一种无硼中锰钢温热成形方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及温热冲压成形领域，具体地说是一种建立汽车钢（无硼中锰钢，即TG 钢）结构件的温热成形方法。
【背景技术】
[0002] 节能和环保已成为全球汽车行业技术发展的趋势。因此，采用高强度钢结构件是 通过"汽车轻量化"以实现该目标的最有效途径之一。随着对车辆安全性认识的深入，人们 发现仅提高钢的强度已经不能满足设计的需求，兼备高强度和高塑性的高强塑积钢结构件 可以大幅提高车辆的安全性能，因此，其开发和应用成为国内外研宄的前沿问题。然而，钢 铁材料的强度和塑性往往难以协调。随着钢强度水平的提高，其塑性通常降低，使表征安全 性的强塑积（RmXA)很难提高。因此，在钢铁材料高强度化的发展趋势下，如何提高钢的塑 性，是其面临的重要问题。目前，国际上主要针对热成形硼钢进行开发和研宄，德国本特勒 (Arcelor)已推出USIB0R1500硼合金钢占领了汽车热成形冲压件的国际市场，但是，热成 形硼钢较低的延伸率（不足8% )，导致其强塑积仅为12GPa%左右，限制了汽车轻量化和安 全性的进一步提升。
【发明内容】
[0003] 根据上述提出的技术问题，而提供一种无硼中锰钢温热成形方法。本发明主要利 用温热成形技术，制备高强度、高塑性的无硼中锰钢，从而降低制造成本，开发出微观结构 和力学性能分布均匀的高强钢结构件。
[0004] 本发明采用的技术手段如下：
[0005] 一种无硼中锰钢温热成形方法，其特征在于包括如下步骤：
[0006] S1、奥氏体化预处理：将轧制处理后的无硼中锰钢裁剪成预设的结构件板料，并转 移至热处理炉内加热至750°C -820°c，保温3min-10min，优选地，保温时间在3min-5min ;
[0007] S2、板料转运过程：根据钢件的最终性能要求，将奥氏体化预处理后的板料以大于 5°C /s的冷却速率降温到450°C _700°C之间的冲压温度，再转运至带有冷却水道的冲压模 具；
[0008] S3、温热冲压、保压-淬火处理：板料运至冲压模具下成形，同时保温淬火，淬火冷 却速率大于5°C /s，保压时间在5s-20s，优选地，温热成形温度控制在450°C _550°C ;
[0009] S4、后期处理：将已成形样件进行切边、喷丸、涂防锈油处理，制成符合技术性能指 标要求的结构件。
[0010] 进一步地，步骤Sl中所述无硼中锰钢的化学成分重量百分比为：C :0.08-0. 2% ; Mn :4-6% ;P彡0· 015% ;S彡0· 02% ;N彡0· 005% ;余量为Fe和不可避免的杂质。
[0011] 进一步地，步骤Sl中的热处理炉升温速率大于10°C /s。
[0012] 进一步地，步骤S2中对所述奥氏体化处理后的板料进行降温处理到目标冲压温 度可采用常温保护气冷却、带冷却水道的模具冷却或在预冷室中冷却。
[0013] 常温保护气体冷却是将已奥氏体化的板料转至充满室温氮气或氩气等防氧化保 护气体的处理室中，冷却速率大于5°c /s，冷却后的温度控制在450~700°C。此种预冷方 式操作流程简单，简化生产线。
[0014] 带冷却水道的模具冷却是将已奥氏体化的板料转运到带有冷却水道的上下平板 模具之间，进行预压-预冷处理，冷却速率控制在大于5°C/s，压平、冷却后的温度控制在板 料的成形温度之间，温度范围在450~700°C。此种冷却方式可在很大程度上解决冲压过程 中板料翘曲的缺陷。
[0015] 在预冷室中冷却是将已奥氏体化的板料用压缩空气，压缩氮气，水雾冷却，冷却速 率大于5°C /s，冷却后的温度控制在450~700°C。此种预冷方式可提高板料的成形性能， 在冲压时不易破裂且各处的力学性能平均。
[0016] 较现有技术相比，本发明采用的无硼中锰钢，冲压前金相组织为超细晶铁素体或 超细晶铁素体和残余奥氏体，尺寸在2 μπι-3μπι之间，甚至几百纳米，其超细晶的显微结构 利于同时具备高强度、高塑性，即高强塑积性能的实现。但当需要钢板强度超过一定量级 时，便很难找到与其配套的模具材料和相当吨位的压机，生产成本也无法降低。温热成形技 术针对高强钢具有显著的优势，其在形变过程中能够快速冷却，获得在室温下具有均匀马 氏体组织的钢件。本发明提出的利用温热成形技术，制备高强度、高延伸率、性能均匀分布 的无硼中锰钢结构件，以进一步提升汽车结构件的轻量化和安全性。
[0017] 本发明具有以下优点：
[0018] 1、与热成形硼钢相比，温热成形无硼中锰钢具有更低的奥氏体化加热温度和更低 的冲压温度，利于降低生产成本。
[0019] 2、温热成形制得的无硼中锰钢具有细化、均匀的显微结构，利于获得具有高强度、 高塑性力学性能的钢件。
【附图说明】
[0020] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0021] 图1是本发明无硼中锰钢温热成形方法的工艺流程图。
[0022] 图2是本发明制备的温热成形无硼中锰钢汽车B柱结构件的实物图。
[0023] 图3是图2的汽车B柱结构件线条图。
[0024] 图4是本发明基于图2中（5)点的微观形貌图。
[0025] 图5是本发明基于图2中⑴点的微观形貌图。
[0026] 图6是本发明基于图2中⑶点的微观形貌图。
【具体实施方式】
[0027] 一种无硼中锰钢温热成形方法，包括如下步骤（如图1所示）：
[0028] S1、奥氏体化预处理：将轧制处理后的无硼中锰钢裁剪成预设的结构件板料，并 转移至热处理炉内加热至750°C _820°C，保温3min-10min，热处理炉升温速率大于KTC / s ;所述无硼中锰钢的化学成分重量百分比为：C :0.08-0. 2% ;Mn :4-6% ;P< 0.015% ; S < 0. 02% ;N < 0. 005% ;余量为Fe和不可避免的杂质；
[0029] S2、板料转运过程：根据钢件的最终性能要求，将奥氏体化预处理后的板料以大于 5°C /s的冷却速率降温到450°C -700°C之间的冲压温度，再转运至带有冷却水道的冲压模 具，所述奥氏体化预处理后的板料进行降温处理可采用常温保护气冷却、带冷却水道的模 具冷却或在预冷室中冷却；
[0030] S3、温热冲压、保压-淬火处理：板料运至冲压模具下成形，同时保温淬火，淬火冷 却速率大于5°C /s，保压时间在5s-20s ;
[0031] S4、后期处理：将已成形样件进行切边、喷丸、涂防锈油处理。
[0032] 实施例1
[0033] 将无硼中锰钢板料（其化学成分重量百分比为：C :0. 1% ;Mn :5% ;P :0. 015% ;S : 0. 015% ;N:0. 005% ;余量为Fe和不可避免的杂质）升温至800°C，保温3min，转运至冲压 模具，冲压温度为500°C，并以10°C /s的冷却速率淬火处理，保压10s。采用上述工艺参数 制成汽车B柱，如图2、图3所示，并从上面选取11个具有代表性的点（如B柱结构件的侧 壁边缘处或结构件上平面或结构件两端边缘处等具有代表性的点），并测相关力学性能如 表1。
[0034] 表1本发明对应点处的各力学性能参数值
[0035]
【主权项】
1. 一种无硼中锰钢温热成形方法，其特征在于包括如下步骤： 51、 奥氏体化预处理：将轧制处理后的无硼中锰钢裁剪成预设的结构件板料，并转移至 热处理炉内加热至750°c-820°c，保温3min-10min; 52、 板料转运过程：根据钢件的最终性能要求，将奥氏体化预处理后的板料以大于 5°C/s的冷却速率降温到450°C_700°C之间的冲压温度，再转运至带有冷却水道的冲压模 具； 53、 温热冲压、保压-淬火处理：板料运至冲压模具下成形，同时保温淬火，淬火冷却速 率大于5°C/s，保压时间在5s-20s; 54、 后期处理：将已成形样件进行喷丸、涂防锈油处理。
2. 根据权利要求1所述的无硼中锰钢温热成形方法，其特征在于：步骤Sl中所述无 硼中锰钢的化学成分重量百分比为：C:0. 08-0. 2%;Mn:4-6%;P彡0. 015%;S彡0. 02% ; N< 0. 005% ;余量为Fe和不可避免的杂质。
3. 根据权利要求1所述的无硼中锰钢温热成形方法，其特征在于：步骤Sl中的热处理 炉升温速率大于l〇°C/s。
4. 根据权利要求3所述的无硼中锰钢温热成形方法，其特征在于：步骤S2中对所述奥 氏体化处理后的板料进行降温处理到目标冲压温度可采用常温保护气冷却、带冷却水道的 模具冷却或在预冷室中冷却。
【专利摘要】本发明公开了一种无硼中锰钢温热成形方法，其特征在于包括如下步骤：奥氏体化预处理：将板料以不低于10℃/s的升温速率加热至750℃-820℃，保温3min-10min；板料转运过程：将板料以不低于5℃/s的冷却速率降温到450℃-700℃之间的冲压温度，再转运至冲压模具；温热冲压、保压-淬火处理：板料运至冲压模具下成形，同时保温淬火，淬火冷却速率大于5℃/s，保压时间在5s-20s；后期处理：将已成形样件进行喷丸、涂防锈油处理。本发明提供了一种符合无硼中锰钢在工业应用的温热成形方法，具有降低制造成本，提高钢件强度和塑性的优点，将推动新一代汽车在轻量化、节油、安全方面跃上更高的台阶，且工艺流程简单便于操作。
【IPC分类】B21D22-02, B21D37-16, C21D8-02, C22C38-04
【公开号】CN104726762
【申请号】CN201510084352
【发明人】常颖, 王存宇, 赵坤民, 李晓东, 任大鑫, 胡平, 郑国君, 靳菲, 李树娟
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年2月16日