一种超高强韧性Mn-B钢结构件连续在线制备方法技术

本发明专利技术属于钢材冲压成型技术领域，公开了一种超高强韧性Mn‑B钢结构件连续在线制备方法，利用电极辊连续传动进行Mn‑B钢带材循环加热‑淬火，使高温奥氏体以及淬火后马氏体晶粒超细化；电极辊连续传动过程中进行自阻加热方式的高速度加热；并且进行多次反复加热‑淬火实现元素的均匀化扩散；通过热冲压成形保压淬火过程中模具内的高冷却速度或冲压成形后的强制冷却方法，使超细晶奥氏体转变为超细晶马氏体或超细晶马氏体+少量贝氏体等组织，实现高强韧性结构件制备。本发明专利技术能够有效减少氧化，从而有利于低成本非涂层板的推广使用，并且多次的反复加热‑淬火还能够在较短的时间内实现元素的均匀化扩散，有助于构件的性能均一性。

A Continuous on-line Preparing Method for Ultra-high Strength and Toughness Mn-B Steel Structural Parts

The invention belongs to the technical field of steel stamping and forming, and discloses a continuous on-line preparation method for super-high strength and toughness Mn B steel structural parts, which uses continuous drive of electrode roll to carry out cyclic heating and quenching of Mn B steel strip, so as to superfine high temperature austenite and martensite grain after quenching; high-speed heating of self-resistance heating mode is carried out during continuous drive of electrode roll; and multiple times are carried out. The homogenization and diffusion of elements are realized by repeated heating and quenching, and the ultra-fine austenite is transformed into ultra-fine grain martensite or ultra-fine grain martensite + a small amount of bainite by means of high cooling rate in the die during holding pressure quenching in hot stamping or forced cooling after stamping, so as to realize the preparation of high strength and toughness structural components. The invention can effectively reduce oxidation, thereby facilitating the popularization and use of low-cost non-coated plates, and the repeated heating and quenching can also achieve the uniform diffusion of elements in a relatively short time, which is helpful to the uniformity of the performance of components.

【技术实现步骤摘要】
一种超高强韧性Mn-B钢结构件连续在线制备方法
本专利技术属于钢材冲压成型
，尤其涉及一种超高强韧性Mn-B钢结构件连续在线制备方法。
技术介绍
目前，业内常用的现有技术是这样的：汽车轻量化以及安全性的双重要求，促使高强以及超高强钢在白车身上的应用比例越来越大。其中热冲压成形由于成形力小，成形件精度高且成形构件强度高等特点，成为汽车零部件制造业推广越来越普遍的一种成形工艺方式。现在应用最普遍的热成形超高强钢的抗拉强度水平为1500MPa级别，部分产品的强度水平甚至可以达到1800MPa。据不完全统计，现在全球主流车型都在采用热冲压成形技术生产的超高强钢板作为汽车轻量化以及提升安全性的主要方法，其中欧美系车应用相对较多，如AudiA3车身使用热成形钢的比例为21.7％，Volvo品牌下的个别车型在热成形钢的用量上甚至达到整个车身用材料的40％以上。目前国内共有热冲压生产线100多条，但是热冲压工艺中坯料加热都采用辊底炉或者箱式炉加热的方式，且为保证加热奥氏体化后碳元素等的扩散均匀化，造成上述方式加热时间较长，坯料在炉时间一般均在3-5分钟，这直接带来坯料的氧化问题而影响后续成形件的表面质量。因此，这种炉型通常会带有保护气氛，且同时需采用带Al-Si涂层的坯料进行热冲压生产。由于该类Al-Si涂层板的供货受制于国外专利保护，目前只有一家国外的钢铁企业能够提供，因此导致热冲压原材料成本居高不下。这也是热冲压相比较于冷冲压成本较高的主要原因之一。传统辊底炉加热方式下的热冲压工艺流程长，成本高，且为避免坯料氧化通常需要采用高成本Al-Si涂层板，一旦采用铝硅涂层板后为保证涂层与铁基体的有效扩散时间以形成防氧化的金属间化合物，就造成加热过程周期长，效率低，部分温度区间加热速度无法提高等问题。在传统热冲压成形工艺下，现阶段应用最普遍的钢种22MnB5所能实现的最高强度约为1500MPa,且延伸率低(<7％)，冲击韧性较差(约为65J/cm2)。在现有工艺下，要实现热成形构件强韧性综合性能的进一步提升，以进一步挖掘构件轻量化的潜力，只能通过改变热成形钢品种(在22MnB5钢成分基础上添加Nb等微合金元素,或者提高碳含量等方式)以达到所需目的。而这无疑又提高的原材料成本且提高了材料的碳当量，不利于后续焊接性能。此外，现有的Mn-B系热成形钢结构件虽然具有超高强度，但是普遍存在韧性尤其是低温韧性较差的不利特点，并且强度越高该方面的缺陷越发突出，从而使得相应结构件在使用过程中始终存在脆性断裂的隐患，在很大程度上限制了其进一步的推广应用。综上所述，现有技术存在的问题是：传统辊底炉加热方式下的热冲压工艺流程长，成本高，且为避免坯料氧化通常需要采用高成本Al-Si涂层板，一旦采用铝硅涂层板后为保证涂层与铁基体的有效扩散时间以形成防氧化的金属间化合物，就造成加热过程周期长，效率低，部分温度区间加热速度无法提高等问题；在传统热冲压成形工艺下，现阶段应用最普遍的钢种22MnB5所能实现的最高强度约为1500MPa,且延伸率低(<7％)，冲击韧性较差(约为65J/cm2)。在现有工艺下，要实现热成形构件强韧性综合性能的进一步提升，以进一步挖掘构件轻量化的潜力，只能通过改变热成形钢品种(在22MnB5钢成分基础上添加Nb等微合金元素,或者提高碳含量等方式)以达到所需目的。而这无疑又提高的原材料成本且提高了材料的碳当量，不利于后续焊接性能。传统热冲压成形工艺下，加热前坯料需要预先激光下料或冷冲裁，尤其如果采用激光下料的成本是较高的，不利于降低热成形件的价格和推广应用。解决上述技术问题的难度和意义：解决上述问题，需要综合考虑压缩加热段成本、坯料加热过程中的氧化防护、热成形件组织超细化以及均匀化这几项关键问题。采用新型的热冲压工艺流程，循环快速加热-淬火及短时均温化的加热模式可同时有效解决上述关键问题，且后期通过将热冲裁与热冲压成形有效整合后，有望进一步取消传统工艺流程下的冷冲裁或激光落料工序，是一种十分有发展前景的前瞻性热冲压工艺流程。因为能够同时带来热成形件综合性能提升、减少构件氧化、降低热成形构件成本、提高热冲压成形生产效率等多项优势。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种超高强韧性Mn-B钢结构件连续在线制备方法。本专利技术是这样实现的，一种超高强韧性Mn-B钢结构件连续在线制备方法，所述超高强韧性Mn-B钢结构件连续在线制备方法包括：利用电极辊连续传动进行Mn-B钢带材循环加热-淬火，使高温奥氏体以及淬火后马氏体晶粒超细化；同时，电极辊连续传动过程中进行自阻加热方式的高速度>100℃/s加热；并且进行多次反复加热-淬火实现元素的均匀化扩散；通过热冲压成形保压淬火过程中模具内的高冷却速度或冲压成形后的强制冷却方法，使超细晶奥氏体转变为超细晶马氏体或超细晶马氏体+少量贝氏体组织，实现高强韧性结构件制备。进一步，钢带材或为在热冲压成形保压淬火或者成形后冷却过程中实现所需组织转变的钢种；使高温奥氏体以及淬火后马氏体晶粒超细化中，在线应用连续多次循环自阻加热及冷却工艺和装置，对热冲压成形前坯料进行高温奥氏体晶粒超细化处理以及成分均匀化。进一步，结合最后一对电阻率的电极辊加热的方法以及后续快速均温炉，实现具有超细晶奥氏体组织的高温坯料在热冲压前的预制备。进一步，所述超高强韧性Mn-B钢结构件连续在线制备方法包括：(1)选择热轧或冷轧非涂层板，根据一个冲次下成形模具内的零件个数选择合理尺寸的初始矩形坯料尺寸，单张坯料板的最大长度不低于两对自阻加热辊的辊间距；(2)坯料经纵向自阻加热淬火装置实施连续在线的循环加热及淬火过程，利用在相邻的两对电极辊间加载的低压大电流进行快速加热，随后再通过水冷电极辊时实施淬火冷却；连续通过多对电极辊，对坯料板材实现多次循环加热-淬火冷却处理；(3)最后一对电极辊选用具有高电阻率材料，与短时均温炉搭配，获得热冲压成形前具有超细晶奥氏体的均匀化的高温坯料；(4)坯料从均温炉快速取出后，置于热冲压成形的压力机上，合模保压淬火，完成奥氏体向马氏体转变的同时实现零件成形成性；(5)开模后取出零件,实施自然冷却或采取后续的强制冷却措施，获得所需具有更高强韧性的结构件。进一步，超高强韧性Mn-B钢结构件连续在线制备方法包括：(1)选择热轧或冷轧非涂层板，根据一个冲次下成形模具内的零件个数选择合理尺寸的初始矩形坯料尺寸；(2)坯料经横向自阻加热淬火装置加热设备实施连续在线的循环加热及淬火过程，其中快速加热过程依靠每对立辊电极间产生的低压大电流实现沿板宽方向的快速升温，随即后续实施快速冷却淬火；连续通过多对电极辊，对坯料板材实现多次循环加热-淬火冷却处理；(3)坯料板材能够在通过最后一对立辊电极加热后，不实施冷却，而随即进入短时均温炉，获得热冲压成形前具有超细晶奥氏体的均匀化的高温坯料；(4)坯料从均温炉快速取出后，置于热冲压成形的压力机上，合模保压淬火，完成奥氏体向马氏体转变的同时实现零件成形成性；(5)开模后取出零件,实施自然冷却或采取后续的强制冷却措施，最终能够获得具有更高强韧性的结构件。本专利技术的另一目的在于提供一种利用所述的超高强韧性Mn-B钢结构件连续在线制备方法制备的超高强韧性Mn本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高强韧性Mn‑B钢结构件连续在线制备方法，其特征在于，所述超高强韧性Mn‑B钢结构件连续在线制备方法包括：利用电极辊连续传动进行Mn‑B钢带材循环加热‑淬火，对高温奥氏体以及淬火后马氏体晶粒进行超细化处理；电极辊连续传动过程中进行自阻加热，加热速度>100℃/s；进行多次反复加热‑淬火对Mn‑B钢带材元素进行均匀化扩散；通过热冲压成形保压淬火过程中模具内的高冷却速度或冲压成形后的强制冷却方法，使超细晶奥氏体转变为超细晶马氏体或超细晶马氏体+少量贝氏体组织，获得高强韧性结构件。

【技术特征摘要】
1.一种超高强韧性Mn-B钢结构件连续在线制备方法，其特征在于，所述超高强韧性Mn-B钢结构件连续在线制备方法包括：利用电极辊连续传动进行Mn-B钢带材循环加热-淬火，对高温奥氏体以及淬火后马氏体晶粒进行超细化处理；电极辊连续传动过程中进行自阻加热，加热速度>100℃/s；进行多次反复加热-淬火对Mn-B钢带材元素进行均匀化扩散；通过热冲压成形保压淬火过程中模具内的高冷却速度或冲压成形后的强制冷却方法，使超细晶奥氏体转变为超细晶马氏体或超细晶马氏体+少量贝氏体组织，获得高强韧性结构件。2.如权利要求1所述的超高强韧性Mn-B钢结构件连续在线制备方法，其特征在于，钢带材或在热冲压成形保压淬火、或在成形后冷却进行所需钢种转变；对高温奥氏体以及淬火后马氏体晶粒进行超细化处理中，在线应用连续多次循环自阻加热及冷却工艺和装置，对热冲压成形前坯料进行高温奥氏体晶粒超细化处理以及成分均匀化。3.如权利要求1所述的超高强韧性Mn-B钢结构件连续在线制备方法，其特征在于，结合最后一对电阻率的电极辊加热的方法以及后续快速均温炉，对具有超细晶奥氏体组织的高温坯料在热冲压前进行预制备。4.如权利要求1所述的超高强韧性Mn-B钢结构件连续在线制备方法，其特征在于，所述超高强韧性Mn-B钢结构件连续在线制备方法进一步包括：(1)选择热轧或冷轧非涂层板，根据一个冲次下成形模具内的零件个数选择初始矩形坯料尺寸，单张坯料板的最大长度不低于两对自阻加热辊的辊间距；(2)坯料经纵向自阻加热淬火装置实施连续在线的循环加热及淬火过程，利用在相邻的两对电极辊间加载的低压大电流进行快速加热，再通过水冷电极辊时实施淬火冷却；连续通过多对电极辊，对坯料板材进行多次循环加热-淬火冷却处理；(3)最后一对电极辊选用具有高电阻率材料，与短时均温炉搭配，获得热冲压成形前具有超细晶奥氏体的均匀化的高温坯料；(4)坯料从均温炉快速取出后，置于热冲压成形的压力机上，合模保压淬火，完成奥氏体向马氏体转变的同时实现零件成形成性；(5)开模后取出零件,实施自然冷却或采取后续的强制冷却措施，获得所需具...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚圣杰，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：山东,37