申请/专利权人：鞍钢股份有限公司

申请日：2019-06-24

公开（公告）日：2021-04-27

公开（公告）号：CN110257702B

主分类号：C22C38/02(20060101)

分类号：C22C38/02(20060101);C22C38/04(20060101);C22C38/22(20060101);C22C38/06(20060101);C22C38/26(20060101);C22C38/38(20060101);C22C38/48(20060101);C22C38/44(20060101);C22C38/58(20060101);C22C38/28(20060101);C22C38/50(20060101);C22C38/32(20060101);C22C38/54(20060101);C21D8/02(20060101);C21D1/18(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2021.04.27#授权;2019.10.22#实质审查的生效;2019.09.20#公开

摘要：本发明公开一种热冲压成形用钢及其热成形方法。钢中含有：C：0.11％～0.30％，Si：0.19％～0.35％，Mn：0.80％～1.9％，P≤0.010％，S≤0.010％，Als：0.015％～0.06％，Cr：0.21％～0.50％，Nb：0.03％～0.07％，Mo：0.11％～0.25％，Ni≤3.0％，Ca：0.0004％～0.006％并且含有以下元素中的一种或多种，Ti：0.046％～0.060％，B：0.0004％～0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。铸坯加热温度1100～1250℃，开轧温度1050～1200℃，终轧温度≥850℃，卷曲温度500～700℃，冷轧压下率≥65％。奥氏体化温度900～950℃，保温3～8min；空冷时间4～8s；淬火冷却速度≥20℃s，淬火水温40～60℃。成品钢板厚度1.0～2.0mm，钢板的抗拉强度≥1500MPa，延伸率≥6％。

主权项：1.一种热冲压成形用钢的热成形方法，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比为：C：0.16%~0.30%，Si：0.19%~0.35%，Mn：1.51%~1.9%，P≤0.010%，S≤0.010%，Als：0.015%~0.041%，Cr：0.21%~0.49%，Nb：0.054%~0.07%，Mo：0.11%~0.25%，Ni：0.04%~0.11%，Ca：0.0006%~0.0011%，并且含有以下元素中的一种或两种，Ti：0.046%~0.060%，B：0.0011%~0.0016%，余量为Fe和不可避免的杂质；生产工艺为：冶炼-连铸-铸坯加热-热连轧-酸洗-冷轧-退火-落料-热成形；铸坯加热温度为1100~1250℃，开轧温度为1050~1200℃，终轧温度在850℃以上，卷曲温度为500~700℃；热轧卷开卷、酸洗、冷轧、退火，冷轧压下率≥65%；冷轧退火后的钢板进行开卷落料、进加热炉加热、然后进行热成形，奥氏体化加热温度为900~950℃，保温3~8min；钢板从取出至模具冲压前空冷时间控制在4~8s；模具冲压淬火，控制淬火冷却速度≥20℃s，淬火水温控制在40~60℃，保持淬火水流动性，淬火过程中水不停滞；待工件温度≤80℃，将工件从模具中取出，或在模具中继续冷却至室温。

全文数据：一种热冲压成形用钢及其热成形方法技术领域本发明涉及热成形用钢领域，特别涉及一种汽车制造用抗拉强度≥1500MPa的钢、制造方法及热成形方法，适用厚度为1.0～2.0mm。背景技术随着汽车行业对节能环保的要求越来越高，减轻车身重量成为汽车行业的共识，白车身减重成为车身轻量化的重要途径之一。有数据统计，汽车车身重每降低10％，则燃油效率提升6％～8％。白车身减重的主要设计方向是采用高强、超高强钢板代替低强度钢板，在满足碰撞安全性的前提下减薄钢板的厚度。根据钢板在车身中应用的部位不同，对钢板的强度要求也不同。在重要的安全件如B柱、防撞梁等部位，应用钢材的强度一般都较高，如采用1500MPa的热成型钢。钢板的强度越高，生产成本高，工装卡具的强度均需提高。因此，汽车厂根据车型的不同，综合考虑车辆的碰撞安全性和生产成本，选择合适的钢板强度。目前现有的热成型钢存在强度高或碳当量高等特点，造成选材困难，采购成本高，焊接性差。本发明为解决上述问题，设计了一种抗拉强度达1500MPa以上的低碳当量热成型钢，热成型后组织为马氏体+铁素体组织，马氏体含量在95％以上。现有专利CN106119693A公开了一种薄板坯直接轧制的抗拉强度≥2100MPa薄热成型钢及生产方法，其成分按重量百分比计为：C：0.41％～0.50％，Si：0.45％～0.65％，Mn：1.6％～2.0％，P≤0.006％，S≤0.004％，Als：0.015％～0.06％，Cr：0.50％～0.65％，B：0.004％～0.005％，Ti：0.046％～0.060％或Nb：0.046％～0.060％或V：0.046％～0.060％，或其中两种以上的复合，Mo：0.036％～0.60％，Ni：0.21％～0.35％，N≤0.004％，余为Fe及不可避免的杂质；该专利产品合金成分多，含量高，生产成本极高。该专利碳当量Ceq≥0.78，抗拉强度≥2100MPa属于高强高合金体系的产品，生产成本高，焊接性差。CN107002155A公开了用于制造高强度钢产品的方法和由此获得的钢产品。其成分按重量百分比计为：C：0.15％～0.40％，Si：0.50％～2.50％，Mn：1.5％～4.0％，Al：0.005％～1.50％，其中：0.8％≤Si+Al≤2.5％，S≤0.05％，P≤0.1％，Cr和Mo至少一种元素，使得0≤Cr≤4.0％，0≤Mo≤0.5％，且2.7％≤Mn+Cr+3Mo≤5.7％，以及如下一种或多种元素，Nb≤0.1％，Ti≤0.1％，Ni≤3.0％，0.0005％≤B≤0.005％，0.0005％≤Ca≤0.005％。余量为Fe和不可避免的杂质。该专利合金元素含量相对较高，特别是2.7％≤Mn+Cr+3Mo≤5.7％限制，造成钢的碳当量高，不利于钢板成形后的焊接，给后续制造带来较大的麻烦。CN104911501A公开了一种超高强高碳马氏体钢及其制备方法。其化学成分为：C：0.60％～0.85％，Si：0.01％～0.80％，Mn：0.1％～0.5％，P0.020％，S0.020％，Cr：0.80％～2.0％，Cu：0.05％～0.40％，Ni：0.05％～0.3％，Ti：0.02％～0.10％，V：0.02％～0.20％，Nb：0.02％～0.15％。余量为Fe及不可避免的杂质。该专利抗拉强度≥2150MPa，合金含量较高，造成生产成本高。该专利采用高碳设计，造成钢的碳当量高，对不利于焊接影响钢板应用。发明内容本发明提供一种低碳当量、高强度的热冲压成形钢及热成形方法，有利于工业生产和推广应用。具体的技术方案是：一种抗拉强度在1500MPa的热成型钢，其特征在于，钢板的化学成分以质量百分比计为：C：0.11％～0.30％，Si：0.19％～0.35％，Mn：0.8％～1.9％，P≤0.010％，S≤0.010％，Als：0.015％～0.06％，Cr：0.21％～0.50％，Nb：0.03％～0.07％，Mo：0.11％～0.25％，Ni≤3.0％，Ca：0.0004％～0.006％，及含有以下元素中的一种或两种，Ti：0.046％～0.060％，B：0.0004％～0.005％，余量为Fe及不可避免的杂质。钢板的Ceq≤0.6，其中Ceq＝C+Mn6+Cr+Mo+V5+Ni+Cu15。本发明成分设计的理由如下：C：是强固溶强化元素，能显著提高钢的强度。钢中C低于0.11％时，钢板淬火性不好形成马氏体含量比例低，造成钢板强度低。C含高于0.30％，钢板的强度提高，延伸率降低，焊接性能恶化。综合考虑，因此本发明将钢中的C含量限定在0.11％～0.30％。Si：在钢中主要是起到脱氧作用，减少钢中的杂质。Si含量过低，不利于脱氧，Si含量过高，会降低钢板的表面质量。因此，本发明将钢中Si元素的含量限定在0.19％～0.35％。Mn：是固溶强化元素，能够降低相变驱动力，提高钢板的淬透性，在控制冷却速度的条件下，有利于获得马氏体组织。含量过低效果不显著，含量过高在钢板中易形成Mn偏析，造成钢板性能不均匀。因此，本发明将其含量限制为0.8％～1.9％。S、P：为有害元素，其含量越低越好。含量过低生产成本高，在不影响钢板性能的前提下，其含量限制在P≤0.010％，S≤0.010％。Als：在钢中起脱氧作用，应保证钢中有一定量的酸溶铝，否则不能发挥其效果。Al含量过高，易产生氧化铝等夹杂物，降低钢板性能。因此，本发明将其含量限制在0.015％～0.06％。Cr：能显著提高钢板的淬透性，能够保证钢板在淬火过程中快速形成马氏体组织，同时提高钢板的强度和硬度。Cr含量低于0.21％，钢板淬透性不好，淬火时易形成贝氏体组织，造成钢板强度降低。Cr含量高于0.50％，对钢板无明显的有益作用，反而造成钢板的延伸率下降。综合考虑本发明将其含量限制在0.21％～0.50％。Nb：为强C、N化物形成元素，能够细化晶粒，在钢中形成大量弥散分布的Nb的C、N化物，可提高钢板的强度，韧性。为了充分发挥Nb的作用，Nb低于0.03％时作用不明显。当Nb＞0.07％后，钢板细化晶粒作用不在增加，却增加了钢板生产成本。因此本发明将该元素限定为Nb：0.03％～0.07％。Ti：可显著细化晶粒，阻碍热成型阶段奥氏体晶粒粗化，淬火后形成细小的马氏体。Ti含量低于0.046％其作用不显著，Ti高于0.06％钢板淬火后钢板延伸率下降明显。因此本发明将其加入量限制在0.046％～0.060％。Mo：能显著提高钢板的淬透性元素，能够保证钢板在淬火过程中快速形成马氏体。同时具有提高钢板的强度，防止回火脆性的作用。其含量低于0.11％时作用不明显，高于0.250％时钢板强度明显增加，轧制薄钢板时轧机负荷大。过量的Mo增加了生产成本，对钢板的性能提升无明显的有益作用。因此本发明将该元素限制为0.11％～0.25％。Ni：该元素可提高钢板的强度而不降低钢板的韧性，并有利于钢板的后续加工性能。但是该元素始于贵金属，加入量过高造成钢的成本大幅提高，因此本发明将其限制在Ni：0.04％～3.0％。B：提高钢板淬透性的元素，在钢板热成型过程中，防止钢中奥氏体向铁素体转变，造成钢中存在大量的早期铁素体而使钢板的强度降低。过量的B使的热成型后的钢板中无铁素体组织，钢板的强度提高，延伸率降低。因此本发明将该元素限制为0.0004％～0.005％。Ca：能够和钢中O、S结合形成化合物，降低钢中元素含量，避免因有害元素降低钢板性能。其含量高于0.006％易在钢中形成大颗粒夹杂，成为有害杂质，本发明将Ca含量控制在0.0004％～0.006％。本发明还提供了一种抗拉强度1500MPa热冲压成形钢的热成形方法，包括冶炼-精炼-连铸-铸坯加热-热连轧-酸洗-冷轧-退火-落料-冲压淬火，具体如下：转炉冶炼、LF或RH炉精炼、连铸等工序，获得本发明要求的成分范围的钢水和铸坯。热连轧：铸坯加热温度为1100～1250℃，开轧温度在1050～1200℃之间，终轧温度在850℃以上，卷曲温度在500～700℃之间。保证钢板热轧后形成铁素体+珠光体组织，有利于后续冷轧生产。酸洗：通过酸洗方法清除钢板表面的氧化皮。冷轧：酸洗后钢板冷轧至1.0～2.0mm，冷轧压下率≥65％。退火：钢板冷轧后进行退火处理，获得铁素体+珠光体组织。热成形工艺：开卷落料，加热炉加热，加热温度在900～950℃之间，保温3～8min之间。加热温度高于950℃钢板奥氏体晶粒明显粗化，淬火后形成板条粗大的马氏体，延伸性不好。温度低于900℃钢板奥氏体时间长，奥氏体晶粒长大，淬火后形成粗大的板条马氏体组织，延伸率下降。保温时间小于3min，钢板表面和心部奥氏体化温度不均匀，淬火后形成晶粒混杂的马氏体组织，性能较差。保温时间高于8min，钢板奥氏体晶粒粗化，淬火后钢板性能降低。钢板加热后从加热炉取出放至热冲压模具中，钢板从取出至模具冲压前空冷时间控制在4～8s范围内。钢板空冷时间对热成型工件延伸率有影响，空冷时间小于4s冲压淬火后零部件的组织为完全马氏体组织，钢板的强度未有明显的变化，延伸率小于6％。空冷时间高于8s钢板热冲压成型困难，易产生开裂缺陷。热冲压模具磨损加快，冲压压机功率提高，能耗显著增加。热冲压后工件的组织中易出现贝氏体组织，强度小于1500MPa，不满足设计要求。模具冲压并在模具中直接进行淬火，控制模具淬火冷却速度在≥20℃s，若淬火冷却速度20℃s，热成型后工件组织中出现贝氏体或者铁素体、珠光体组织，造成工件的强度不足。热成型模具冲压后保持模具合模状体，钢板温度≤80℃可将工件从模具中取出，也可在模具中继续冷却至室温。工件在热成形模具中冲压淬火，完成由奥氏体组织向马氏体组织的转变，工件从模具中取出的温度过高，一方面钢板未完成组织转变，马氏体含量不足强度降低，另一方面应形成的马氏体组织产生自回火，造成钢板强度降低。淬火水温控制在40～60℃之间，保持水的流动性，有利于改善热成型工件的马氏体的组态，提高工件的性能。水温低于40℃对改善马氏体组态不显著，高于60℃提高热成型后对改善工件马氏体组态效果无明显的增加。综合考虑，将水温设计在40～60℃之间。通过上述方法可以获得抗拉强度≥1500MPa，延伸率≥6％的热成型件。工件的组织状态为马氏体+铁素体，其中马氏体含量92％～95％。有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：1、本发明的钢化学元素含量低，钢板碳当量Ceq≤0.6,具有较好的焊接性能。2、本发明钢板可直接在传统的产线上生产，无需新增设备，生产工艺稳定。3、本发明热成形后，工件抗拉强度≥1500MPa，延伸率≥6％，工件组织为马氏体+铁素体，其中马氏体含量92％～95％，具有高强度，高延伸率的特点。在汽车零部件上应用，对实现汽车轻量化具有重要意义。附图说明图1为本发明实施例1的金相组织，图中的组织为马氏体+铁素体。具体实施方式以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。表1为实施例钢的化学成分；表2为实施例钢的具体热轧、淬火工艺制度；表3为实施例钢的力学性能。表1发明钢的化学成分质量分数％表2发明钢的轧制、淬火工艺参数表3发明实施例钢热成形后工件的力学性能实施例成品厚度mm马氏体含量％屈服强度MPa抗拉强度MPa伸长率％11.8894116015356.3121.6493115615806.5231.4694117515866.8641.9892114715107.3651.4294122615926.3761.1495118615137.8471.2893113515417.55按本发明设计的化学成分和轧制方法生产的实施例钢，从表3的检测结果来看，工件的强度达到了1500MPa以上，伸长率达到6％以上，实现了低成本成分设计，对热成型钢板的推广应用具有较大的价值。

权利要求：1.一种热冲压成形用钢，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比为：C：0.11％～0.30％，Si：0.19％～0.35％，Mn：0.8％～1.9％，P≤0.010％，S≤0.010％，Als：0.015％～0.06％，Cr：0.21％～0.50％，Nb：0.03％～0.07％，Mo：0.11％～0.25％，Ni≤3.0％，Ca：0.0004％～0.006％，并且含有以下元素中的一种或两种，Ti：0.046％～0.060％，B：0.0004％～0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。2.一种如权利要求1所述的热冲压成形用钢的热成形方法，其特征在于，生产工艺为：冶炼-连铸-铸坯加热-热连轧-酸洗-冷轧-退火-落料-热成形；铸坯加热温度为1100～1250℃，开轧温度为1050～1200℃，终轧温度在850℃以上，卷曲温度为500～700℃；热轧卷开卷、酸洗、冷轧、退火，冷轧压下率≥65％；冷轧退火后的钢板进行开卷落料、进加热炉加热、然后进行热成形，奥氏体化加热温度为900～950℃，保温3～8min；钢板从取出至模具冲压前空冷时间控制在4～8s；模具冲压淬火，控制淬火冷却速度≥20℃s，淬火水温控制在40～60℃，保持淬火水流动性，淬火过程中水不停滞；待工件温度≤80℃可将工件从模具中取出，也可在模具中继续冷却至室温。3.根据权利要求2所述的热冲压成形钢热成形方法，其特征在于，所述工件的抗拉强度≥1500MPa，延伸率≥6％，组织为马氏体+铁素体，其中马氏体含量92％～95％。

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