專利名稱：一種汽車用高強韌性熱成形鋼板及其制備方法
技術領域：
本發明屬于高強度汽車用鋼技術領域，具體為一種汽車用高強韌性熱成形鋼板及其制備方法，所制備的鋼板具有優良的強韌性能。
背景技術：
開發低成本、加工性能好和服役性能優良的高強度汽車用鋼，為節能減排、又保持汽車安全性的必由之路。但是，高強度鋼板強度高，如在常溫下沖壓變形，回彈嚴重，易開裂、復雜形狀零件沖壓成形困難。目前，一種使用可淬火硼鋼板進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廠商及研究人員關注的熱點。熱沖壓成形工藝主要是利用金屬在高溫狀態下，其塑性和延展性迅速增加，屈服強度迅速下降的特點，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間。全奧氏體化后，將鋼從加熱爐轉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，強度高但韌性不足，其強度可以達到1500MPa以上，而延伸率只有6-8%。復雜的載荷條件要求熱沖壓成形鋼不僅有較高的強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度的方法來解決這一問題。經對現有技術的文獻檢索發現，中國發明專利CN 102286689A公開了一種雙相熱成形鋼的制備方法，此發明中鋼的成分質量百分含量為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。此發明最后獲得了鐵素體+馬氏體的雙相復合組織。中國專利CN 102296242A高強韌性熱成形鋼板的熱處理方法，此發明鋼的成分質量百分含量為 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范圍內進行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應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構，其熱成形鋼板強度高但韌性不足。
發明內容
本發明的目的在于克服熱成形鋼板在成形后強度高但韌性不足的缺點，提供一種汽車用高強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合組織，改善其韌性。一種汽車用高強韌性熱成形鋼板，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如下C是重要的固溶強化和奧氏體穩定化元素，C含量與Ms點溫度有很大關系，為保證成形后鋼的強度和塑性，C應控制在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用來增加奧氏體區降低奧氏體化溫度，Ti主要是用來細化奧氏體晶粒，少量的B保證有足夠好的淬透性。一種汽車用高強韌性熱成形鋼板的制備方法，包括以下步驟
第一步，對具有權利要求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后進行熱軋，使奧氏體晶粒細化；
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定至室溫；
第四步，淬火到室溫，在室溫獲得細化馬氏體和殘余奧氏體的復相組織。上述第一步中以Is—1的應變速率經O. 8的應變變形對奧氏體化的鋼板進行熱軋。本發明首先要保證鋼 的高強度，其基體組織需選擇馬氏體組織，該馬氏體組織應該以含有高密度位錯的細板條馬氏體為主。同時，通過在奧氏體區熱軋來控制原始奧氏體晶粒尺寸，通過細化原始奧氏體晶粒尺寸來進一步細化馬氏體板條。其次，通過先進行熱處理工藝Q&P處理來使馬氏體板條間要存在有殘余奧氏體薄膜。最終獲得納米級含有位錯型馬氏體和殘余奧氏體的雙相復合組織。所制備鋼的韌性得到較大的提高且保持較高的強度。其高強度來源于馬氏體和復合組織的細晶強化與位錯強化，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，同時晶粒細化和兩種相的相互協調對韌性的提高也有所幫助。本發明的優點在于與傳統熱成形鋼22MnB5相比，本發明通過組織調控使鋼在室溫獲得細化馬氏體和殘余奧氏體的復相組織，其抗拉強度在1300-1800MPa之間，延伸率大于12%，使熱成形鋼具有較好強度和韌性。本發明獲得復合組織的工藝簡單，且熱軋可控淬火一體化處理工藝可以降低成本節約資源。因此，隨著試驗研究的不斷深入，必將具有工業實際應用的廣泛前景。
圖I是本發明熱處理工藝原理 圖2是本發明實施例I所獲得的高強韌性鋼的顯微組織照片。
具體實施例方式實施例I
一種汽車用高強韌性熱成形鋼板，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的應變速率經O. 8的應變變形對其進行熱軋，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。經測試，鋼的抗拉強度Rm為1534MPa，屈服強度Rpa2為862MPa，總延伸率為12. 8%。實施例2
一種汽車用高強韌性熱成形鋼板，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的應變速率經O. 8的應變變形對其進行熱軋，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。經測試，鋼的抗拉強度Rm為1633MPa，屈服強度Rpa2為952MPa，總延伸率為14. 9%。實施例3
一種汽車用高強韌性熱成形鋼板，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的應變速率經O. 8的應變變形對其進行熱軋，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。經測試，鋼的抗 拉強度Rm為1696MPa，屈服強度Rpa2為932MPa，總延伸率為15. 7%。實施例4
一種汽車用高強韌性熱成形鋼板，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的應變速率經O. 8的應變變形對其進行熱軋，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。經測試，鋼的抗拉強度Rm為1425MPa，屈服強度Rpa2S812MPa，總延伸率為16. 3%。實施例5
一種汽車用高強韌性熱成形鋼板，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，然后以應變速率Is—1經O. 8的應變變形對其進行熱軋，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。經測試，鋼的抗拉強度Rm為1355MPa，屈服強度Rpa2為702MPa，總延伸率為16. 5%。實施例6
一種汽車用高強韌性熱成形鋼板，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，然后以應變速率Is—1經O. 8的應變變形對其進行熱軋，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。經測試，鋼的抗拉強度Rm為1372MPa，屈服強度Rpa2為783MPa，總延伸率為15. 1%。實施例7
一種汽車用高強韌性熱成形鋼板，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，以應變速率Is—1經O. 8的應變變形對其進行熱軋，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。經測試，鋼的抗拉強度Rm為1772MPa，屈服強度Rpa2為943MPa，總延伸率為13. 8%。實施例8
一種汽車用高強韌性熱成形鋼板，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，以應變速率Is—1經O. 8的應變變形對其進行熱軋，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。經測試，鋼的抗拉強度Rm為 1788MPa，屈服強度Rpa2為956MPa，總延伸率為13. 3%。
權利要求
1.一種汽車用高強韌性熱成形鋼板，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，對具有權利要求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后進行熱軋，使奧氏體晶粒細化； 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定至室溫； 第四步，淬火到室溫，在室溫獲得細化馬氏體和殘余奧氏體的復相組織。
3.根據權利要求2所述的一種汽車用高強韌性熱成形鋼板的制作方法，其特征在于第一步中以Is—1的應變速率經O. 8的應變變形對奧氏體化的鋼板進行熱軋。
全文摘要
本發明屬于高強度汽車用鋼技術領域，為克服熱成形鋼板在成形后強度高但韌性不足，提供了一種汽車用高強韌性熱成形鋼板，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間后熱軋，使奧氏體晶粒細化；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定奧氏體；淬火到室溫，獲得細化馬氏體和殘余奧氏體的復相組織。本發明制備工藝簡明，易于操作，成本低廉，適于工業化推廣，制得的高強韌性復相鋼具有更優越的性能。
文檔編號C21D8/02GK103255340SQ20121057951
公開日2013年8月21日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者劉和平, 孫虎兒, 劉斌, 李志勇, 孫鳳兒 申請人:中北大學