一種鋼材成形方法及其成形構(gòu)件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種鋼材成形方法及其成形構(gòu)件。
【背景技術(shù)】
[0002]輕量化和安全性是汽車工業(yè)近年來(lái)研究和發(fā)展的重點(diǎn)。使用高強(qiáng)度的鋼板，可以 在不犧牲碰撞安全性的條件下，減小鋼板的厚度，達(dá)到減輕汽車重量的目的。同時(shí)，鋼板的 延伸率的高低，一方面決定了該鋼板是否可以成形為更為復(fù)雜、美觀而且具有最優(yōu)工程設(shè) 計(jì)的零件形狀，另一方面決定了由此鋼板制造的零件在發(fā)生碰撞的時(shí)候具有多大的能量吸 收的能力。因此，高強(qiáng)度和高延伸率使汽車鋼板開(kāi)發(fā)的重要指標(biāo)。
[0003] TWIP(Twinning Induced Plasticity，孿生誘導(dǎo)塑性)鋼是以孿生誘導(dǎo)塑性為主 要強(qiáng)化與提高延性機(jī)制的高錳全奧氏體鋼，具有高強(qiáng)度和極高的延伸率，是汽車車身制造 的可選優(yōu)質(zhì)鋼鐵材料。它通常具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：高錳含量;微觀組織為全奧氏體;室溫下 的主要塑性變形機(jī)制是位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)和孿生，也可以包括相變誘發(fā)塑性效應(yīng)(TRIP)。由于這些 細(xì)小的形變孿晶與位錯(cuò)之間的相互交叉，TWIP鋼表現(xiàn)出了強(qiáng)烈的動(dòng)態(tài)Hall-Petch效應(yīng)，導(dǎo) 致高的加工硬化率以及高的抗拉強(qiáng)度。同時(shí)，高的加工硬化率可以推遲局部頸縮的發(fā)生，使 得變形能夠均勻發(fā)生，從而提高了其塑性變形能力，表現(xiàn)出極高的延伸率。
[0004] 然而，也是由于TWIP鋼本身具有的超高加工硬化能力，成形后的TWIP鋼零件具有 較大的內(nèi)應(yīng)力，結(jié)合其本身并不優(yōu)越的氫脆敏感抗性，導(dǎo)致了TWIP鋼零件在室溫成型后隱 藏了巨大的延遲開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。
[0005] 即便從源頭入手，在TWIP鋼的制造過(guò)程中進(jìn)行嚴(yán)格的去氫處理，仍然無(wú)法保證 TWIP鋼在制造成汽車零件的過(guò)程中和在TWIP鋼零件的服役過(guò)程中不接觸氫介質(zhì)而發(fā)生氫 致延遲開(kāi)裂。高的延遲開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)是TWIP鋼不能在汽車工業(yè)大規(guī)模應(yīng)用的重要原因之一。
[0006] W02015023012A1、US20080240969A1、CN100577846C 等專利文獻(xiàn)通過(guò)在 TWIP 里添加 鋁來(lái)降低氫致延遲開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。然而，加鋁導(dǎo)致斷裂強(qiáng)度(UTS)降低，使得構(gòu)件在服役過(guò)程 中承載能力下降，導(dǎo)致此類加鋁TWIP鋼的在汽車車身應(yīng)用中的減重優(yōu)勢(shì)變小。而且，高的鋁 添加量會(huì)使TWIP鋼在連鑄過(guò)程中產(chǎn)生澆口堵塞等問(wèn)題，不利于連鑄生產(chǎn)。
[0007] CN104233059A提出了在TWIP鋼中添加合金元素釩，利用碳化釩質(zhì)點(diǎn)作為氫陷阱來(lái) 提高TWIP鋼的抗延遲斷裂能力并增加強(qiáng)度。然而，釩的添加勢(shì)必會(huì)提高TWIP鋼的成本，并且 會(huì)帶來(lái)一些可焊性的問(wèn)題。
[0008] CN103003002A提出了對(duì)TWIP鋼板進(jìn)行預(yù)先成形，再將構(gòu)件加熱到500~700°C，最后 用校正工具對(duì)構(gòu)件進(jìn)行校正。此文獻(xiàn)中的500~700 °C的加熱步驟使變形后的TWIP鋼發(fā)生了 回復(fù)或重結(jié)晶的現(xiàn)象，雖然能夠全面消除構(gòu)件里的殘余應(yīng)力，解決延遲開(kāi)裂的問(wèn)題，但是此 方法能耗高，而且需要兩套模具來(lái)分別完成成形和校正的工作，成本高、生產(chǎn)效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種新的鋼材成形方法及其成形構(gòu)件，其能以更低的 成本和更低的能耗來(lái)解決上述延遲開(kāi)裂的問(wèn)題。本發(fā)明的鋼材成形方法及其成形構(gòu)件能降 低鋼材特別是TWIP鋼在成形過(guò)程中形成的孿晶數(shù)量甚至數(shù)量級(jí)，并且同時(shí)抑制馬氏體的形 成，從而提供了一種成本更低并且能耗更低的解決延遲開(kāi)裂問(wèn)題的技術(shù)方案。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種鋼材成形方法，其特征在于，包括以下步 驟：（A)提供用于成形的鋼材；（B)將所述鋼材加熱至150~500°C ; (C)將受到加熱后的鋼材傳 送到鋼材成形設(shè)備；（D)在所述鋼材成形設(shè)備中在100~450°C的溫度范圍內(nèi)對(duì)所述鋼材進(jìn)行 成形操作。
[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述用于成形的鋼材可為孿生誘導(dǎo)塑性鋼材，所 述孿生誘導(dǎo)塑性鋼材以重量百分比計(jì)可包括以下成分:Mn: 12~30wt%，C: 0.4~1.2wt%，Si : 0~2 wt%，Al: 0~3wt%，V: 0~0.7 wt%以及余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，在步驟(B)中，加熱速率0.001~1000°C/s，加熱及 保溫總時(shí)間IOs~10h。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，所述鋼材在成形操作后的微觀組織包括體積分?jǐn)?shù) 大于等于95%的奧氏體。
[0014] 根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，所述成形操作可為沖壓成形操作、切邊操作，下料 操作或沖孔操作。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還提供了一種成形構(gòu)件，其特征在于，該成形構(gòu)件由本 發(fā)明上述鋼材成形方法中的任一種制成。所述成形構(gòu)件可用于汽車構(gòu)件，例如B柱增強(qiáng)件、 保險(xiǎn)杠、和車門防撞梁、車輪輪輻中的至少一種。當(dāng)然，所述成形構(gòu)件也可以用于其它所有 陸用車輛中要求輕質(zhì)的高強(qiáng)度加高延性的構(gòu)件的場(chǎng)合。
[0016] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述成形構(gòu)件的微觀組織包括體積分?jǐn)?shù)大于等于 95%的奧氏體。
[0017] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述成形構(gòu)件在室溫下的抗拉強(qiáng)度大于 lOOOMPa。此外，所述成形構(gòu)件在成形變形度小于等于50%的情況下不發(fā)生延遲開(kāi)裂現(xiàn)象。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 圖Ia是一種TWIP鋼(Fe-18Mn-0.75C-0.5Si-l. 5A1，wt%)在室溫下成形后的微觀組 織，其中顯示有大量的孿晶產(chǎn)生； 圖Ib是該TWIP鋼根據(jù)本發(fā)明的方法在300°C成形后的微觀組織，其中顯示沒(méi)有孿晶也 沒(méi)有馬氏體產(chǎn)生； 圖2是該TWIP鋼的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線，其中位于上方的曲線為室溫時(shí)的拉伸曲線，位 于下方的曲線為300°C時(shí)的拉伸曲線，UTS代表抗拉強(qiáng)度，UE代表均勻延伸率。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 本發(fā)明人經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，TWIP鋼變形過(guò)程中會(huì)形成形變孿晶，某些TWIP鋼也會(huì)有奧 氏體相變?yōu)轳R氏體，孿晶的形成或馬氏體的形成為延遲開(kāi)裂提供了便利渠道，因此TWIP鋼 具有如此大的延遲開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。因此，降低成形過(guò)程中TWIP鋼中的孿晶數(shù)量甚至數(shù)量級(jí)且同 時(shí)抑制馬氏體形成為解決延遲開(kāi)裂問(wèn)題提供了一個(gè)思路。
[0020] TWIP鋼等以?shī)W氏體為基體的鋼鐵材料的性能和塑性變形機(jī)制主要取決于其層錯(cuò) 能（SFE: Stacking Fault Energy)。室溫下高猛TWIP鋼層錯(cuò)能較低，在塑性變形中會(huì)形成孿 晶。而層錯(cuò)能與溫度密切相關(guān)，在較高的溫度下，TWIP鋼的層錯(cuò)能會(huì)升高，此時(shí)其變形過(guò)程 中，孿生會(huì)被抑制或完全消失。
[0021]下面以沖壓成形操作為例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的成形方法及其成形構(gòu)件。提供具有如下 成分范圍的TWIP鋼：Mn: 12~30wt%，C: 0.4~1.2wt%，Si: 0~2 wt%，Al: 0~3wt%，V: 0~0.7 wt%以及余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)，其中wt%表示質(zhì)或重量百分比。表1列出了本發(fā)明所用 的一些典型成分的TWIP鋼。當(dāng)然，本發(fā)明的TWIP鋼并不局限于這些成分，使用其它成分的 TWIP鋼也是可行的。
[0022] 先將這些TWIP鋼加熱至150~500°C，其加熱速率可為0.001~1000°C/s，加熱及保溫 總時(shí)間可為IOs~10h。然后，通過(guò)機(jī)械手將加熱后的TWIP鋼傳送到壓機(jī)，在100~450 °C進(jìn)行沖 壓成形。