CN109570343A - 高强钢汽车覆盖件总成及其制造方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强钢汽车覆盖件总成及其制造方法和装置，该方法包括：将板料落料成所需坯料形状，所述板料采用马氏体钢，并且所述板料经过冷轧处理或者经过冷轧退火酸洗处理；将坯料放置到加热设备中加热至奥氏体温度以上；向加热设备中通入惰性气体，并在坯料降温至700℃以下时将坯料从加热设备中取出；对压边圈进行加热至Ms‑Ac1温度之间；在坯料温度高于Ms点温度时，对坯料进行压制成型；对压制完成的坯料进行包边压合、回火和表面处理。采用本发明的方法制造的汽车覆盖件总成，具有很高的抗拉强度和屈服强度，抗凹性能优异，节省钢材，同时，采用压边圈加热的方法，有效降低外覆盖件在热冲压过程中坯料发生破裂的风险。

Description

高强钢汽车覆盖件总成及其制造方法和装置

技术领域

本发明涉及了热压成型领域，具体的是一种高强钢汽车覆盖件总成及其制造方法和装置。

背景技术

汽车车身抗凹坑性，尤其是外覆盖件抗凹坑性越来越成为用户选购轿车的重要参考。车身覆盖件承受外部载荷作用时，抵抗凹陷弯曲及局部凹痕变形、保持形状的能力称为抗凹性，这是评价和反映覆盖件表面质量和使用性能的一项重要指标和特性。车身覆盖件尺寸大、低曲率、有一定的预变形，在使用过程中常常会受到外载荷的作用。如人为的触摸按压，静载荷以及运动过程中的振动以及碰撞等。这些载荷往往使覆盖件形状发生凹陷挠曲甚至产生永久凹陷变形。

汽车车身的抗凹坑性跟材料的屈服强度有关，而制件屈服强度越高，制件表面抗凹坑能力越强。而材料强度越高，其冲压成型性能下降，各种成型缺陷凸显，不仅需要大的成型力，而且回弹严重，很难保证制件的尺寸精度，这就限制了高强钢在汽车外覆盖件上的应用。

发明内容

为了克服现有技术中的缺陷，本发明实施例提供了一种高强钢汽车覆盖件总成及其制造方法和装置，其用于解决上述问题中的至少一种。

本申请实施例公开了：一种高强钢汽车覆盖件总成的制造方法，包括：

将板料落料成所需坯料形状，所述板料采用马氏体钢，并且所述板料经过冷轧处理或者经过冷轧退火酸洗处理；

将坯料放置到加热设备中加热至奥氏体温度以上；

向加热设备中通入惰性气体，并在坯料降温至700℃以下时将坯料从加热设备中取出；

对模具的压边圈进行加热至Ms-Ac1温度之间；

将坯料放入模具中，在坯料温度高于Ms点温度时，对坯料进行压制成型；

对压制完成的坯料进行包边压合、回火和表面处理。

较佳的，所述马氏体钢包括马氏体不锈钢和弹簧钢。

较佳的，所述弹簧钢的组分及重量百分比为：C：0.3-0.65％，Si：0.3％-2.0％，Mn：0.6％-1.5％，Cr：0.2％-1.5％、B<0.01％、P<0.04％、S<0.04％，其余为铁。

较佳的，所述压边圈被加热至200℃-600℃之间。

较佳的，所述压边圈内置加热棒。

较佳的，步骤“对压制完成的坯料进行包边压合、回火和表面处理”包括：

在对坯料进行压制成型的同时，对坯料完成预翻边操作；

对坯料的翻边区域进行局部加热，加热方法采用感应加热，激光加热或火焰加热；

将坯料与内覆盖件的包边压合，形成高强钢汽车覆盖件总成；

对包边完成后的高强钢汽车覆盖件总成进行回火处理；

对回火后的高强钢汽车覆盖件总成进行表面处理，所述表面处理包括抛光、喷涂、电镀和防腐蚀处理。

较佳的，所述高强钢汽车覆盖件总成的回火温度为150℃-650℃，回火时间为1min～5min，回火后的坯料组织为回火马氏体、回火屈氏体或回火索氏体。

较佳的，所述坯料从由加热设备中取出到压制成型的总时长不大于25秒。

本实施例还提供一种高强钢汽车覆盖件总成，采用如上所述的高强钢汽车覆盖件总成的制造方法制造而成。

本实施例还提供一种高强钢汽车覆盖件总成的制造装置，包括：

落料装置，用于将板料落料成所需坯料形状；

加热装置，用于将坯料放置到加热设备中加热至奥氏体温度以上；

气源，所述气源用于向加热设备中通入惰性气体；

模具，所述模具用于在坯料温度高于Ms点温度时，对坯料进行压制成型；

加热单元，用于对模具的压边圈进行加热至Ms-Ac1温度之间。

本发明的有益效果如下：

1、本发明的覆盖件总成抗拉强度在1000Mpa-2300Mpa之间，屈服强度在950Mpa-1500Mpa之间，具有优异的抗凹性能，而传统镀锌板的抗拉强度才300Mpa，因此，传统镀锌板外覆盖件厚度一般至少在0.7mm左右，而使用弹簧钢或马氏体不锈钢则可使用0.5mm左右厚度的材料，汽车外覆盖件重量可以减轻30％以上。

2、本发明采用对压边圈加热的方法，可以解决汽车覆盖件大型板件热成型时在转运过程中其边缘冷却速度过快，导致成型时边缘部分容易开裂的问题。

3、本发明的坯料属于温成型，加热时间、氧化少、节约能源。

4、本发明在还原性气氛或者真空环境中对坯料进行加热，并在料片加热、保温结束后通入惰性气体，将料片降温至700℃以下取出，钢材在700℃以下的氧化速率远低于在900℃时的氧化速率，进一步保护坯料，避免坯料被氧化。

5、本发明采用Ms点温度在100℃-300℃的弹簧钢和马氏体不锈钢进行热成型，坯料还未发生马氏体转变便可以压制成型，具有较好的热成型性能，且这两种钢材的AC3点温度低，利于缩短加热时间，节约能源。

6、本发明采用弹簧钢或马氏体不锈钢制备的高强度高韧性汽车覆盖件总成替代目前常用的IF钢、BH钢，可明显减轻汽车覆盖件总成的重量，对于汽车的轻量化大为有利。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中的高强钢汽车覆盖件总成的制造方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供一种高强钢汽车覆盖件总成的制造方法，包括：

首先，将板料落料成所需坯料形状，具体落料方式包括冷冲压和激光切割。所述板料为经过冷轧处理或者经过冷轧退火酸洗处理之后的马氏体钢，具体为马氏体不锈钢或弹簧钢。需要说明的是，通常汽车覆盖件总成包括外覆盖件和内覆盖件，所述坯料用于形成所述外覆盖件，所述内覆盖件通常由钢材经过热成型工艺形成或冷成型工艺制成。并且，所述板料的厚度为0.5-0.8mm之间，优选为0.55mm-0.65mm，使得汽车车身覆盖件的重量得以大大减轻。进一步的，在剪下板料之前，对所述板料的表面进行前序处理，所述前序处理包括镜面抛光、拉丝和磨砂处理中的一种或多种。

进一步的，所述弹簧钢的组分及重量百分比为：C：0.3-0.65％，Si：0.3％-2.0％，Mn：0.6％-1.5％，Cr：0.2％-1.5％、B<0.01％、P<0.04％、S<0.04％，其余为铁。优选65MnB、60Si2Mn、60Si2MnA、55Si2Mn、60Si2CrA、60Si2CrVA、50CrVA、55CrMnA、60CrMnBA和60CrMnMoA。该弹簧钢的抗拉强度高达1000-1500Mpa，具有显著的轻量化效果，优秀的抗凹性能和抗刻划性能。

进一步的，还可以在上述的弹簧钢中添加微量元素，所述微量元素包括Ni、Cu、Nb、Mo、V和Ti中的一种或多种。所述微量元素所占的重量百分比为：Ni:0.1％-0.3％，Cu:0.1％-0.2％，Nb：0.1％-0.1％，Mo：0.1％-0.4％，V：0.1％-0.2％。上述坯料由奥氏体向马氏体开始转变的温度(也即是Ms点温度)通常为150-300℃，平均为200℃，故坯料在热成型过程中，即使温度下降也不会迅速下降到300℃以下，故不会在对坯料进行压制之前便出现马氏体转变，保证了坯料的成形性能。

接着，将坯料放置到加热设备中加热至AC3(加热时，铁素体转变成奥氏体的终了温度)以上，使所述坯料处于奥氏体状态，较佳的，并对奥氏体状态的坯料进行保温。其中，所述加热设备中坯料的最高温度为800℃-1100℃，优选830℃-950℃。具体地，将剪裁好的坯料放到加热设备内加热达到奥氏体状态并保温，使坯料中的奥氏体均匀化，由于坯料很薄，故需要很短的保温时间便可以实现，本实施例的保温时间优选为1min～10min左右。具体地，将坯料放置在加热设备中进行加热处理，并且，坯料在进入加热设备前，在坯料的模具压边区域双面喷涂润滑剂，坯料放置到加热设备中后，所述加热设备的内部为还原性气氛或真空环境，以保护坯料，避免坯料在加热设备的高温环境内被氧化的。当然，所述坯料可以在空气环境下进行预加热，但在空气环境下加热的最高温度不超过700℃，板料在真空环境下加热的温度在700℃以上时，真空度要控制在100Pa～0.1Pa或比0.1Pa更高的真空度。

接着，向所述加热设备中通入惰性气体，使所述坯料降温，并在坯料降温至700℃以下时将坯料从加热设备中取出。由于钢材在700℃以下的氧化速率远低于在900℃时的氧化速率，如此可以保护所述坯料，避免坯料在转移过程中发生氧化。

接着，对模具的压边圈进行加热至Ms-Ac1(钢加热时，开始形成奥氏体温度)温度之间。由于大型覆盖件的高温坯料在转运过程中，其边缘区域冷却速度高于中心区域，且在冲压过程中，高温坯料先与压边圈接触，因此，对压边圈进行加热至Ms-Ac1温度之间，可以避免坯料的边缘区域冷却过快，降低成型时边缘区域出现开裂的风险。具体的，对压边圈加热至200-600℃之间，如200℃、250℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃。较佳的，采用压边圈内置加热棒的方式，通过加热棒对压边圈进行加热，不会影响成型设备的体积。

接着，在坯料温度高于Ms点温度时，将坯料放入模具中，使用模具对坯料进行压制成型。具体地，所述坯料从加热设备中取出，并且所述坯料从加热设备转移至模具中的时间为4-20秒，优选为6秒。坯料从放入模具到模具开始压制的时间为1-2秒，优选为1秒。从模具开始压制到模具压制到底(即模具合模)的时间为1-3秒，优选为1秒。整个过程最多不超过25秒，确保坯料可以保持在较高的温度，进而为其成型提供了保证。需要说明的是，由于弹簧钢的Ms点温度在100℃-300℃，而且，坯料在加热设备与模具之间的转移速度不超过25秒，通常只有10秒左右，故可以保证坯料还未发生马氏体转变便可以压制成型，具有较好的热成型性能，弹簧钢的奥氏体的转变温度较低，利于缩短加热时间，节约能源。

接着，压制完成后的坯料在模具内保压1-10秒并冷却至接近室温，当坯料的材料组织转变为马氏体时，从模具中取出。也即是说，本实施例是将坯料加热转变至奥氏体后，在保持奥氏体态时进行成型而经过保压期间后在模具内的继续冷却，从而使得奥氏体组织转变为具有高强度的马氏体组织。

最后，对保压完成的坯料进行包边压合、回火和表面处理。具体地，此步骤包括：

在模具对坯料进行压制成型的同时，对坯料完成预翻边操作，即对坯料进行近似直角的折弯成形，此时的折弯线与后序的包边线重合；

接着，对坯料的翻边区域进行局部加热，加热方法采用感应加热，激光加热或火焰加热。

接着，将坯料与内覆盖件的包边压合，形成高强钢汽车覆盖件总成。进一步的，可以使用激光加热坯料内侧的翻边区域，软化后进行压合包边，激光加热温度700℃-900℃，同时加热区域在坯料的内侧，不影响产品的外观。

对包边完成后的高强钢汽车覆盖件总成进行回火处理。具体地，所述高强钢汽车覆盖件总成的回火温度为150℃-650℃，回火时间为1min～5min，回火后的坯料组织为回火马氏体、回火屈氏体或回火索氏体，回火后的高强钢汽车覆盖件总成具有超高的强度。

最后，对回火后的高强钢汽车覆盖件总成进行表面处理，所述表面处理包括抛光、喷涂、电镀和防腐蚀处理。

下面以两个具体实施工艺详细说明本实施例。

案例1中制备的零件为发动机罩，具体操作如下：

1、采用厚度为0.55mm且经过冷轧退火酸洗处理的420马氏体不锈钢作为板料，对420马氏体不锈钢进行镜面抛光处理；

2、将剪裁好的坯料放入加热炉内进行加热，加热温度为860℃，并保温5min；

3、对加热炉通入氮气，使坯料温度降至700℃后取出；

4、将压边圈进行加热，加热至500℃；

5、将坯料放入模具内进行压制。其中，坯料加热后从加热炉转移至模具里的时间6s，坯料放入模具到模具开始压制的时间为1s，模具开始压制到模具压制到底的时间为1s；

6、压制完成的坯料在模具内保压3-6s，待坯料冷却接近室温，材料组织转变为马氏体时从模具内取出；

7、冲压后对制件进行回火处理，回火温度450℃，时间2min。回火时需要对制件用夹具以减少受热变形；

8、采用激光加热方式对坯料的翻边区域进行加热，再将坯料与内覆盖件的包边压合；

9、对于包边后的总成制件即发动机罩，进行表面处理。

经过热成形工艺制成的发动机罩，硬度为450HV，抗拉强度为1620MPa，屈服强度1190Mpa，为延伸率为13％。

案例2中制备的零件为整体式车门板件，具体操作如下：

1、采用厚度为0.6mm且经过冷轧退火酸洗处理的60Si2Mn弹簧钢板作为板料；

2、将剪裁好的坯料放入加热炉内进行加热，加热温度为910℃，并保温5min；

3、向加热炉中通入氮气，使坯料温度降至700℃后取出；

4、将压边圈进行加热，加热至450℃；

5、将坯料放入模具内进行压制。其中，坯料加热后从加热炉转移至模具里的时间6s，坯料放入模具到模具开始压制的时间为1s，模具开始压制到模具压制到底的时间为1s；

6、压制完成的坯料在模具内保压6s。待坯料冷却接近室温，材料组织转变为马氏体时从模具内取出；

7、冲压后对坯料进行回火处理，回火温度540℃,回火时需要对坯料使用夹具，以避免坯料受热变形；

8、采用激光加热方式对坯料的翻边区域进行加热，再将坯料与内覆盖件的包边压合；

9、对于包边后的总成制件即整体式车门板件，进行表面处理。

经过热成形工艺制成的整体式车门板件，硬度为480HV，抗拉强度为1480MPa，屈服强度为970Mpa，延伸率为14％。

进一步的，采用静态抗凹性试验方法对制备好的试件进行抗凹形测试，实验材料尺寸为100×50×0.5mm，用直径10mm的压头对试件进行缓慢加载，载荷0.3KN，加载速率5mm/min，测得的数据如表1所示。由此可知，本发明的高强钢汽车覆盖件总成的抗凹坑性能优异。

表一案例1和案例2与现有的IF钢和CR180BH的抗凹性能对比

	厚度	抗拉强度	屈服强度	延伸率	凹痕深度
						案例1	0.55mm	1620Mpa	1190Mpa	13％	0.01mm
案例2	0.6mm	1480Mpa	970Mpa	14％	0.02mm
						IF钢	0.7mm	340Mpa	180Mpa	46％	0.35mm
CR180BH	0.8mm	300Mpa	190Mpa	43％	0.40mm

本实施例还提供了一种高强钢汽车覆盖件总成的制造装置，包括：

落料装置，用于将板料落料成所需坯料形状；

加热装置，用于将坯料放置到加热设备中加热至奥氏体温度以上；

气源，所述气源用于向加热设备中通入惰性气体；

模具，所述模具用于在坯料温度高于Ms点温度时，对坯料进行压制成型；

加热单元，用于对模具的压边圈进行加热至Ms-Ac1温度之间。

综上所述，本发明用高强度的马氏体不锈钢和弹簧钢作为汽车车身覆盖件总成的原材料，抗凹坑性能优异，并且本发明采用热成型工艺，将马氏体不锈钢和弹簧钢加热到Ac3温度以上，奥氏体化的材料具有优异的成型性能，同时选用的马氏体不锈钢和弹簧钢的AC3温度较低，使得加热炉的设定温度更低，可以节约能源。

本发明采用对压边圈加热的方法，可以解决汽车覆盖件大型板件热成型时在转运过程中其边缘冷却速度过快，导致成型时边缘部分容易开裂的问题。

本发明采用还原气氛下或者真空环境下的加热设备对马氏体不锈钢和弹簧钢进行加热，并在料片加热、保温结束后通入惰性气体，将料片降温至700℃以下取出，钢材在700℃以下的氧化速率远低于在900℃时的氧化速率，进一步保护坯料，避免坯料被氧化。

本发明采用Ms点温度在100℃-300℃的弹簧钢或马氏体不锈钢进行热成型，坯料还未发生马氏体转变便可以压制成型，具有较好的热成型性能，且两种钢材的AC3点温度低，利于缩短加热时间，节约能源。

本发明采用弹簧钢或马氏体不锈钢制备的高强度高韧性汽车覆盖件总成替代目前常用的IF钢、BH钢，可明显减轻汽车覆盖件总成的重量，对于汽车的轻量化大为有利。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种高强钢汽车覆盖件总成的制造方法，其特征在于，包括：

将板料落料成所需坯料形状，所述板料采用马氏体钢，并且所述板料经过冷轧处理或者经过冷轧退火酸洗处理；

将坯料放置到加热设备中加热至奥氏体温度以上；

向加热设备中通入惰性气体，并在坯料降温至700℃以下时将坯料从加热设备中取出；

对模具的压边圈进行加热至Ms-Ac1温度之间；

将坯料放入模具中，在坯料温度高于Ms点温度时，对坯料进行压制成型；

对压制完成的坯料进行包边压合、回火和表面处理。

2.如权利要求1所述的高强钢汽车覆盖件总成的制造方法，其特征在于，所述马氏体钢包括马氏体不锈钢和弹簧钢。

3.如权利要求2所述的高强钢汽车覆盖件总成的制造方法，其特征在于，所述弹簧钢的组分及重量百分比为：C：0.3-0.65％，Si：0.3％-2.0％，Mn：0.6％-1.5％，Cr：0.2％-1.5％、B<0.01％、P<0.04％、S<0.04％，其余为铁。

4.如权利要求1所述的高强钢汽车覆盖件总成的制造方法，其特征在于，所述压边圈被加热至200℃-600℃之间。

5.如权利要求1所述的高强钢汽车覆盖件总成的制造方法，其特征在于，所述压边圈内置加热棒。

6.如权利要求1所述的高强钢汽车覆盖件总成的制造方法，其特征在于，步骤“对压制完成的坯料进行包边压合、回火和表面处理”包括：

在对坯料进行压制成型的同时，对坯料完成预翻边操作；

对坯料的翻边区域进行局部加热，加热方法采用感应加热，激光加热或火焰加热；

将坯料与内覆盖件的包边压合，形成高强钢汽车覆盖件总成；

对包边完成后的高强钢汽车覆盖件总成进行回火处理；

对回火后的高强钢汽车覆盖件总成进行表面处理，所述表面处理包括抛光、喷涂、电镀和防腐蚀处理。

7.如权利要求6所述的高强钢汽车覆盖件总成的制造方法，其特征在于，所述高强钢汽车覆盖件总成的回火温度为150℃-650℃，回火时间为1min～5min，回火后的坯料组织为回火马氏体、回火屈氏体或回火索氏体。

8.如权利要求1所述的高强钢汽车覆盖件总成的制造方法，其特征在于，所述坯料从由加热设备中取出到压制成型的总时长不大于25秒。

9.一种高强钢汽车覆盖件总成，其特征在于，采用如权利要求1～9任意一项所述的制成方法制成。

10.一种高强钢汽车覆盖件总成的制造装置，其特征在于，包括：

落料装置，用于将板料落料成所需坯料形状；

加热装置，用于将坯料放置到加热设备中加热至奥氏体温度以上；

气源，所述气源用于向加热设备中通入惰性气体；

模具，所述模具用于在坯料温度高于Ms点温度时，对坯料进行压制成型；

加热单元，用于对模具的压边圈进行加热至Ms-Ac1温度之间。