镀覆钢板或钢带的热冲压成型方法，其特征在于，所述的步骤(3)中，钢板或钢带的预冷却速度大于30℃/s。
6.根据权利要求1所述的锌系镀覆钢板或钢带的热冲压成型方法，其特征在于，热冲压成型用的钢板或钢带的生产过程如下：
(1)对生产钢板或钢带用的原料进行冶炼；
(2)连铸生产铸坯；
(3)热轧：将铸坯加热到1100～1250℃后控制轧制，开轧温度为950～1150℃，终轧温度为750～900℃，热轧板厚度小于等于20mm；
(4)轧后在500～850℃进行卷取，冷却至室温后组织为铁素体和珠光体组织；
(5)酸洗以去除热轧过程中产生的氧化铁皮；
(6)冷轧：将钢卷冷轧至2.0mm以下的厚度，冷轧压下量≥35％；
(7)退火：将钢卷在500-800℃退火6-24h，出炉，至此，该热冲压用钢板生产完成。
7.根据权利要求6所述的锌系镀覆钢板或钢带的热冲压成型方法，其特征在于，所述热冲压成型用的钢板或钢带原料包括：C：0.1％～0.5％，Si：0.1％～0.5％，Mn：0.5％～3.0％，B：0％～0.010％,Ti:0％～0.20％,Nb:0％～0.20％,V:0％～1.0％,,W:0％～1.0％,Cr:0％～1.0％,Mo:0％～1.0％,Cu:0％～1.0％,Ni:0％～1.0％,Mg:0％～0.05％,Ca:0％～0.05％,REM:0％～0.05％,Bi:0％～0.05％，P：<0.02％，S：<0.02％，Al：0.01％～0.05％，N：<0.005％，余量为Fe和杂质。
8.根据权利要求6所述的锌系镀覆钢板或钢带的热冲压成型方法，其特征在于，所述的冷轧压下量为50～60％。
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