CN117960829B - 热冲压构件的制备方法及热冲压构件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钢铁生产技术领域,公开了Al‑Si镀层钢板的制备方法、热冲压构件及其制备方法。热冲压成形用Al‑Si镀层钢板的制备方法包含铸坯、热轧、酸轧和热镀Al‑Si。其中,铸坯步骤包含:按重量百分比控制钢板组分:C:0.18~0.36%,Mn:0.8~1.4%,Si:0.1~0.25%,Sb:0.07~0.12%,B:0.0005~0.004%,Nb+V<0.35%,Als:0.3~0.6%,N:≤0.005%,余量为Fe和不可避免杂质,并将各组分冶炼后连铸成板坯。依据本发明的方法制备热冲压成形用Al‑Si镀层钢板和热冲压构件可避免热轧过程中出现晶间氧化的缺陷,最终提高热成形构件的综合性能。
Description
技术领域
本发明属于钢铁生产技术领域,特别涉及一种热冲压构件的制备方法及使用该方法制备的热冲压构件。
背景技术
无镀层热冲压板料通常在带有N2等保护气体的加热炉内加热到900℃以上进行奥氏体化,但是将板料从加热炉转移至模具并成形的过程中不可避免在空气中暴露,表面严重氧化,生产过程中需要对脱落在模具内的氧化铁皮进行及时清理,这样严重降低了生产效率;另外,还需要对成形后的零件进行喷丸或喷砂等处理以去除氧化层,导致零件尺寸精度降低,且由于工序的增加造成零件成本升高。而Al-Si镀层技术可避免氧化铁皮的产生,从而有效解决上述技术痛点,同时还可提高热冲压钢服役过程中的碰撞弯曲韧性,目前已经广泛地应用于热冲压成形技术中。
在热冲压成形用钢实际的工业热轧过程中,由于卷取温度过高往往会使得热轧表层出现晶间氧化的缺陷。具体地,在较高温度下所形成的氧化亚铁FeO在温度低于570℃时变的不稳定,易转变成三氧化二铁Fe2O3和四氧化三铁Fe3O4。相反,如果在热轧卷取期间卷材的某些部分温度升高,尤其是卷材的芯轴区域的温度升高使得温度超过570℃,则Fe2O3和Fe3O4转变为FeO,该分解的产物之一为氧。由该反应所产生的氧与比铁更容易氧化的且存在于钢基材表面处的元素(特别是硅、锰、铬和铝)结合,在晶界处自然地形成氧化物,而非在基体中均匀扩散。因此,氧化在晶界处更明显,形成晶间氧化的缺陷。晶间氧化缺陷对于热冲压成形用钢而言,至少具有以下危害:
1)热轧卷取后钢卷产的生晶间氧化无法通过酸洗根除,将导致冷硬卷表层界面平直度差,随之扩大热浸镀时Fe与Al接触区,加速Fe溶解,促进金属间化合物层生长,合金层均匀度降低,进而影响Al-Si镀层附着性。
2)热冲压过程中C原子朝向镀层扩散并与Si、Mn氧化物形成碳氧化物,而这些碳氧化物迁移并溶解形成凹槽/孔隙,最终致使热冲压时镀层破裂。
3)在热浸镀阶段与热冲压阶段,易在铝硅镀层与基体界面层产生物理孔洞,或因Fe、Al、Si扩散速率存在差异而产生柯肯达尔孔洞,一方面,晶间氧化缺陷会加大Fe与Al、Si扩散速率的差异,产生更多的柯肯达尔孔洞;另一方面,Fe2O3和Fe3O4转变为FeO所产生的氧形成微小孔洞,可使得原有物理孔洞、柯肯达尔孔洞贯穿成一片,易导致冲压加热时分层、热冲压后镀层脱落等不良后果。
专利申请CN108707825A中给出了合金成分:C:0.08~0.10%,Si:0.25~0.40%,Mn:1.10~1.50%,P:≤0.02%,S:≤0.01%,Als:0.01~0.10%,N:≤0.005%,Nb:0.025~0.05%,由于合金成分中缺乏细化晶粒的Ti元素,晶粒相对粗大,只能生产出强度级别相对较低(620MPa以下)的热冲压成形构件。另外,该发明所涉及的卷取温度较高,热轧容易产生晶界氧化,不适用于预涂镀Al-Si镀层钢板的生产。
专利申请CN114807755A公开了一种具有良好涂层质量的高强韧性预涂覆钢板及其制备方法以及钢构件及其应用,通过综合控制预涂层厚度、基板清洗质量、退火工艺,能够得到含有均匀的脱碳层的预涂覆钢板,单面脱碳层厚度20~50μm,此时脱碳层表面氧含量O界面与基体中氧含量O基体之间的比值O界面/O基体≤2.0,这样的预涂覆钢板在热成形前、后均具有良好的涂层质量,热成形前钢板卷表面漏镀数量≤5处/km,加热后涂层无孔洞缺陷,且热成形钢构件具有高强韧性,热成形烘烤后抗拉强度≥1450MPa,冷弯角较常规铝硅涂层产品提高5~10°。该专利所涉及的脱碳层表面氧含量O界面与基体中氧含量O基体之间的比值O界面/O基体≤2.0,很难在工业涂镀过程实现,同时也无法避免因热轧过程产生的晶间氧化对后续预涂覆镀层质量的不良影响。
因此,如何控制热冲压成形钢热轧过程的晶间氧化缺陷成为非常棘手的难题。
发明内容
为了解决现有的技术问题,本发明提出了一种热冲压成形用Al-Si镀层钢板的制备方法、使用该热冲压成形用Al-Si镀层钢板制备1400-2200MPa级热冲压构件的方法、以及使用该方法制备的1400-2200MPa级热冲压构件。
为了解决上述技术问题中的至少一项,本发明采用以下技术方案:
依据本发明的一方面,提供一种热冲压成形用Al-Si镀层钢板的制备方法,包含以下步骤:铸坯:按重量百分比控制钢板组分:C:0.18~0.36%,Mn:0.8~1.4%,Si:0.1~0.25%,Sb:0.07~0.12%,B:0.0005~0.004%,Nb+V<0.35%,Als:0.3~0.6%,N:≤0.005%,余量为Fe和不可避免杂质,并将各组分冶炼后连铸成板坯;热轧:将板坯经过加热、除鳞、粗轧、精轧、层流冷却和卷取后获得热轧卷;酸轧:将所述热轧卷经过酸洗后,冷轧成为0.7~3.0mm厚的薄带钢;热镀Al-Si:冷轧后的所述薄带钢加热至760~830℃,均热保温30~100s后冷却至625~660℃,随后浸入Al-Si池进行镀Al-Si处理,出Al-Si池后以≥3℃/s的速度冷却至室温,制得热冲压成形用Al-Si镀层钢板。
根据本发明的一个实施例,所述热轧过程中,终轧温度控制为840~920℃;采用前段冷却方式进行所述层流冷却,上、下集管冷却速率分别为40~60%,70~85%;卷取温度控制为500~720℃。
根据本发明的一个实施例,所述冷轧过程中,冷轧压下率为40~75%,其中,随着材料冷轧厚度的升高冷轧压下率逐步减小。
根据本发明的一个实施例,所述热镀Al-Si过程中,冷轧后的所述薄带钢加热至760~830℃,包含:第一阶段加热:以10~20℃/s的加热速率将所述薄带钢加热至300℃;第二阶段加热:以3~10℃/s的加热速率将所述薄带钢加热至600~700℃;以及第三阶段加热:以0.4~3℃/s的加热速率将所述薄带钢加热至760~830℃。
根据本发明的一个实施例,所述热镀Al-Si过程中,热镀产线机组速度为50~130m/min,平整延伸率范围为0.2~1.5%。
依据本发明的一方面,提供一种1400-2200MPa级热冲压构件的制备方法,对任一上述实施例所述的方法制备热冲压成形用Al-Si镀层钢板执行热冲压工序,包含以下步骤:热冲压:将所述热冲压成形用Al-Si镀层钢板加热至奥氏体化并保温,并将加热后的所述热冲压成形用Al-Si镀层钢板转移至模具上进行热冲压,淬火至10~200℃。
根据本发明的一个实施例,将所述热冲压成形用Al-Si镀层钢板加热至奥氏体化,包含:控制加热温度为880~950℃;控制加热总时间为(料厚*125+50~180)s,其中料厚的单位为mm。
根据本发明的一个实施例,采用箱式炉、辊底炉或感应炉等对所述热冲压成形用Al-Si镀层钢板进行加热,其中,控制炉内露点为-30~-5℃。
根据本发明的一个实施例,将加热后的所述热冲压成形用Al-Si镀层钢板转移至模具上进行热冲压,包含:控制转移时间为5~11s;控制热冲压机的压强为1~25MPa,保压时间3~50s。
依据本发明的一方面,提供一种上述任一实施例所述的方法制备的1400-2200MPa级热冲压构件,所述1400-2200MPa级热冲压构件的显微组织为全马氏体。
通过采用上述技术方案,本发明相比于现有技术具有如下优点中的至少一项:
1. 依据本发明的方法针对热冲压成形用Al-Si镀层钢板,创新设计添加Sb元素,利用Sb元素抑制热轧卷表层的晶间氧化,一方面,拓宽热冲压钢热轧卷取温度窗口,可以在570℃~720℃范围顺利卷取并保证无晶间氧化缺陷;另一方面,晶间氧化深度低或无晶间氧化的热轧卷,经酸洗-冷轧-热浸镀Al-Si后获得的热冲压成形用Al-Si镀层钢板表面区域中空隙的表面比率低,即热冲压成形用Al-Si镀层钢板表层质量好。同时,Sb在热浸镀退火工艺中抑制形成Si、Al、Mn等退火氧化物的效果明显,进一步提高了热冲压成形用Al-Si镀层钢板的表面质量。
2. 热冲压后Al-Si镀层与基体扩散层结合性好,长时间的热冲压加热过程中,例如在930℃奥氏体化温度下保持900s及以上时长条件下,柯肯达尔孔洞少且孔洞之间不会贯穿而连成一片,在热冲压成形过程中镀层不易或不脱落,即Al-Si镀层在热冲压过程中的耐烧性更强,利于不等厚等强或变强度的阶梯性能热冲压钢零部件的制备,该阶梯性能热冲压钢零部件包含但不限于具有补丁板的一体化门环。
3. 依据本发明的热冲压成形用Al-Si镀层钢板的制备方法以Al代Ti来固定N元素,避免了液析TiN对韧性的影响,同时Al提高Mf点,避免或减少孪晶马氏体的形成,进而改善马氏体形态,最终改善了材料韧性。
4. 依据本发明的热冲压构件制备方法可提高热冲压钢服役过程中的碰撞弯曲韧性,其制备的1400-2200MPa级热冲压构件相比于传统热冲压构件的碰撞弯曲韧性至少提升了10%。
5. 依据本发明的方法制备的热冲压构件满足:1500MPa等级的热冲压成形构件强度≥1400MPa,1.4mm板料厚板料在VDA238-100三点弯曲最大载荷下对应的最大弯曲角度≥65°;2000MPa强度等级的热冲压构件,热压后强度≥1800MPa,1.4mm板料厚板料在VDA238-100三点弯曲最大载荷下对应的最大弯曲角度≥50°。
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得到其他的附图。
图1为根据本发明一实施例的热冲压成形用Al-Si镀层钢板的制备方法的流程图;
图2为根据本发明一实施例的1400-2200MPa级热冲压构件的制备方法的流程图;
图3为对比例1的4.0mm热轧板在590℃卷取温度下热轧卷表层形貌;
图4为对比例2的4.0mm热轧板在650℃卷取温度下热轧卷表层形貌;
图5为本发明实施例1的4.0mm热轧板在590℃卷取温度下热轧卷表层形貌;
图6为本发明实施例2的4.0mm热轧板在650℃卷取温度下热轧卷表层形貌;
图7为对比例1在590℃热轧卷取条件下的1.4mm镀Al-Si钢板经930℃保温900s后热冲压淬火的镀层和基体组织;
图8为对比例2在650℃热轧卷取条件下的1.4mm镀Al-Si钢板经930℃保温900s后热冲压淬火的镀层和基体组织;
图9为本发明实施例1在590℃热轧卷取条件下的1.4mm镀Al-Si钢板经930℃保温900s后热冲压淬火的镀层和基体组织;
图10为本发明实施例2在650℃热轧卷取条件下的1.4mm镀Al-Si钢板经930℃保温900s后热冲压淬火的镀层和基体组织。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,下面结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
应当理解,在示例性实施例中所示的本发明的实施例仅是说明性的。虽然在本发明中仅对少数实施例进行了详细描述,但本领域技术人员很容易领会在未实质脱离本发明主题的教导情况下,多种修改是可行的。相应地,所有这样的修改都应当被包括在本发明的范围内。在不脱离本发明的主旨的情况下,可以对以下示例性实施例的设计、操作条件和参数等做出其他的替换、修改、变化和删减。
依据本发明的一方面,本发明的实施例提供一种热冲压成形用Al-Si镀层钢板的制备方法,如图1所示,方法具体包含以下步骤:
步骤S1:铸坯,按重量百分比控制钢板组分:C:0.18~0.36%,Mn:0.8~1.4%,Si:0.1~0.25%,Sb:0.07~0.12%,B:0.0005~0.004%,Nb+V<0.35%,Als:0.3~0.6%,N:≤0.005%,余量为Fe和不可避免杂质,并将各组分冶炼后连铸成板坯;
步骤S2:热轧,将板坯经过加热、除鳞、粗轧、精轧、层流冷却和卷取后获得热轧卷;
步骤S3:酸轧,将热轧卷经过酸洗后,冷轧成为0.7~3.0mm厚的薄带钢;
步骤S4:热镀Al-Si,冷轧后的薄带钢加热至760~830℃,均热保温30~100s后冷却至625~660℃,随后浸入Al-Si池进行镀Al-Si处理,出Al-Si池后以≥3℃/s的速度冷却至室温,制得热冲压成形用Al-Si镀层钢板。
对于传统热冲压用Al-Si镀层钢板来说,为避免热轧带钢晶间氧化,热轧工序需要低温卷取(通常低于570℃)。然而,低温卷取往往导致热轧带钢强度/硬度过高,而过高的强度/硬度往往导致酸洗产线、冷轧产线难以或无法顺利生产。针对常规Al-Si镀层产品在热轧过程中的卷取温度控制不当、常出现热轧板卷晶间氧化的缺陷,本发明首次提出在热冲压成形用Al-Si镀层钢板中添加Sb元素,使其在热轧高温卷取温度下聚集于热轧带钢的表层,防止氧进一步扩散至内部,有效抑制了热轧高温卷取带钢内形成由Si、Mn、Cr、Al等元素组成的晶界、晶内氧化物。这样可以实现热冲压钢热轧卷取温度窗口的扩大,即可以实现更高温度卷取且无晶间氧化。对于Sb元素添加量,当添加量过小时,可以提升热浸镀Al-Si的预涂覆质量,但是不能完全抑制热轧高温卷取时带来的晶间氧化,导致不能实现预涂覆Al-Si镀层质量的批量稳定控制;当添加量过高后,高温下Sb容易在晶界聚集,从而最终产品的塑-韧性不佳,也就无法保证延伸率和三点弯曲角等。在本发明的优选实施例中,Sb含量最佳范围为0.07%~0.12%,既可实现更高温度卷取且无晶间氧化,又能实现预涂覆Al-Si镀层质量的批量稳定控制。
进一步地,传统的热冲压钢成分大多包含Ti元素,旨在利用Ti元素和N元素结合生成TiN来避免生成BN,进而保证固溶B的有效性。然而,TiN往往在高温下析出形成大尺寸的液析TiN夹杂,对材料韧性极为不利。依据本申请的实施例以Al代Ti来固定N元素,避免了液析TiN对韧性的影响。同时,Al提高Mf点,避免或减少孪晶马氏体的形成,进而改善马氏体形态,最终改善了材料韧性。当Al含量过低时,固定N元素效果不佳,也就可能导致BN的形成,对保证材料淬透性的固溶B含量不利;当Al含量过高后,易导致浇注过程中铝的氧化,产生二次夹杂导致水口堵塞、连浇炉数偏低的问题。在本发明的优选实施例中,Al含量可设定为0.3~0.6%,既可有效保证固溶B的有效性,又能确保浇注过程顺利进行。
在本发明的实施例中,步骤S2的终轧温度可控制为840~920℃;采用前段冷却方式进行层流冷却,上、下集管冷却速率分别为40~60%,70~85%;卷取温度控制为500~720℃。冷轧过程中,冷轧压下率可控制为40~75%,随着材料冷轧厚度的升高冷轧压下率逐步减小。
步骤S3和S4中,热轧钢板经酸洗、冷轧后进行热浸镀退火,Sb元素可富集在带钢的表层,一定程度上抑制Si、Mn、Cr、Al等氧化性元素扩散到带钢表面,进而控制了由Si、Mn、Cr、Al等元素组成的氧化物的形成,使Al-Si的附着性变的更好。并且,晶间氧化深度低或无晶间氧化的热轧卷经酸洗-冷轧-热浸镀Al-Si后获得的热冲压成形用Al-Si镀层钢板表面区域中空隙的表面比率低,即热冲压成形用Al-Si镀层钢板表层质量好。同时,Sb在热浸镀退火工艺中抑制形成Si、Al、Mn等退火氧化物的效果明显,进一步提高了热冲压成形用Al-Si镀层钢板的表面质量。
在本发明的优选实施例中,热镀Al-Si过程中,热镀产线机组速度为50~130m/min,平整延伸率范围为0.2~1.5%。冷轧后的薄带钢以不同加热速率分段加热至760~830℃,该过程可具体包含:
第一阶段加热:以10~20℃/s的加热速率将薄带钢加热至300℃;
第二阶段加热:以3~10℃/s的加热速率将薄带钢加热至600~700℃;以及
第三阶段加热:以0.4~3℃/s的加热速率将薄带钢加热至760~830℃。
依据本发明的另一方面,提供一种使用上述热冲压成形用Al-Si镀层钢板制备1400-2200MPa级热冲压构件的方法,如图2所示,方法具体包含以下步骤:
步骤S5:热冲压,将使用上述步骤S1-S4的方法制备的热冲压成形用Al-Si镀层钢板加热至奥氏体化并保温,并将加热后的热冲压成形用Al-Si镀层钢板转移至模具上进行热冲压,淬火至10~200℃。
在本发明一实施例中,可热冲压成形用Al-Si镀层钢板加热至880~950℃以使其奥氏体化;加热总时间依据钢板厚度来确定,具体为(料厚*125+50~180)s,其中料厚的单位为mm。加热炉可采用箱式炉、辊底炉或感应炉等,炉内露点控制在-30~-5℃。露点作为体现炉内湿度的重要指标,可通过调节炉内气氛来控制,例如通入干燥压缩空气或其他干燥气体来调节。随后,将加热后的热冲压成形用Al-Si镀层钢板迅速转移至模具上进行热冲压,例如:控制转移时间为5~11s;控制热冲压机的压强为1~25MPa,保压时间3~40s。通过调整钢板转移时间,可实现不同强度等级的热冲压钢构件制备,钢板转移时间短的条件下,淬火后强度高;料片转移时间长的条件,淬火后强度降低。
基于同一发明构思,根据本发明的又一个方面,本发明的实施例还提供了一种依据上述实施例所述的方法制备的热冲压成形用Al-Si镀层钢板,及由该热冲压成形用Al-Si镀层钢板制成的1400-2200MPa级热冲压构件。其中,1400-2200MPa级热冲压构件的显微组织为全马氏体。作为选择地,本领域技术人员可以依据实际需求调整加热温度,以获得马氏体+少量铁素体、马氏体+少量铁素体+少量贝氏体或马氏体+少量贝氏体等金相组织。使用本发明的上述方法,通过调节热冲压参数,既可制备满足屈服强度为950~1250MPa、抗拉强度为1250~1600MPa、伸长率A50为5~10%、1.4mm厚Al-Si镀层板VDA238-100最大弯曲载荷下对应的弯曲角≥65°的1500MPa级热冲压钢材料,又可获得满足屈服强度为1200~1600MPa、抗拉强度为1750~2200MPa、伸长率A50为5~10%、1.4mm厚Al-Si镀层板VDA238-100最大弯曲载荷下对应的弯曲角≥50°的2000MPa级热冲压钢材料。镀Al-Si钢板热冲压后构件淬火组织均为马氏体、马氏体+少量铁素体、马氏体+少量铁素体+少量贝氏体、马氏体+少量贝氏体中的一种,基体上亦或存在一定量的纳米级微合金析出相。
以下为依据本发明的热冲压成形用Al-Si镀层钢板和热冲压构件的制备方法的具体实施例及其具体工艺参数。
实施例1
本实施的热冲压成形用Al-Si镀层钢板和热冲压构件的制备具体包含以下步骤:
步骤S1:铸坯,按重量百分比控制钢板组分:C:0.22%,Mn:1.19%,Si:0.20%,Sb:0.08%,B:0.003%,Als:0.39%,N:0.0035%,余量为Fe和不可避免杂质,并将各组分冶炼后连铸成板坯。
步骤S2:热轧,将板坯经过加热、除鳞、粗轧、精轧、层流冷却和卷取后获得热轧卷。其中,粗轧和精轧阶段严格控制除鳞工序,终轧温度为880℃;层流冷却采用前段冷却方式,上、下集管冷却速率:55%、80%,卷取温度为590℃。
步骤S3:酸轧,将热轧卷经过酸洗后,冷轧成为1.4mm厚的薄带钢,其冷轧压下率为60%。
步骤S4:热镀Al-Si,冷轧后的薄带钢先分别以12℃/s、5℃/s和2.5℃/s的加热速率分段加热至300℃、690℃和780℃;均热保温75s后冷却至658℃,随后浸入Al-Si池进行镀Al-Si处理,出Al-Si池后以25℃/s的速度冷却至室温。其中,热镀产线机组速度为90m/min,平整延伸率范围为1.0%,制得热冲压成形用Al-Si镀层钢板。
步骤S5:热冲压,将热冲压成形用Al-Si镀层钢板加热至925℃使其奥氏体化并保温900s,炉内露点为-20℃。然后快速转移至模具上进行热冲压并实现淬火,转移时间为7s,热冲压件在快速压机中的压强为15MPa,保压时间10s后模具淬火至80℃。
实施例2
本实施的热冲压成形用Al-Si镀层钢板和热冲压构件的制备具体包含以下步骤:
步骤S1:铸坯,按重量百分比控制钢板组分:C:0.34%,Mn:1.10%,Si:0.22%,Sb:0.09%,B:0.0025%,Nb:0.02%,V:0.01%,Als:0.45%,N:0.0032%,余量为Fe和不可避免杂质,并将各组分冶炼后连铸成板坯。
步骤S2:热轧,将板坯经过加热、除鳞、粗轧、精轧、层流冷却和卷取后获得热轧卷。其中,粗轧和精轧阶段严格控制除鳞工序,终轧温度为900℃;层流冷却采用前段冷却方式,上、下集管冷却速率:50%、75%,卷取温度为650℃。
步骤S3:酸轧,将热轧卷经过酸洗后,冷轧成为1.4mm厚的薄带钢,其冷轧压下率为58%。
步骤S4:热镀Al-Si,冷轧后的薄带钢先分别以12℃/s、5℃/s和2.6℃/s的加热速率分段加热至300℃、690℃和800℃;均热保温75s后冷却至654℃,随后浸入Al-Si池进行镀Al-Si处理,出Al-Si池后以25℃/s的速度冷却至室温。其中,热镀产线机组速度为90m/min,平整延伸率范围为1.0%,制得热冲压成形用Al-Si镀层钢板。
步骤S5:热冲压,将热冲压成形用Al-Si镀层钢板加热至925℃使其奥氏体化并保温900s,炉内露点为-20℃。然后快速转移至模具上实现淬火,转移时间为7s,热冲压件在快速压机中的压强为15MPa,保压时间10s后模具淬火至80℃。
实施例3
本实施的热冲压成形用Al-Si镀层钢板和热冲压构件的制备具体包含以下步骤:
步骤S1:铸坯,按重量百分比控制钢板组分:C:0.26%,Mn:1.20%,Si:0.19%,Sb:0.10%,B:0.003%,Nb:0.025%,Als:0.3%,N:0.0036%,余量为Fe和不可避免杂质,并将各组分冶炼后连铸成板坯。
步骤S2:热轧,将板坯经过加热、除鳞、粗轧、精轧、层流冷却和卷取后获得热轧卷。其中,粗轧和精轧阶段严格控制除鳞工序,终轧温度为860℃;层流冷却采用前段冷却方式,上、下集管冷却速率:45%、70%,卷取温度为700℃。
步骤S3:酸轧,将热轧卷经过酸洗后,冷轧成为1.4mm厚的薄带钢,其冷轧压下率为68%。
步骤S4:热镀Al-Si,冷轧后的薄带钢先分别以12℃/s、3℃/s和0.6℃/s的加热速率分段加热至300℃、690℃和780℃;均热保温75s后冷却至657℃,随后浸入Al-Si池进行镀Al-Si处理,出Al-Si池后以25℃/s的速度冷却至室温。其中,热镀产线机组速度为90m/min,平整延伸率范围为1.0%,制得热冲压成形用Al-Si镀层钢板。
步骤S5:热冲压,将热冲压成形用Al-Si镀层钢板加热至925℃使其奥氏体化并保温900s,炉内露点为-20℃。然后快速转移至模具上实现淬火,转移时间为7s,热冲压件在快速压机中的压强为15MPa,保压时间10s后模具淬火至80℃。
实施例4
本实施的热冲压成形用Al-Si镀层钢板和热冲压构件的制备具体包含以下步骤:
步骤S1:铸坯,按重量百分比控制钢板组分:C:0.3%,Mn:1.3%,Si:0.12%,Sb:0.12%,B:0.0025%,Nb:0.03%,Als:0.5%,N:0.0039%,余量为Fe和不可避免杂质,并将各组分冶炼后连铸成板坯。
步骤S2:热轧,将板坯经过加热、除鳞、粗轧、精轧、层流冷却和卷取后获得热轧卷。其中,粗轧和精轧阶段严格控制除鳞工序,终轧温度为870℃;层流冷却采用前段冷却方式,上、下集管冷却速率:50%、80%,卷取温度为500℃。
步骤S3:酸轧,将热轧卷经过酸洗后,冷轧成为1.4mm厚的薄带钢,其冷轧压下率为70%。
步骤S4:热镀Al-Si,冷轧后的薄带钢先分别以12℃/s、7℃/s和2.0℃/s的加热速率分段加热至300℃、690℃和790℃;均热保温75s后冷却至656℃,随后浸入Al-Si池进行镀Al-Si处理,出Al-Si池后以25℃/s的速度冷却至室温。其中,热镀产线机组速度为90m/min,平整延伸率范围为1.0%,制得热冲压成形用Al-Si镀层钢板。
步骤S5:热冲压,将热冲压成形用Al-Si镀层钢板加热至925℃使其奥氏体化并保温900s,炉内露点为-20℃。然后快速转移至模具上实现淬火,转移时间为7s,热冲压件在快速压机中的压强为15MPa,保压时间10s后模具淬火至80℃。
实施例5
本实施的热冲压成形用Al-Si镀层钢板和热冲压构件的制备具体包含以下步骤:
步骤S1:铸坯,按重量百分比控制钢板组分:C:0.33%,Mn:1.0%,Si:0.26%,Sb:0.11%,B:0.0023%,Nb:0.04%,V:0.05%,Als:0.6%,N:0.0037%,余量为Fe和不可避免杂质,并将各组分冶炼后连铸成板坯。
步骤S2:热轧,将板坯经过加热、除鳞、粗轧、精轧、层流冷却和卷取后获得热轧卷。其中,粗轧和精轧阶段严格控制除鳞工序,终轧温度为920℃;层流冷却采用前段冷却方式,上、下集管冷却速率:60%、78%,卷取温度为720℃。
步骤S3:酸轧,将热轧卷经过酸洗后,冷轧成为1.4mm厚的薄带钢,其冷轧压下率为65%。
步骤S4:热镀Al-Si,冷轧后的薄带钢先分别以12℃/s、8℃/s和2.3℃/s的加热速率分段加热至300℃、690℃和800℃;均热保温75s后冷却至651℃,随后浸入Al-Si池进行镀Al-Si处理,出Al-Si池后以25℃/s的速度冷却至室温。其中,热镀产线机组速度为90m/min,平整延伸率范围为1.0%,制得热冲压成形用Al-Si镀层钢板。
步骤S5:热冲压,将热冲压成形用Al-Si镀层钢板加热至925℃使其奥氏体化并保温900s,炉内露点为-20℃。然后快速转移至模具上实现淬火,转移时间为7s,热冲压件在快速压机中的压强为15MPa,保压时间10s后模具淬火至80℃。
对比例1
本实施的热冲压成形用Al-Si镀层钢板和热冲压构件的制备具体包含以下步骤:
步骤S1:铸坯,按重量百分比控制钢板组分:C:0.21%,Mn:1.22%,Si:0.19%,Ti:0.025%,B:0.0028%,Als:0.031%,N:0.0033%,余量为Fe和不可避免杂质,并将各组分冶炼后连铸成板坯。
步骤S2:热轧,将板坯经过加热、除鳞、粗轧、精轧、层流冷却和卷取后获得热轧卷。其中,粗轧和精轧阶段严格控制除鳞工序,终轧温度为880℃;层流冷却采用前段冷却方式,上、下集管冷却速率:55%、80%,卷取温度为590℃。
步骤S3:酸轧,将热轧卷经过酸洗后,冷轧成为1.4mm厚的薄带钢,其冷轧压下率为60%。
步骤S4:热镀Al-Si,冷轧后的薄带钢先分别以12℃/s、5℃/s和2.5℃/s的加热速率分段加热至300℃、690℃和780℃;均热保温75s后冷却至660℃,随后浸入Al-Si池进行镀Al-Si处理,出Al-Si池后以25℃/s的速度冷却至室温。其中,热镀产线机组速度为90m/min,平整延伸率范围为1.0%,制得热冲压成形用Al-Si镀层钢板。
步骤S5:热冲压,将热冲压成形用Al-Si镀层钢板加热至925℃使其奥氏体化并保温900s。然后快速转移至模具上进行热冲压并实现淬火,转移时间为7s,淬火至80℃,控制加热炉内压强为15MPa,保压时间10s,炉内露点为-20℃。
对比例2
本实施的热冲压成形用Al-Si镀层钢板和热冲压构件的制备具体包含以下步骤:
步骤S1:铸坯,按重量百分比控制钢板组分:C:0.34%,Mn:1.15%,Si:0.23%,Ti:0.028%,B:0.0026%,Nb:0.02%,V:0.1%,Als:0.038%,N:0.0037%,余量为Fe和不可避免杂质,并将各组分冶炼后连铸成板坯。
步骤S2:热轧,将板坯经过加热、除鳞、粗轧、精轧、层流冷却和卷取后获得热轧卷。其中,粗轧和精轧阶段严格控制除鳞工序,终轧温度为900℃;层流冷却采用前段冷却方式,上、下集管冷却速率:50%、75%,卷取温度为650℃。
步骤S3:酸轧,将热轧卷经过酸洗后,冷轧成为1.4mm厚的薄带钢,其冷轧压下率为60%。
步骤S4:热镀Al-Si,冷轧后的薄带钢先分别以12℃/s、5℃/s和2.8℃/s的加热速率分段加热至300℃、690℃和800℃;均热保温75s后冷却至658℃,随后浸入Al-Si池进行镀Al-Si处理,出Al-Si池后以25℃/s的速度冷却至室温。其中,热镀产线机组速度为90m/min,平整延伸率范围为1.0%,制得热冲压成形用Al-Si镀层钢板。
步骤S5:热冲压,将热冲压成形用Al-Si镀层钢板加热至925℃使其奥氏体化并保温900s,炉内露点为-20℃。然后快速转移至模具上实现淬火,转移时间为7s,热冲压件在快速压机中的压强为15MPa,保压时间10s后模具淬火至80℃。
对实施例1-5和对比例1-2所获得的热冲压构件进行力学性能检测,结果如表1所示:
表1 热冲压构件力学性能(热冲压淬火态)
结果表明,实施例1-5所示的本发明制备的1500MPa级冲压构件和2000MPa级热冲压构件的屈服强度、抗拉强度、伸长率及弯曲角均优于对比例1-2所示的同等级别的传统热冲压构件,这是由于较高热轧卷取温度工艺条件获得的冲压构件在热轧时于表层产生了晶间氧化,导致热冲压后综合性能不佳。
对实施例1-5和对比例1-2进行金相分析,结果如表2所示:
表2 热冲压构件金相分析
图3图6为对比例1-2和本实施例1-2的4.0mm热轧板在不同卷取温度下热轧卷表层形貌,其中,图3对比例1在590℃卷取,图4对比例2在650℃卷取,图5实施例1在590℃卷取,图6实施例2在650℃卷取。对比可知,对比例1-2在590℃和650℃卷取条件下,表层均有明显的晶间氧化;实施例1-2在590℃和650℃卷取条件下,表层未发现明显的晶间氧化。
图7-图10为对比例1-2和本实施例1-2的1.4mm镀Al-Si钢板经930℃保温900s后热冲压淬火的镀层和基体组织,其中,图7对比例1在590℃热轧卷取条件下的镀Al-Si钢板,图8对比例2在650℃热轧卷取条件下的镀Al-Si钢板,图9实施例1在590℃热轧卷取条件下的镀Al-Si钢板,图10实施例2在650℃热轧卷取条件下的镀Al-Si钢板。对比可知,对比例1-2在590℃和650℃卷取条件下制备的镀Al-Si卷热冲压后孔洞(包含柯肯达尔孔洞和物理孔洞)连成一片,出现镀层分层,如图7和图8;实施例1-2在590℃和650℃卷取条件下制备的镀Al-Si卷热冲压后柯肯达尔孔洞极少,表现出良好的耐烧性,如图9和图10。
以上实施例仅表达了本发明的实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种1400-2200MPa级热冲压构件的制备方法,其特征在于,包含以下步骤:
铸坯:按重量百分比控制钢板组分:C:0.18~0.36%,Mn:0.8~1.4%,Si:0.1~0.25%,Sb:0.07~0.12%,B:0.0005~0.004%,Nb+V<0.35%,Als:0.3~0.6%,N:≤0.005%,余量为Fe和不可避免杂质,并将各组分冶炼后连铸成板坯;
热轧:将板坯经过加热、除鳞、粗轧、精轧、层流冷却和卷取后获得热轧卷,所述热轧过程中,终轧温度控制为840~920℃,采用前段冷却方式进行所述层流冷却,上、下集管冷却速率分别为40~60%,70~85%,卷取温度控制为500~720℃;
酸轧:将所述热轧卷经过酸洗后,冷轧成为0.7~3.0mm厚的薄带钢,所述冷轧过程中,冷轧压下率为40~75%,其中,随着材料冷轧厚度的升高冷轧压下率逐步减小;
热镀Al-Si:冷轧后的所述薄带钢加热至760~830℃,均热保温30~100s后冷却至625~660℃,随后浸入Al-Si池进行镀Al-Si处理,出Al-Si池后以≥3℃/s的速度冷却至室温,制得热冲压成形用Al-Si镀层钢板,其中,所述热镀Al-Si过程中,冷轧后的所述薄带钢加热至760~830℃,包含:第一阶段加热:以10~20℃/s的加热速率将所述薄带钢加热至300℃,第二阶段加热:以3~10℃/s的加热速率将所述薄带钢加热至600~700℃,以及第三阶段加热:以0.4~3℃/s的加热速率将所述薄带钢加热至760~830℃;
热冲压:将所述热冲压成形用Al-Si镀层钢板加热至奥氏体化并保温,并将加热后的所述热冲压成形用Al-Si镀层钢板转移至模具上进行热冲压,淬火至10~200℃。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述热镀Al-Si过程中,热镀产线机组速度为50~130m/min,平整延伸率范围为0.2~1.5%。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,将所述热冲压成形用Al-Si镀层钢板加热至奥氏体化,包含:
控制加热温度为880~950℃;
控制加热总时间为(料厚*125+50~180)s,其中料厚的单位为mm。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,采用箱式炉、辊底炉或感应炉对所述热冲压成形用Al-Si镀层钢板进行加热,其中,
控制炉内露点为-30~-5℃。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,将加热后的所述热冲压成形用Al-Si镀层钢板转移至模具上进行热冲压,包含:
控制转移时间为5~11s;
控制热冲压机的压强为1~25MPa,保压时间3~40s。
6.一种权利要求1-5任一项所述的方法制备的1400-2200MPa级热冲压构件,其特征在于,所述1400-2200MPa级热冲压构件的显微组织为全马氏体。
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