專利名稱：一種汽車用高強(qiáng)韌性熱成形鋼板及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高強(qiáng)度汽車用鋼技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種汽車用高強(qiáng)韌性熱成形鋼板及其制備方法，所制備的鋼板具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性能。
背景技術(shù)：
開發(fā)低成本、加工性能好和服役性能優(yōu)良的高強(qiáng)度汽車用鋼，為節(jié)能減排、又保持汽車安全性的必由之路。但是，高強(qiáng)度鋼板強(qiáng)度高，如在常溫下沖壓變形，回彈嚴(yán)重，易開裂、復(fù)雜形狀零件沖壓成形困難。目前，一種使用可淬火硼鋼板進(jìn)行熱沖壓的新工藝可以克服上述難題，并成為世界上許多汽車生產(chǎn)廠商及研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)。熱沖壓成形工藝主要是利用金屬在高溫狀態(tài)下，其塑性和延展性迅速增加，屈服強(qiáng)度迅速下降的特點(diǎn)，通過模具使零部件成形的工藝。熱成形主要是將鋼加熱到高于Ac3的奧氏體化溫度保溫一段時(shí)間。全奧氏體化后，將鋼從加熱爐轉(zhuǎn)移到熱成型的模具中，材料在模具中成型。在該成型溫度下，材料有充分的延性而易于成型復(fù)雜形狀的零件。高溫成形后的零件在模具中快速冷卻到室溫，以保證后續(xù)空冷不變形和零件的淬透性。然而，由于熱成形淬火后全部為馬氏體組織，強(qiáng)度高但韌性不足，其強(qiáng)度可以達(dá)到1500MPa以上，而延伸率只有6-8%。復(fù)雜的載荷條件要求熱沖壓成形鋼不僅有較高的強(qiáng)度而且有好的塑性和韌性。 但是，目前還沒有較好的一種能提高熱成形鋼的韌性且不損害其強(qiáng)度的方法來解決這一問題。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國發(fā)明專利CN 102286689A公開了一種雙相熱成形鋼的制備方法，此發(fā)明中鋼的成分質(zhì)量百分含量為c :0. 1-0. 5%，Si :0. 3-2. 5%，Mn
I.0-3. 0%, Al 1. 0-3. 0%, P :彡 O. 02%, S :彡 O. 01%, N ^ O. 01%，其余為 Fe。此發(fā)明的制備工藝為熱軋板加熱至1200-1250°C，保溫O. 5-lh，終軋溫度為800-900°C，卷取溫度為600-7000C，然后加熱至750-850°C，保溫并快速冷卻至室溫。此發(fā)明最后獲得了鐵素體+馬氏體的雙相復(fù)合組織。中國專利CN 102296242A高強(qiáng)韌性熱成形鋼板的熱處理方法，此發(fā)明鋼的成分質(zhì)量百分含量為 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 < O. 02%, S < O. 01%, N < O. 01%,其余為 Fe。在100-500°C范圍內(nèi)進(jìn)行I-IOmin的回火處理。然后取出在空氣中自然冷卻到室溫。此發(fā)明是通過回火的方法消除熱成形鋼在快速冷卻過程中的內(nèi)應(yīng)力和軟化馬氏體組織來改善鋼的韌性。以上專利雖然通過熱處改善其顯微組織結(jié)構(gòu)，其熱成形鋼板強(qiáng)度高但韌性不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服熱成形鋼板在成形后強(qiáng)度高但韌性不足的缺點(diǎn)，提供一種汽車用高強(qiáng)韌性熱成形鋼板及其制備方法，具體就是通過淬火與碳分配工藝(Quenchingand Partitioning, Q&P)的方法,使鋼板最終獲得馬氏體+殘余奧氏體的雙相復(fù)合組織，改善其韌性。一種汽車用高強(qiáng)韌性熱成形鋼板，各組分重量百分比含量為C 0. 1-0. 5%，Si O. 5-1. 5%, Mn 1. 2-2. 4%, Ti 0. 01-0. 05%, B 0. 001-0. 005%, S :彡 O. 01%, P :彡 O. 01%，其余
為Fe。上述各元素的作用及配比依據(jù)如下C是重要的固溶強(qiáng)化和奧氏體穩(wěn)定化元素，C含量與Ms點(diǎn)溫度有很大關(guān)系，為保證成形后鋼的強(qiáng)度和塑性，C應(yīng)控制在O. 1-0. 5%。Si主要是在淬火碳分配過程中用來抑制滲碳體的析出，Mn用來增加奧氏體區(qū)降低奧氏體化溫度，Ti主要是用來細(xì)化奧氏體晶粒，少量的B保證有足夠好的淬透性。一種汽車用高強(qiáng)韌性熱成形鋼板的制備方法，包括以下步驟
第一步，對(duì)具有權(quán)利要求I所述組成的鋼板用鋼以20-100°C /s的速度加熱到奧氏體化溫度850-1000°C，恒溫2-30min后進(jìn)行熱軋，使奧氏體晶粒細(xì)化；
第二步，以50-120°C /s的速度淬火到50-370°C，以獲得部分過飽和馬氏體和未發(fā)生馬氏體相變的殘余奧氏體；
第三步，在200-500°C的回火溫度等溫5-600s，使碳由馬氏體向殘余奧氏體分配，此時(shí)馬氏體中的碳含量下降，奧氏體中的碳含量升高，從而使殘余奧氏體富碳且能夠穩(wěn)定至室溫；
第四步，淬火到室溫，在室溫獲得細(xì)化馬氏體和殘余奧氏體的復(fù)相組織。上述第一步中以Is—1的應(yīng)變速率經(jīng)O. 8的應(yīng)變變形對(duì)奧氏體化的鋼板進(jìn)行熱軋。本發(fā)明首先要保證鋼 的高強(qiáng)度，其基體組織需選擇馬氏體組織，該馬氏體組織應(yīng)該以含有高密度位錯(cuò)的細(xì)板條馬氏體為主。同時(shí)，通過在奧氏體區(qū)熱軋來控制原始奧氏體晶粒尺寸，通過細(xì)化原始奧氏體晶粒尺寸來進(jìn)一步細(xì)化馬氏體板條。其次，通過先進(jìn)行熱處理工藝Q&P處理來使馬氏體板條間要存在有殘余奧氏體薄膜。最終獲得納米級(jí)含有位錯(cuò)型馬氏體和殘余奧氏體的雙相復(fù)合組織。所制備鋼的韌性得到較大的提高且保持較高的強(qiáng)度。其高強(qiáng)度來源于馬氏體和復(fù)合組織的細(xì)晶強(qiáng)化與位錯(cuò)強(qiáng)化，良好的塑性來源于組織中存在適量的殘余奧氏體和初始淬火馬氏體組織的軟化，同時(shí)晶粒細(xì)化和兩種相的相互協(xié)調(diào)對(duì)韌性的提高也有所幫助。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于與傳統(tǒng)熱成形鋼22MnB5相比，本發(fā)明通過組織調(diào)控使鋼在室溫獲得細(xì)化馬氏體和殘余奧氏體的復(fù)相組織，其抗拉強(qiáng)度在1300-1800MPa之間，延伸率大于12%，使熱成形鋼具有較好強(qiáng)度和韌性。本發(fā)明獲得復(fù)合組織的工藝簡單，且熱軋可控淬火一體化處理工藝可以降低成本節(jié)約資源。因此，隨著試驗(yàn)研究的不斷深入，必將具有工業(yè)實(shí)際應(yīng)用的廣泛前景。


圖I是本發(fā)明熱處理工藝原理 圖2是本發(fā)明實(shí)施例I所獲得的高強(qiáng)韌性鋼的顯微組織照片。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
一種汽車用高強(qiáng)韌性熱成形鋼板，其組分及重量百分比含量為c 0. 25%，Si 0. 90%，Mn 1. 78%, Ti :0. 022%, B :0. 0021%, S :0. 0013%, P :0. 0058%，其余為 Fe。將鋼以 25V /s 的速度加熱到奧氏體化溫度880°C并保溫5min，然后以Is—1的應(yīng)變速率經(jīng)O. 8的應(yīng)變變形對(duì)其進(jìn)行熱軋，然后以50°C /s的速度淬火到310°C，在310°C的回火溫度等溫5s，最后淬火到室溫。經(jīng)測試，鋼的抗拉強(qiáng)度Rm為1534MPa，屈服強(qiáng)度Rpa2為862MPa，總延伸率為12. 8%。實(shí)施例2
一種汽車用高強(qiáng)韌性熱成形鋼板，其組分及重量百分比含量為c 0. 25%，Si 0. 90%，Mn 1. 78%, Ti :0. 022%, B :0. 001%, S :0. 0013%, P :0. 0058%，其余為 Fe。將鋼以 50°C /s 的速度加熱到奧氏體化溫度1000°C并保溫2min，然后以Is—1的應(yīng)變速率經(jīng)O. 8的應(yīng)變變形對(duì)其進(jìn)行熱軋，然后以80°C /s的速度淬火到300°C，在300°C的回火溫度等溫30s，最后淬火到室溫。經(jīng)測試，鋼的抗拉強(qiáng)度Rm為1633MPa，屈服強(qiáng)度Rpa2為952MPa，總延伸率為14. 9%。實(shí)施例3
一種汽車用高強(qiáng)韌性熱成形鋼板，其組分及重量百分比含量為c 0. 30%, Si 0. 50%，Mn 2. 4%, Ti :0. 01%, B :0. 005%, S :0. 0013%, P :0. 0058%，其余為 Fe。將鋼以 100°C /s 的速度加熱到奧氏體化溫度850°C并保溫30min，然后以Is—1的應(yīng)變速率經(jīng)O. 8的應(yīng)變變形對(duì)其進(jìn)行熱軋，然后以100°C /s的速度淬火到290°C，在290°C的回火溫度等溫50s，最后淬火到室溫。經(jīng)測試，鋼的抗 拉強(qiáng)度Rm為1696MPa，屈服強(qiáng)度Rpa2為932MPa，總延伸率為15. 7%。實(shí)施例4
一種汽車用高強(qiáng)韌性熱成形鋼板，其組分及重量百分比含量為c 0. 25%，Si 0. 90%，Mn 1. 78%, Ti :0. 022%, B :0. 0021%, S :0. 0013%, P :0. 0058%，其余為 Fe。將鋼以 25°C /s 的速度加熱到奧氏體化溫度880°C并保溫5min，然后以Is—1的應(yīng)變速率經(jīng)O. 8的應(yīng)變變形對(duì)其進(jìn)行熱軋，然后以120°C /s的速度淬火到300°C，在300°C的回火溫度等溫150s，最后淬火到室溫。經(jīng)測試，鋼的抗拉強(qiáng)度Rm為1425MPa，屈服強(qiáng)度Rpa2S812MPa，總延伸率為16. 3%。實(shí)施例5
一種汽車用高強(qiáng)韌性熱成形鋼板，其組分及重量百分比含量為c 0. 10%, Si 0. 70%，Mn 1. 2%, Ti 0. 05%, B :0. 0019%, S :0. 0011%, P :0. 0057%，其余為 Fe。將鋼以 20°C /s 的速度加熱到奧氏體化溫度900°C并保溫5min，然后以應(yīng)變速率Is—1經(jīng)O. 8的應(yīng)變變形對(duì)其進(jìn)行熱軋，然后以60°C /s的速度淬火到370°C，在500°C的回火溫度等溫120s，最后淬火到室溫。經(jīng)測試，鋼的抗拉強(qiáng)度Rm為1355MPa，屈服強(qiáng)度Rpa2為702MPa，總延伸率為16. 5%。實(shí)施例6
一種汽車用高強(qiáng)韌性熱成形鋼板，其組分及重量百分比含量為c 0. 12%，Si 1. 50%，Mn 1. 73%, Ti :0. 024%, B :0. 0019%, S :0. 0011%, P :0. 0057%，其余為 Fe。將鋼以 20°C /s 的速度加熱到奧氏體化溫度900°C并保溫5min，然后以應(yīng)變速率Is—1經(jīng)O. 8的應(yīng)變變形對(duì)其進(jìn)行熱軋，然后以50°C /s的速度淬火到300°C，在300°C的回火溫度等溫150s，最后淬火到室溫。經(jīng)測試，鋼的抗拉強(qiáng)度Rm為1372MPa，屈服強(qiáng)度Rpa2為783MPa，總延伸率為15. 1%。實(shí)施例7
一種汽車用高強(qiáng)韌性熱成形鋼板，其組分及重量百分比含量為c 0. 50%, Si 1. 20%,Mn 2. 30%, Ti :0. 028%, B :0. 0016%, S :0. 0014%, P :0. 0046%，其余為 Fe。將鋼以 20°C /s 的速度加熱到奧氏體化溫度900°C并保溫lOmin，以應(yīng)變速率Is—1經(jīng)O. 8的應(yīng)變變形對(duì)其進(jìn)行熱軋，以70°C /s的速度淬火到260°C，然后在260°C的回火溫度等溫60s，最后淬火到室溫。經(jīng)測試，鋼的抗拉強(qiáng)度Rm為1772MPa，屈服強(qiáng)度Rpa2為943MPa，總延伸率為13. 8%。實(shí)施例8
一種汽車用高強(qiáng)韌性熱成形鋼板，其組分及重量百分比含量為c 0. 50%, Si 1. 20%，Mn 1. 70%, Ti :0. 028%, B :0. 0016%, S :0. 0014%, P :0. 0046%，其余為 Fe。將鋼以 20°C /s 的速度加熱到奧氏體化溫度900°C并保溫5min，以應(yīng)變速率Is—1經(jīng)O. 8的應(yīng)變變形對(duì)其進(jìn)行熱軋，以90°C /s的速度淬火到50°C，然后在200°C的回火溫度等溫600s，最后淬火到室溫。經(jīng)測試，鋼的抗拉強(qiáng)度Rm為 1788MPa，屈服強(qiáng)度Rpa2為956MPa，總延伸率為13. 3%。
權(quán)利要求
1.一種汽車用高強(qiáng)韌性熱成形鋼板，其特征在于各組分重量百分比含量為C:O. 1-0. 5%, Si 0. 5-1. 5%, Mn :1. 2-2. 4%, Ti :0. 01-0. 05%, B :0. 001-0. 005%, S :彡 O. 01%, P (O. 01%，其余為 Fe。
2.一種汽車用高強(qiáng)韌性熱成形鋼板的制作方法，其特征在于包括以下步驟 第一步，對(duì)具有權(quán)利要求I所述組成的鋼板用鋼以20-100°C /s的速度加熱到奧氏體化溫度850-1000°C，恒溫2-30min后進(jìn)行熱軋，使奧氏體晶粒細(xì)化； 第二步，以50-120°C /s的速度淬火到50-370°C，以獲得部分過飽和馬氏體和未發(fā)生馬氏體相變的殘余奧氏體； 第三步，在200-500°C的回火溫度等溫5-600s，使碳由馬氏體向殘余奧氏體分配，此時(shí)馬氏體中的碳含量下降，奧氏體中的碳含量升高，從而使殘余奧氏體富碳且能夠穩(wěn)定至室溫； 第四步，淬火到室溫，在室溫獲得細(xì)化馬氏體和殘余奧氏體的復(fù)相組織。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種汽車用高強(qiáng)韌性熱成形鋼板的制作方法，其特征在于第一步中以Is—1的應(yīng)變速率經(jīng)O. 8的應(yīng)變變形對(duì)奧氏體化的鋼板進(jìn)行熱軋。
全文摘要
本發(fā)明屬于高強(qiáng)度汽車用鋼技術(shù)領(lǐng)域，為克服熱成形鋼板在成形后強(qiáng)度高但韌性不足，提供了一種汽車用高強(qiáng)韌性熱成形鋼板，主要成分為wt%C0.1-0.5，Si0.5-1.5，Mn1.2-2.4，Ti0.01-0.05，B0.001-0.005，S≤0.01，P≤0.01，其余為Fe；制備方法包括對(duì)具有所述組成的鋼板用鋼以20-100℃/s的速度加熱到奧氏體化溫度恒溫一段時(shí)間后熱軋，使奧氏體晶粒細(xì)化；以50-120℃/s的速度淬火到50-370℃，獲得部分過飽和馬氏體和未發(fā)生馬氏體相變的殘余奧氏體；在200-500℃的回火溫度等溫5-600s，使碳由馬氏體向殘余奧氏體分配以穩(wěn)定奧氏體；淬火到室溫，獲得細(xì)化馬氏體和殘余奧氏體的復(fù)相組織。本發(fā)明制備工藝簡明，易于操作，成本低廉，適于工業(yè)化推廣，制得的高強(qiáng)韌性復(fù)相鋼具有更優(yōu)越的性能。
文檔編號(hào)C21D8/02GK103255340SQ20121057951
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者劉和平, 孫虎兒, 劉斌, 李志勇, 孫鳳兒 申請(qǐng)人:中北大學(xué)