一種抗高溫氧化的非鍍層熱沖壓成形用鋼的制作方法
【專利摘要】一種抗高溫氧化的非鍍層熱沖壓成形用鋼,其化學(xué)成分按重量百分比為C0.18～0.28%，Si0.05～0.50%，Mn0.20～0.90%，P≤0.010%，S≤0.005%，Cr0.20～1.50%，Mo0.01～0.30%，B0.0006～0.0030%，Nb+V+Ti0.02～0.25%，Al0.010～0.100%，余量為Fe及不可避免的其它雜質(zhì)元素；其制備方法在煉鋼、鑄坯、熱軋、酸洗和冷軋工序結(jié)束后經(jīng)過熱沖壓成形工序，才能制備而成；金相組織為全馬氏體。本發(fā)明熱沖壓成形用鋼具有細(xì)晶粒、抗氧化、低的臨界冷速等特點，可以在無保護(hù)氣氛條件下正常使用，其性能滿足熱沖壓成形板抗氧化性能和熱沖壓成形構(gòu)件強(qiáng)度要求。
【專利說明】一種抗高溫氧化的非鍍層熱沖壓成形用鋼
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于鋼鐵材料領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及熱沖壓成形用鋼板和相關(guān)工藝?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]近年來，隨著環(huán)境惡化和能源緊缺問題的日益加劇，環(huán)保、安全和節(jié)能的考慮成為汽車制造業(yè)的主要發(fā)展方向，而在減少燃油消耗、減低廢氣排放等諸多措施中，降低車重效果最明顯。為了保證安全性，同時使汽車輕量化以降低油耗和排放，汽車用鋼向高強(qiáng)度化發(fā)展已成為必然趨勢，但高強(qiáng)鋼冷成形困難，回彈無法避免，因此出現(xiàn)了熱沖壓成形技術(shù)，熱沖壓成形可有效解決強(qiáng)度與成形性間的矛盾。
[0003]熱沖壓成形用鋼是采用熱沖壓成形技術(shù)形成的一種超高強(qiáng)度鋼。熱成形是指把常溫下強(qiáng)度為500~600MPa的高強(qiáng)度硼合金鋼板加熱到880~950°C，使之均勻奧氏體化，然后送入內(nèi)部帶有冷卻系統(tǒng)的模具內(nèi)沖壓成形，之后快速冷卻淬火，使奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，成形件因而得到強(qiáng)化硬化，強(qiáng)度大幅度提高。
[0004]在較早的熱成形技術(shù)中，熱成形過程中表面會發(fā)生一定程度的氧化，通常采用鉻噴丸的方法除去表面氧化物。隨著熱成形技術(shù)的發(fā)展，鍍層技術(shù)越來越多地應(yīng)用于熱成形鋼。鍍層可以防止成形過程中表面氧化和脫碳，還能提高漆裝后的防腐蝕性能。但同時也增加了生產(chǎn)工序,提高了生產(chǎn)成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對以上技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種不經(jīng)過鍍層處理仍具有良好的抗高溫氧化性能、耐腐蝕性能和強(qiáng)度，既能滿足熱沖壓成形零件的強(qiáng)度要求，同時又能提高鋼的抗高溫氧化性能的熱沖壓成形鋼。
[0006]本發(fā)明采用這樣的技術(shù)方案來實現(xiàn)，一種抗高溫氧化的非鍍層熱沖壓成形用鋼，其化學(xué)成分按重量百分比為⑶.18~0.28%, Si0.05~0.50%, Mn0.20~0.90%, P^0.010%,
S≤ 0.005%, Cr0.20 ~1.50%, Mo0.01 ~0.30%, B0.0006 ~0.0030%, Nb+V+Ti 0.02 ~
0.25%，A10.010~0.100%，余量為Fe及不可避免的其它雜質(zhì)元素；其制備方法在煉鋼、鑄坯、熱軋、酸洗和冷軋工序結(jié)束后，還需要經(jīng)熱沖壓成形，才能制備而成；其熱軋態(tài)金相組織由珠光體和鐵素體組成；冷軋態(tài)厚度1.0~2.0mm，金相組織由珠光體和鐵素體組成；退火后為鐵素體和球化滲碳體組織；經(jīng)過熱沖壓成形技術(shù)得到熱沖壓成形用鋼，其金相組織為全馬氏體，其性能滿足熱沖壓成形構(gòu)件要求。
[0007]本發(fā)明的一種抗高溫氧化的非鍍層熱沖壓成形用鋼是在熱沖壓成形用鋼22MnB5的基礎(chǔ)上，合理降低Mn含量以及添加了 Mo、Cr等合金元素而制備的新型B鋼，其制備方法中也包括煉鋼、鑄坯、熱軋、酸洗、冷軋等工序，與普通鋼種制備方法的特別之處在于:在上述工序結(jié)束后要經(jīng)過熱沖壓成形工序，才能制備而成。其熱沖壓成形工藝為:將冷軋退火熱沖壓成形用鋼板加熱到88(T950°C，保溫約3~10min，使之均勻奧氏體化；然后送入內(nèi)部帶有冷卻系統(tǒng)的模具內(nèi)沖壓成形，為了保證成形溫度在840°C以上，高溫板料必須在5~8s內(nèi)由加熱爐快速轉(zhuǎn)移到模具中；之后保壓快速冷卻淬火，冷卻速度控制在3(Tl00°C /s，模具溫度控制在2(T200°C，使奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，從而使成形件的強(qiáng)度得到硬化。
[0008]采用本發(fā)明抗高溫氧化非鍍層熱沖壓成形用鋼及其制備方法制造的熱沖壓成形零件力學(xué)性能為，抗拉強(qiáng)度1450-1650MPa，屈服強(qiáng)度970_1200MPa，斷后伸長率為
8.5-13.5%，硬度420-550HV,晶粒度在11-12級之間。
[0009]本發(fā)明抗高溫氧化的非鍍層熱沖壓成形用鋼在無氮氣保護(hù)情況下其表層氧化量與普通熱沖壓成形板在有氮氣保護(hù)條件下的表面氧化量相當(dāng)。即該鋼種可以在無保護(hù)氣氛條件下正常使用，滿足熱沖壓成形板抗氧化性能要求，能節(jié)約保護(hù)氣氛費用。
[0010]本發(fā)明抗高溫氧化的非鍍層熱沖壓成形用鋼的化學(xué)成分的限定理由如下:
碳C:0.18^0.28%:鋼中最經(jīng)濟(jì)、最基本的強(qiáng)化元素，固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化對提高鋼的強(qiáng)度有明顯作用，其屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度會得到大幅提升，但提高C含量會降低其塑性、沖擊韌性和焊接性能，不同熱沖壓成形構(gòu)件對材料強(qiáng)度和韌性要求有差異，因此具體碳含量根據(jù)構(gòu)件對性能的要求決定。而典型熱沖壓成形構(gòu)件要求強(qiáng)度為1450-1650MPa，延伸率>8.5%，因此本發(fā)明中C含量控制在C0.18^0.28%。
[0011]錳Mn:0.20、.9%:良好的脫氧劑和脫硫劑，一定量的Mn能消除或減弱由于硫所引起的鋼的熱脆性，改善鋼的熱加工性能。Mn還是擴(kuò)大奧氏體區(qū)的元素，使Y區(qū)下移，降低Ar3溫度，增大奧氏體過冷度，因而提高了晶粒的細(xì)化程度。同時Mn能有效的降低脆性轉(zhuǎn)變溫度，但Mn含量升高會降低鋼的抗氧化性，同時對焊接性能不利，Mn是易氧化元素，采用低Mn設(shè)計可防止材料氧化。因此本發(fā)明中Mn含量控制在0.20、.9%。
[0012]鑰Mo:0.0r0.30%:提 高淬透性的元素，因此能有效提高材料強(qiáng)度；固溶到奧氏體中提高奧氏體的穩(wěn)定性，有助于提高鋼的淬透性以獲得馬氏體組織；此外在低合金鋼中添加少量的Mo能延長珠光體的孕育期，降低相變溫度，降低貝氏體轉(zhuǎn)變的臨界冷速，有利于在較寬的冷速范圍內(nèi)促進(jìn)貝氏體轉(zhuǎn)變，使材料具有較好的工藝適應(yīng)性，能有效改善鋼板強(qiáng)度性能的穩(wěn)定性；而Mo含量超過0.30wt%后其提高淬透性作用富余，且其成本較高。因此本發(fā)明中Mo含量控制在0.0 I~0.30%。
[0013]鉻Cr:0.2(Tl.30%:提高鋼的淬透性的重要元素，固溶到奧氏體中提高奧氏體的穩(wěn)定性，有助于提高鋼的淬透性獲得馬氏體組織。因此，對于熱沖壓成形用鋼而言需添加較高的Cr提高淬透性，進(jìn)而提高鋼的強(qiáng)度；且Cr含量在0.20%以上時，表層可形成致密的Cr2O3氧化膜，防止材料進(jìn)一步氧化，改善鋼的耐腐蝕性能，而Cr含量超過1.3wt%后其提高淬透性的作用富余。因此本發(fā)明中Cr含量控制在0.2(Tl.30%。
[0014]硼B(yǎng):0.0007、.0030 %:B對鋼的影響主要是提高淬透性，只須加入極微量就會有明顯的影響，淬透性可以成倍的提高，從而可以節(jié)約其它昂貴的金屬元素。同時，B可以提高材料的高溫強(qiáng)度。但B的含量超過一定數(shù)值后(大約為0.0030%)淬透性保持不變。因此本發(fā)明中B含量控制在0.000 7~0.0030 %。
[0015]鈮+釩+鈦Nb+V+Ti:0.02~0.25%:與N、0都有極強(qiáng)的親和力，與S的親和力比Fe強(qiáng)。因此，它是一種良好的脫氧去氣劑和固定N的有效元素，避免B與N結(jié)合形成BN，同時對改善焊接熱影響區(qū)的沖擊韌性有明顯作用，但Ti含量過高容易形成粗大碳氮化物，惡化材料性能。因此本發(fā)明中Nb+V+Ti含量控制在0.02、.25%。鈮+釩固溶狀態(tài)可提高淬透性，沉淀狀態(tài)可細(xì)化晶粒，提聞朝性。[0016]硅Si:0.05、.50%:能溶于鐵素體和奧氏體中提高顯著提高鋼的彈性極限，屈服點和抗拉強(qiáng)度，是為了對鋼進(jìn)行脫氧而添加的元素。Si含量太低脫氧不完全，Si含量過高會導(dǎo)致可焊性和焊接熱影響區(qū)韌性惡化并導(dǎo)致鋼的Ar3升高，奧氏體不穩(wěn)定性增加，不利于殘余奧氏體的獲得。因此本發(fā)明中Si含量控制0.05、.50%。
[0017]鋁Al:0.02(T0.100%:鋁是鋼中常用的脫氧劑，同時添加適量的Al能夠細(xì)化晶粒，改善鋼材的強(qiáng)韌性能，太低的Al含量脫氧效果不明顯，太高的Al含量會產(chǎn)生夾雜。但過量添加時，將使非金屬夾雜物粗化而使伸長率變差，影響鋼的熱加工性能、焊接性能和切削加工性能。因此本發(fā)明中Al含量控制在0.020~0.100%。
[0018]硫、磷(S、P):S≤0.005%，P≤0.010%:是鋼中不可避免的雜質(zhì)元素，含量越低越好。為防止因硫?qū)е碌拇嘈?，?yīng)加足夠的錳，使其形成熔點較高的MnS。若鋼中含S量偏高，焊接時由于SO2的產(chǎn)生，將在焊接金屬內(nèi)形成氣孔和疏松。P雖然能提高鋼的強(qiáng)度和硬度，但會導(dǎo)致偏析嚴(yán)重，增加回火脆性#對焊接性也有不利影響。因此本發(fā)明中S含量< 0.005%,P含量≤0.010%O
[0019]本發(fā)明鋼種通過采用Cr，合理降Si，利用Nb+V復(fù)合對晶粒細(xì)化和對淬透性的提升，并降低鋼的脫碳敏感性，提高抗氧化性，同時通過Nb+V+B和Mo、Cr的復(fù)合添加，提高鋼的淬透性，降低硬模淬火時的臨界冷卻速度；本發(fā)明中Nb+V+Ti 0.02^0.25%，Mn+1.3Cr+2.67Mo ^ 1.6wt%，可有效提高材料淬透性，并含B，可有效抑制高溫的鐵素體擴(kuò)散相變，滿足在熱沖壓成形用鋼淬透性和裸板抗氧化性的要求；其中Mn含量< 0.9被％可減小Mn在高溫下的氧化而導(dǎo)致材料氧化嚴(yán)重；Cr含量在0.20-1.3wt%，表層可形成致密的Cr203氧化膜，防止材料進(jìn)一步氧化，同時添加的鋁還具有抗氧化性和抗腐蝕性能，鋁與鉻、硅合用，可顯著提高鋼的高溫不起皮性能和耐高溫腐蝕的能力。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是:1)在本發(fā)明條件下，熱沖壓成形用鋼具有細(xì)晶粒、抗氧化、低的臨界冷速等特點；2)本發(fā)明提供的這種熱沖壓成形用鋼在滿足常規(guī)熱沖壓成形鋼沖壓成形工藝條件及強(qiáng)塑性性能和電阻點焊要求的前提下，不經(jīng)過鍍層處理仍具有較好的抗高溫氧化性，在無氮氣保護(hù)情況下其表層氧化量與普通熱沖壓成形板在有氮氣保護(hù)下條件些的表面氧化量相當(dāng)，即該鋼種可以在無保護(hù)氣氛條件下正常使用，滿足熱沖壓成形板抗氧化性能要求，從而可節(jié)約保護(hù)氣氛費用；且熱沖壓成形后零件表面質(zhì)量良好，加熱過程中該非涂層熱沖壓成形用鋼不易氧化而局部氧化脫落附著于滾道式加熱爐的加熱管表面。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1生產(chǎn)的熱沖壓成形用鋼熱沖壓成形后的組織圖。
【具體實施方式】
[0022]實施例，以下以具體實例來說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明不僅局限于此。
[0023]表1是本發(fā)明一種抗高溫氧化的非鍍層熱沖壓成形用鋼的化學(xué)成分；經(jīng)真空冶煉，澆鑄成坯，再經(jīng)熱軋和冷軋后軋制為1.8mm厚。
[0024]表1 抗高溫氧化的非鍍層熱沖壓成形用鋼的化學(xué)成分(質(zhì)量百分比，%)
【權(quán)利要求】
1.一種抗高溫氧化的非鍍層熱沖壓成形用鋼，其化學(xué)成分按重量百分比為C0.18~0.28%, Si0.05 ~0.50%, Mn0.20 ~0.90%, P ≤ 0.010%, S ≤ 0.005%, Cr0.20 ~1.50%,Mo0.010 ~0.30%, B0.0006 ~0.0030%, Nb+V+Ti0.02 ~0.25%, A10.010 ~0.100%，余量為Fe及不可避免的其它雜質(zhì)元素，其特征在于:其制備方法在煉鋼、鑄坯、熱軋、酸洗和冷軋工序結(jié)束后，還需要經(jīng)熱沖壓成形，才能制備而成。
2.如權(quán)利要求1所述的一種抗高溫氧化的非鍍層熱沖壓成形用鋼，其特征在于:經(jīng)熱軋后，冷軋至1.0~2.0mm厚并退火，然后將冷軋退火鋼板在加熱爐中加熱到880~950°C，保溫約3~lOmin，使之均勻奧氏體化；在5~8s內(nèi)將高溫板料由加熱爐快速轉(zhuǎn)移到內(nèi)部帶有冷卻系統(tǒng)的模具內(nèi)沖壓成形，之后保壓快速冷卻淬火至200°C以下出模，其中冷卻速度控制在40~60°C /s，模具溫度控制在20~200°C，使組織由奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種抗高溫氧化的非鍍層熱沖壓成形用鋼，其特征在于:熱軋態(tài)金相組織由珠光體和鐵素體組成；冷軋態(tài)金相組織由珠光體和鐵素體組成，厚度1.0~2.0mm ;退火后為鐵素體和球化滲碳體組織；經(jīng)過熱沖壓成形技術(shù)得到熱沖壓成形用鋼，其金相組織為全馬氏體。
4.如權(quán)利要求1或2所述的一種抗高溫氧化的非鍍層熱沖壓成形用鋼，其特征在于:熱沖壓成形零件抗拉強(qiáng)度為1450-1650MPa，屈服強(qiáng)度970_1200MPa，斷后伸長率為8.5-13.5%，晶粒度在11-12級之間，硬度420-550HV ;在無氮氣保護(hù)情況下其表層氧化量與普通熱沖壓成形板在有氮氣保護(hù)條件下的表面氧化量相當(dāng)。
【文檔編號】C22C38/32GK103614640SQ201310672918
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月12日
【發(fā)明者】馬鳴圖, 易紅亮, 宋磊峰, 王國棟, 王中學(xué), 郭怡暉, 方剛, 張均萍 申請人:馬鳴圖