一種實(shí)現(xiàn)性能梯度、等厚度的溫?zé)岢尚沃绣i鋼件制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種實(shí)現(xiàn)性能梯度、等厚度的溫?zé)岢尚沃绣i鋼件制備方法，包括如下步驟：選取中錳鋼板為待用鋼板；將待用鋼板加熱至完全奧氏體化；轉(zhuǎn)運(yùn)到?jīng)_壓模具上進(jìn)行沖壓成形，淬火至室溫得到溫?zé)岢尚武摷粚⒗鋮s后的鋼件采用梯度加熱方式進(jìn)行局部或整體加熱，實(shí)現(xiàn)鋼件不同位置的加熱時(shí)間梯度變化，完成逆相變過(guò)程后鋼件冷卻到室溫，獲得具有性能梯度分布、高強(qiáng)度、高塑性、等厚度的中錳鋼件。本發(fā)明獲得的中錳鋼件為多相組織結(jié)構(gòu)，在同一鋼件上既實(shí)現(xiàn)超高強(qiáng)度又獲得高塑性的性能梯度分布，而且在高塑性區(qū)因奧氏體含量的梯度變化而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)性能的梯度特征，滿足輕量化和安全性的需求，具有廣泛的推廣意義。
【專利說(shuō)明】
一種實(shí)現(xiàn)性能梯度、等厚度的溫?zé)岢尚沃绣i鋼件制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于汽車用鋼件成形技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種實(shí)現(xiàn)性能梯度、等厚度的溫 熱成形中錳鋼件制備方法，適合于厚度規(guī)格為〇.6mm-2mm的薄中錳鋼板，獲得具有性能梯度 分布的、以馬氏體或貝氏體組織或亞穩(wěn)奧氏體和鐵素體基體組織結(jié)構(gòu)的零件。
【背景技術(shù)】
[0002] 汽車的發(fā)展方向是輕量化、降低燃油消耗、減少排放和提高安全性，從而對(duì)占汽車 重量70 %左右的汽車鋼也提出了更高的要求，帶動(dòng)了汽車鋼的發(fā)展。汽車鋼制造中，IF鋼、 DP鋼、TRIP鋼和馬氏體鋼等稱為第一代汽車鋼;TWIP鋼和全奧氏體鋼稱為第二代汽車用鋼。 美國(guó)學(xué)者在第一代和第二代汽車用鋼之間（性能與成本)提出了第三代汽車用鋼，即新型汽 車用鋼。Q&P鋼和中錳鋼作為第三代汽車鋼，因其較好的力學(xué)性能，已經(jīng)得到了各大鋼廠和 汽車制造商的生產(chǎn)和應(yīng)用。中錳鋼具有超細(xì)的亞穩(wěn)奧氏體和鐵素體基體組織結(jié)構(gòu)，其奧氏 體的形成是通過(guò)淬火形成的馬氏體或貝氏體組織基礎(chǔ)上，通過(guò)隨后的退火形成新的奧氏體 和溶質(zhì)元素在奧氏體的富集，最終得到室溫穩(wěn)定的奧氏體組分，此工藝稱為奧氏體逆相變 法。當(dāng)前，關(guān)于中錳鋼的逆相變工藝主要集中在板材的制造流程中，而對(duì)于溫?zé)釠_壓成形零 件制造中，如何引入奧氏體逆相變法，以對(duì)其性能進(jìn)行調(diào)控設(shè)計(jì)，尚未見(jiàn)到報(bào)道。
[0003] 關(guān)于汽車用中錳鋼板的制備以及板材各種性能的實(shí)現(xiàn)技術(shù)方面，如中國(guó)專利公開(kāi) 號(hào)為:CN101638749B《一種低成本高強(qiáng)塑積汽車用鋼及其制備方法》所描述的技術(shù)，其原始 板材具有超細(xì)的組織結(jié)構(gòu)、很高的強(qiáng)塑積和較低的生產(chǎn)成本。但關(guān)于板材如何成形為汽車 零件及其所需的各種性能要求卻沒(méi)有提及。溫?zé)岢尚沃绣i鋼能夠獲得超高抗拉強(qiáng)度多 lOOOMPa，甚至可以達(dá)到HOOMPa以上，同時(shí)延伸率彡10%的性能特征。那么，如何在一個(gè)溫 熱成形中錳鋼件上實(shí)現(xiàn)性能梯度，使其部分區(qū)域具備熱成形硼鋼很難超越的高強(qiáng)度、高塑 性力學(xué)性能，部分區(qū)域具備延伸率多30%的梯度性能特征，同一零件上實(shí)現(xiàn)性能梯度的分 布是目前亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 根據(jù)上述提出的技術(shù)問(wèn)題，而提供一種實(shí)現(xiàn)性能梯度、等厚度的溫?zé)岢尚沃绣i鋼 件制備方法。本發(fā)明引入了中錳鋼的奧氏體逆相變特征，將溫?zé)岢尚喂に嚺c奧氏體逆相變 工藝結(jié)合，從而獲得具有性能梯度分布的高強(qiáng)度、高塑性、等厚度的中錳鋼件。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：
[0006] -種實(shí)現(xiàn)性能梯度、等厚度的溫?zé)岢尚沃绣i鋼件制備方法，其特征在于，包括如下 步驟：
[0007] S1、選取中錳鋼板為待用鋼板，所述中錳鋼板的化學(xué)成分重量百分比為：C:0.01-0.50% ;Μη:4·0-6·0% ;P彡0.015% ;S彡0.02%，余下為Fe及不可避免的雜質(zhì)；
[0008] S2、將待用鋼板加熱至完全奧氏體化，加熱溫度在750°C_950°C之間，保溫1-10分 鐘；轉(zhuǎn)運(yùn)到?jīng)_壓模具上，在1溫度以上進(jìn)行沖壓成形，淬火至室溫得到溫?zé)岢尚武摷?，根?jù) 淬火速率的不同，形成馬氏體組織結(jié)構(gòu)或貝氏體組織結(jié)構(gòu)；
[0009] S3、將冷卻后的鋼件采用梯度加熱方式進(jìn)行局部或整體加熱，實(shí)現(xiàn)鋼件不同位置 的加熱時(shí)間梯度變化，加熱溫度在Acl以下100°C~Acl之間，保溫時(shí)間5分鐘-600分鐘，完成 逆相變過(guò)程后鋼件冷卻到室溫，獲得具有性能梯度分布、高強(qiáng)度、高塑性、等厚度的中錳鋼 件。
[0010] 進(jìn)一步地，所述步驟Sl中，在所述中錳鋼板的化學(xué)成分的基礎(chǔ)上加入重量百分比 如下的一種或多種元素：〇 :0.2-3.0%;51:0.3-2.3%;8:0.0005-0.005% ;仙：0.02-0.10 %；[N]:0.002-0.25 %；Ti :0.05-0.25 %；V：0.02-0.25 %；Al：0.015-0.060 %；Re： 0.002-0.005 % 〇
[0011] 進(jìn)一步地，所述步驟S2中待用鋼板在馬氏體相變Ms點(diǎn)以上溫度沖壓成形后，通過(guò) 空冷、油冷或水冷淬火到室溫，最終獲得馬氏體或貝氏體組織結(jié)構(gòu)。
[0012] 進(jìn)一步地，所述步驟S3中，冷卻后的鋼件利用感應(yīng)線圈進(jìn)行局部或整體加熱，控制 加熱時(shí)間的梯度特征，完成逆相變過(guò)程;非加熱區(qū)域利用帶有循環(huán)冷卻氣體或壓縮氣體的 預(yù)冷裝置降低鋼件溫度。
[0013] 進(jìn)一步地，所述加熱時(shí)間的梯度特征是設(shè)定感應(yīng)線圈不同的加熱保溫時(shí)間，加熱 停止后，與非加熱區(qū)域一起利用帶有循環(huán)冷卻氣體或壓縮氣體的預(yù)冷裝置降低鋼件溫度。
[0014] 進(jìn)一步地，所述步驟S3中得到的中錳鋼件為多相組織結(jié)構(gòu)，具有馬氏體或貝氏體 組織結(jié)構(gòu)、以及亞穩(wěn)奧氏體和鐵素體基體組織結(jié)構(gòu)，其中亞穩(wěn)奧氏體含量達(dá)到5 %-40 %之 間的梯度變化。即非加熱區(qū)域?yàn)轳R氏體組織結(jié)構(gòu)或貝氏體組織結(jié)構(gòu)，加熱區(qū)域?yàn)閬喎€(wěn)奧氏 體和鐵素體基體組織結(jié)構(gòu)。
[0015] 進(jìn)一步地，所述步驟S3中得到的中錳鋼件具有高強(qiáng)度區(qū)：抗拉強(qiáng)度彡1000 MPa和延 伸率彡10%;高塑性區(qū):抗拉強(qiáng)度彡600MPa和延伸率彡30%的性能梯度分布。
[0016] 較現(xiàn)有成形工藝技術(shù)相比，本發(fā)明引入了中錳鋼的奧氏體逆相變特征，將溫?zé)岢?形工藝與奧氏體逆相變工藝結(jié)合。在設(shè)定奧氏體化溫度750 °C-950 °C和保溫1-10分鐘時(shí)，除 了基于溫?zé)岢尚喂に囂卣魍?，還要考慮逆相變工藝中奧氏體化加熱過(guò)程需要更充分、組織 調(diào)控更科學(xué)，以利于后續(xù)逆相變時(shí)亞穩(wěn)奧氏體的梯度形成和穩(wěn)定性。通過(guò)設(shè)定不同的逆相 變工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)亞穩(wěn)奧氏體和鐵素體基體的形成，以及實(shí)現(xiàn)亞穩(wěn)奧氏體含量的梯度變化， 從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)該組織區(qū)域中性能的梯度變化，同時(shí)與溫?zé)岢尚潍@得的馬氏體或貝氏體組 織結(jié)構(gòu)區(qū)域匹配，獲得具有性能梯度分布的高強(qiáng)度、高塑性、等厚度的中錳鋼件。
[0017] 本發(fā)明是利用了溫?zé)岢尚喂に嚹軌蚪档弯摷貜椞卣?，可以形成馬氏體或貝氏體 組織結(jié)構(gòu)，又結(jié)合第三代汽車中錳鋼的組織調(diào)控技術(shù)，形成亞穩(wěn)奧氏體和鐵素體基體組織 結(jié)構(gòu)，且?jiàn)W氏體含量可形成梯度分布，在同一鋼件上既實(shí)現(xiàn)超高強(qiáng)度又獲得高塑性的性能 梯度分布，而且在高塑性區(qū)因奧氏體含量的梯度變化而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)性能的梯度特征，滿足 輕量化和安全性的需求，具有廣泛的推廣意義。
【附圖說(shuō)明】
[0018] 為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做以簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā) 明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0019] 圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例 中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是 本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員 在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0021] 如圖1所示，一種實(shí)現(xiàn)性能梯度、等厚度的溫?zé)岢尚沃绣i鋼件制備方法，包括如下 步驟：
[0022] S1、選取中錳鋼板為待用鋼板，所述中錳鋼板的化學(xué)成分重量百分比為<:0.01-0.50%;]?11 :4.0-6.0%;?彡0.015%;3彡0.02%，余下為？6及不可避免的雜質(zhì) ；所述步驟31 中，在所述中錳鋼板的化學(xué)成分的基礎(chǔ)上加入重量百分比如下的一種或多種元素:〇:0.2-3.0% ；Si :0.3-2.3% ；B：0.0005-0.005% ；Nb:0.02-0.10% ； [N] :0.002-0.25% ；Ti :0.05-0.25% ;V:0.02-0.25% ;A1:0.015-0.060% ;Re:0.002-0.005%。
[0023] S2、將待用鋼板加熱至完全奧氏體化，加熱溫度在750°C_950°C之間，保溫1-10分 鐘；轉(zhuǎn)運(yùn)到?jīng)_壓模具上，在Ms溫度以上進(jìn)行沖壓成形，淬火至室溫得到溫?zé)岢尚武摷?所述 步驟S2中待用鋼板在馬氏體相變M s點(diǎn)以上溫度沖壓成形后，通過(guò)空冷、油冷或水冷淬火到 室溫，最終獲得馬氏體或貝氏體組織結(jié)構(gòu)。
[0024] S3、將冷卻后的鋼件利用感應(yīng)線圈采用梯度加熱方式進(jìn)行局部或整體加熱，控制 加熱時(shí)間的梯度特征，即設(shè)定感應(yīng)線圈不同的加熱保溫時(shí)間，實(shí)現(xiàn)鋼件不同位置的加熱時(shí) 間梯度變化，加熱溫度在Acl以下100°C~Acl之間，保溫時(shí)間5分鐘-600分鐘，完成逆相變過(guò) 程后，停止加熱，與非加熱區(qū)域一起利用帶有循環(huán)冷卻氣體或壓縮氣體的預(yù)冷裝置降低鋼 件溫度，獲得具有性能梯度分布、高強(qiáng)度、高塑性、等厚度的中錳鋼件。
[0025]得到的中錳鋼件為多相組織結(jié)構(gòu)，具有馬氏體或貝氏體組織結(jié)構(gòu)、以及亞穩(wěn)奧氏 體和鐵素體基體組織結(jié)構(gòu)，其中亞穩(wěn)奧氏體含量達(dá)到5 % -40 %之間的梯度變化。中錳鋼件 具有高強(qiáng)度區(qū)：抗拉強(qiáng)度彡1000 MPa和延伸率彡10%;高塑性區(qū)：抗拉強(qiáng)度彡600MPa和延伸 率多30 %的性能梯度分布。
[0026] 實(shí)施例1
[0027] 選取中錳鋼件化學(xué)成分重量百分比為：C:0.1%;Mn:4.6% ;Nb:0.05%;Ti: 0.05% ;P:0.013%;S:0.01%，余下為Fe及不可避免的雜質(zhì)。
[0028]以某車型防撞梁為例，將厚度為1.6mm的待用鋼板切割為鋼件所需尺寸，將待用鋼 件加熱到850°C，保溫5分鐘;轉(zhuǎn)運(yùn)到?jīng)_壓模具上進(jìn)行沖壓成形，成形后利用紅外測(cè)溫儀測(cè)得 鋼件平均溫度在450°C左右，待用鋼件空冷至室溫。將鋼件分成三個(gè)區(qū)域，區(qū)域①和②為加 熱區(qū)域，進(jìn)行感應(yīng)加熱，加熱溫度在670°C (此溫度在Acl以下100°C~Acl之間），加熱區(qū)域① 保溫時(shí)間為5分鐘，加熱區(qū)域②保溫時(shí)間為1小時(shí)。余下區(qū)域?yàn)閰^(qū)域③，通過(guò)壓縮氣體的冷卻 處理，避免區(qū)域③溫度過(guò)高而發(fā)生組織轉(zhuǎn)變。待用鋼件經(jīng)上述相繼加熱保溫處理后冷卻到 室溫。
[0029]沖壓成形后從鋼件的三個(gè)區(qū)域分別取樣，通過(guò)單軸拉伸試驗(yàn)獲得應(yīng)力-應(yīng)變曲線， 進(jìn)而獲得力學(xué)性能，如表1所示，加熱①區(qū)(保溫時(shí)間5分鐘）的奧氏體體積含量為10.2%，其 力學(xué)性能:抗拉強(qiáng)度720MPa，延伸率18 %，即強(qiáng)塑積為13GPa%左右;加熱②區(qū)(保溫時(shí)間1小 時(shí)）的奧氏體體積含量為30 %，其力學(xué)性能：抗拉強(qiáng)度706MPa，延伸率42 %，即強(qiáng)塑積為 30GPa%左右，非加熱區(qū)域(③區(qū)）具有馬氏體組織結(jié)構(gòu)，其力學(xué)性能:抗拉強(qiáng)度為1510MPa， 延伸率11.4%，即強(qiáng)塑積為17GPa%左右。從而實(shí)現(xiàn)了同一等厚度鋼件性能梯度分布、高強(qiáng) 度和高塑性兼具。
[0030]表1某車型防撞梁性能梯度分布的力學(xué)性能
[0032]最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制;盡 管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依 然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn) 行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù) 方案的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種實(shí)現(xiàn)性能梯度、等厚度的溫?zé)岢尚沃绣i鋼件制備方法，其特征在于，包括如下步 驟： 51、 選取中錳鋼板為待用鋼板，所述中錳鋼板的化學(xué)成分重量百分比為：c:o. 01- 0.50% ;Μη:4·0-6·0% ;P彡0.015% ;S彡0.02%，余下為Fe及不可避免的雜質(zhì)； 52、 將待用鋼板加熱至完全奧氏體化，加熱溫度在750°C_950°C之間，保溫1-10分鐘;轉(zhuǎn) 運(yùn)到?jīng)_壓模具上，在Ms溫度以上進(jìn)行沖壓成形，淬火至室溫得到溫?zé)岢尚武摷? 53、 將冷卻后的鋼件采用梯度加熱方式進(jìn)行局部或整體加熱，實(shí)現(xiàn)鋼件不同位置的加 熱時(shí)間梯度變化，加熱溫度在Acl以下100°C~Acl之間，保溫時(shí)間5分鐘-600分鐘，完成逆相 變過(guò)程后鋼件冷卻到室溫，獲得具有性能梯度分布、高強(qiáng)度、高塑性、等厚度的中錳鋼件。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)性能梯度、等厚度的溫?zé)岢尚沃绣i鋼件制備方法，其特征 在于，所述步驟S1中，在所述中錳鋼板的化學(xué)成分的基礎(chǔ)上加入重量百分比如下的一種或 多種元素 ：〇:0.2-3.0%;51:0.3-2.3%;8 :0.0005-0.005%;他：0.02-0.10%;[捫：0.002- 0.25% ;Ti :0.05-0.25% ;V:0.02-0.25% ;A1:0.015-0.060% ;Re:0.002-0.005%。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)性能梯度、等厚度的溫?zé)岢尚沃绣i鋼件制備方法，其特征 在于，所述步驟S2中待用鋼板在馬氏體相變M s點(diǎn)以上溫度沖壓成形后，通過(guò)空冷、油冷或水 冷淬火到室溫，最終獲得馬氏體或貝氏體組織結(jié)構(gòu)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)性能梯度、等厚度的溫?zé)岢尚沃绣i鋼件制備方法，其特征 在于，所述步驟S3中，冷卻后的鋼件利用感應(yīng)線圈進(jìn)行局部或整體加熱，控制加熱時(shí)間的梯 度特征，完成逆相變過(guò)程;非加熱區(qū)域利用帶有循環(huán)冷卻氣體或壓縮氣體的預(yù)冷裝置降低 鋼件溫度。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的實(shí)現(xiàn)性能梯度、等厚度的溫?zé)岢尚沃绣i鋼件制備方法，其特征 在于，所述加熱時(shí)間的梯度特征是設(shè)定感應(yīng)線圈不同的加熱保溫時(shí)間，加熱停止后，與非加 熱區(qū)域一起利用帶有循環(huán)冷卻氣體或壓縮氣體的預(yù)冷裝置降低鋼件溫度。6. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的實(shí)現(xiàn)性能梯度、等厚度的溫?zé)岢尚沃绣i鋼件制備方法，其 特征在于，所述步驟S3中得到的中錳鋼件為多相組織結(jié)構(gòu)，具有馬氏體或貝氏體組織結(jié)構(gòu)、 以及亞穩(wěn)奧氏體和鐵素體基體組織結(jié)構(gòu)，其中亞穩(wěn)奧氏體含量達(dá)到5 % -40 %之間的梯度變 化。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的實(shí)現(xiàn)性能梯度、等厚度的溫?zé)岢尚沃绣i鋼件制備方法，其特征 在于，所述步驟S3中得到的中錳鋼件具有高強(qiáng)度區(qū)：抗拉強(qiáng)度彡lOOOMPa和延伸率彡10% ; 高塑性區(qū)：抗拉強(qiáng)度多600MPa和延伸率多30%的性能梯度分布。
【文檔編號(hào)】C22C38/18GK106086653SQ201610668465
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年8月15日 公開(kāi)號(hào)201610668465.3, CN 106086653 A, CN 106086653A, CN 201610668465, CN-A-106086653, CN106086653 A, CN106086653A, CN201610668465, CN201610668465.3
【發(fā)明人】常穎, 王存宇, 李曉東, 韓碩, 趙坤民, 任大鑫, 鄭國(guó)君
【申請(qǐng)人】大連理工大學(xué)