本发明专利技术涉及一种用于冲压成形的钢材，其特征在于，所述钢材以重量百分比计包括0.22~0.48%的C、5~9.5%的Mn、0.5~3.0%的Si+Al以及余量的Fe和不可避免的杂质，其中所述钢材为热轧、热轧酸洗、热轧酸洗镀层钢卷或钢板，或者冷轧退火、冷轧镀层钢卷或钢板。本发明专利技术还涉及基于上述钢材的冲压成形工艺和冲压成形构件，主要用于但不限用于汽车结构件。所述钢卷或钢板或成形构件经加热至650~780℃保温0.5~60分钟而获得，含有超过30%（以体积分数计）的残余奥氏体。其力学性能达到：屈服强度0.5~1.2GPa，抗拉强度1.0~1.5GPa，强塑积（抗拉强度×延伸率）25GPa%以上。本发明专利技术还涉及所述钢材的成形构件与热处理方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种用于冲压成形的钢材，以及基于上述钢材的冲压成形构件和热处 理方法。
技术介绍
节能减排已经成为汽车的重要指标，实现这些目标的重要手段是汽车的轻量化。 降低车重能够提高燃油利用率并减少废气排放。在减重的同时保障安全性，高强度钢的使 用就成为必然趋势。目前，比如双相(DP)钢、多相(CP)钢、相变诱发塑性(TRIP)钢、马氏体钢 等第一代先进高强钢(其强塑积即抗拉强度X总延伸率为15~20GPa%)已在汽车领域广泛应 用，并对汽车轻量化起到了重要作用。然而，第一代先进高强钢的成型性能及强度仍然有待 提高，以满足日益提升的汽车设计需求。以孪晶诱导塑性(TWIP)为代表的第二代先进高强 钢的强塑积可达60GPa%，并已经实现了产业化，但是由于合金元素的大量添加，导致其制造 成本高，生产难度大，并且大量添加的合金元素恶化了钢的焊接性能，从而未得到广泛的应 用。开发第三代先进高强钢的主要目的就是为了在材料的成本和材料的性能之间取得平 衡，其强塑积一般在25GPa%以上。 根据最近的研究进展，含锰量在5wt%至30wt%的先进高强钢以其出色的力学性能 将有可能成为下一代强度超过lGPa以上的先进汽车用钢。钢中含锰量的高低和钢的塑性变 形机制，把锰钢分为三类:Μη含量在4~8wt%，一般含碳量较低，其组织为残余奥氏体和铁素 体的双相组织，其强化机制一般为TRIP效应，在变形过程中残余奥氏体发生相变，导致高的 加工硬化率和一般在30%左右的延伸率;Μη含量在12~22wt%，此类钢的初始组织为奥氏体组 织，层错能一般为20mJ/m 2,由于其强化机制为TWIP(孪晶诱导塑性），此类钢具有出色的加 工硬化率和一般60%左右的延伸率;Μη含量在22~30wt%，其强化机制为1?1?(]\^(^(^311(1-induced plasticity，微带诱导塑性），此类钢具有较高的碳含量和错含量，其层错能在 80mJ/m2。在变形过程中形成微剪切带导致高的加工硬化率和一般60%的延伸率。 综合目前节能减排和第三代先进高强钢的要求，锰含量在3~10%的中锰钢广受关 注。中锰钢的热乳态组织一般为马氏体组织，而后选择合适的退火温度，在两相区保温足够 的时间，得到奥氏体和铁素体的双相组织，并且在此过程中完成碳和锰向奥氏体中扩散的 过程，使奥氏体体稳定至室温，得到较多的奥氏体组织。利用残余奥氏体的形变和阻碍裂纹 扩展，获得较高的强度和延伸率。一般为了扩大两相区的温度区间会加入较高的铝，较多铝 的加入会引起退火温度升高，晶粒粗大，导致屈服强度降低。一般中锰TRIP钢的设计，其碳 含量较低，一般在〇. 2%以下，其抗拉强度一般在lOOOMPa左右，屈服强度在600MPa以下，延伸 率在30%以下。 残余奥氏体的控制对于钢的强塑性有重要影响。影响残余奥氏体塑性变形机制的 因素很多，其中包括机械稳定性和奥氏体的层错能。其中碳元素是便宜的固溶强化元素和 奥氏体稳定元素，并且碳元素对层错能有影响和通过影响热处理工艺改变钢的晶粒尺寸。 层错能是奥氏体的变形机制有重要影响。随着层错能的降低，塑性变形机制依次 为位错滑移机制、形变孪晶和发生马氏体相变。影响层错能的因素主要是奥氏体的成分和 晶粒大小。碳、猛和错将提尚奥氏体的层错能，少量的娃能提尚奥氏体的层错能并能起到固 溶强化的作用而提高钢的屈服强度和抗拉强度，而铬降低奥氏体的层错能。奥氏体的晶粒 变大会提供更多的层错的形核位置和剪切带的交互作用，但是同时会引起晶格切边的弹性 应变能和剪切变形的应变能的降低而引起马氏体相变。奥氏体的晶粒或板条尺寸细小会提 高其层错能，而影响其塑性变形机制。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供一种高强韧性和高吸能性的冲压成形用钢材，以及基 于这种钢材的冲压成形构件和热处理方法。本专利技术的钢材热处理是在两相区保温处理，利 于实现温度的精确控制，其碳锰含量高，淬透性好，对冷却速度要求低。将热处理后的钢板， 其机械力学性能达到：屈服强度0.5~1.2GPa，抗拉强度1.0~1.5GPa，强塑积(抗拉强度X延 伸率)25GPa %以上。经在模具上冲压成形为构件，主要用于但不限于汽车结构件。 根据专利技术的第一方面，提供了一种用于冲压成形的钢材，所述钢材以重量百分比 计包括0.22~0.48%的C、5~9.5%的Μη、0.5~3.0%的Si+Al以及余量的Fe和不可避免的杂质，其 中所述钢材为热乳卷(板）、热乳酸洗卷(板）、冷乳退火卷(板）、冷乳镀层卷(板)之一，其在 冲压成形之前经加热至650~780°C保温（其中可选择680、700、720、750°(3等温度)0.5~60分 钟(其中可选择5、10、20、30、40、50等时间）的热处理而获得。利用热力学软计算出两相区退 火平衡时奥氏体中锰、碳及其它合金元素的变化。然后根据平衡时钢中奥氏体的比例和基 于马氏体相变K-M公式，fM=l-exp(-0.011(Ms-QT)(其中QT=室温，Ms根据奥氏体中元素的变 化求出），计算出得到最大残余奥氏体的对应的退火温度，根据不同合金成分和制造工艺， 在此温度保温0.5分钟~1小时。结合成分设计和工艺选择，得到残余奥氏体的体积分数在 30%~60%，体积分数40%~70%的马氏体(铁素体)组织，和0~3%的碳化物。由于碳元素和锰元素 在奥氏体中扩散速度要比在马氏体中慢几个数量级，一次会造成奥氏体的局部区域富集较 多的碳元素和锰元素，最终实测残余奥氏体中的碳含量在0.5%以上，锰含量大于7%，奥氏体 的晶粒小于lMi。钢板在变形过程中，在奥氏体内部产生马氏体相变和形变孪晶，有利于提 高钢板的吸能性和延伸率。 本专利技术的钢材基于高碳中锰的成分设计，碳含量在0.22~0.48%之间，优选0.25~ 0.45%，锰含量在5~9.5%之间，优选为6~8%。碳和锰都是奥氏体稳定元素，均能强烈的降低钢 的奥氏体化温度和马氏体开始相变温度，在退火热处理过程中，形成奥氏体/铁素体的板条 交替组织，且碳和锰配分至奥氏体中，使奥氏体稳定至室温以下，变形过程中发生TRIP效应 逐渐相变为马氏体，提高钢材的强度和延性;特别地，本专利技术钢中优化的成分设计及退火工 艺的钢材，其残余奥氏体具有较高的碳和锰，部分奥氏体的层错能较高，变形过程中形成形 变孪晶，可进一步提高加工硬化率以及同时提高材料强度和延性。当碳和锰含量较低时，为 得到较多的奥氏体，伴随其优选退火温度需提高，导致奥氏体的晶粒较粗大，而造成奥氏体 稳定性较差，在变形过程中钢的强韧性降低。碳含量较高时，可能会形成过共析的组织，而 形成较多的粗糙的碳化物而恶化钢的力学性能。申请人发现把Μη含量控制在5~9.5%，碳含 量控制在0.22~0.48%之间，能取得较好的强塑性。 根据本专利技术的一个优选实施例，所述钢材进一步包含以下成分中的至少一种:Cr: 0.001%~5%；Μ〇：Ο .001%~2.0%；ff：0.001%~2.0%；Τ?：0.0001%~0.4%；Nb：0.0001%~0.4%；Zr： 0·0001%~0·4%;V:0·0001%~0·4%;Cu:0·0005%~2%;Ni:0·0005%~3·0%;Β:0·000本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于冲压成形的钢材，其特征在于，所述钢材以重量百分比计包括0.22~0.48%的C、5~9.5%的Mn、0.5~3.0%的Si+Al以及余量的Fe和不可避免的杂质。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：易红亮，杜鹏举，杨达朋，熊小川，
申请(专利权)人：重庆哈工易成形钢铁科技有限公司，
类型：发明
国别省市：重庆;85
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