一种低温热冲压汽车零部件、其热冲压工艺及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种低温热冲压汽车零部件，其微观组织为马氏体+奥氏体+铁素体，其化学元素质量百分比为：C：0.1％～0.3％，Si：0.1％～2.0％，Mn：3％～7％，Al：0.01％～0.06％，P≤0.02％，S≤0.02％，N≤0.005％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。另外，本发明专利技术还公开了该低温热冲压汽车零部件的热冲压工艺。此外本发明专利技术还公开了该低温热冲压汽车零部件的制造方法，其依次包括步骤：1)冶炼；2)铸造；3)热轧；4)退火；5)酸洗；6)冷轧；7)热冲压，其中热冲压的加热保温温度为700-850℃，保温时间为2-10min，以完成完全奥氏体化。本发明专利技术所述的低温热冲压汽车零部件在具有较高的强度的同时还兼具较好的拉伸延展性以及优良的强塑性匹配。

Low temperature hot stamping automobile parts, hot stamping process and manufacturing method thereof

The invention discloses a low temperature hot stamping of automobile parts, the microstructure is martensite, austenite and ferrite, the chemical element mass percentage: C:0.1% ~ 0.3%, Si:0.1% ~ 2%, Mn:3% ~ 7%, Al:0.01% ~ 0.06%, P = 0.02%, S = 0.02%, N = 0.005%, impurity allowance is Fe and other unavoidable. In addition, the invention also discloses the hot stamping process of the low temperature stamping automobile parts. In addition, the invention also discloses a method for manufacturing the low warm stamping of automobile parts, which comprises the following steps: 1) 2) smelting; casting; hot rolling; 3) 4) 5) annealing; pickling; cold rolling; 6) 7) hot stamping, hot stamping of the insulation of the heating temperature of 700-850, the holding time is 2-10min, in order to complete the complete austenitizing. The low temperature hot stamping automobile component has high tensile strength, good tensile ductility and excellent strong plastic matching.

【技术实现步骤摘要】
一种低温热冲压汽车零部件、其热冲压工艺及其制造方法
本专利技术涉及一种金属零部件及其制造方法，尤其涉及一种汽车零部件及其制造方法。
技术介绍
随着相关产业领域对于汽车安全性和减重节能需求的不断提高，汽车零部件的强度也随之逐步提升。在汽车制造领域，已经将1180MPa的双相钢广泛地应用于冷冲压用钢中。同时，1500MPa的马氏体钢也被应用到保险杠等形状简单的零件上。但是，由于很多汽车加强件形状复杂，1500MPa的马氏体钢无法实现冷冲压成形，热冲压成形由此应运而生。热冲压成形是将钢板加热到750℃以上，保温一定时间进行充分奥氏化以后，进行热冲压成形，通过模具将钢板淬火至室温，以获得1500MPa及以上强度级别的全马氏体组织零件。由于热冲压用钢是在高温下成形的，因此能够冲压成形状较为复杂的加强件，并且不会产生回弹，同时加强件的尺寸精度高，从而在汽车制造领域得到了广泛的应用。在2006年期间，大约有1亿件热冲压用钢零部件在全球生产，目前全球每年约生产3亿件热冲压用钢零部件。现有技术中的热冲压用钢(22MnB5钢)是通过模压淬火获得全马氏体组织的零部件，因此抗拉强度可以达到1500MPa及以上。然而，此类钢材料的总伸长率相当有限，仅为5～6％左右，因此，在某些工作环境下被认为并不能用于关键的安全零部件。出于对零部件的碰撞吸收能和冲击载荷下材料耐断裂性的考虑，汽车制造领域希望热成形零部件具有更好的拉伸延展性。目前，主要通过在零件上组合不同厚度/力学性能的材料来提高碰撞吸收能，例如，拼焊板(TWB)和变厚板(VRB)等等。如何通过钢材料的本身来提高其热冲压用钢强塑性，从而在确保零部件强度的前提下提升零部件的拉伸延展性，在国际上的研究并不多。另外，热冲压用钢的加热温度通常在930～950℃之间，加热温度较高，热能消耗也大。如果能够显著地降低热冲压用钢制造工艺过程中的加热温度，则有利于节能减排，并且可以进一步地降低热冲压用钢的生产制造成本。鉴于此，期望获得一种汽车零部件材料，其具有较高的强度且较好的拉伸延展性。与此同时，企业还期望能够通过热冲压用钢零件热冲压前加热能耗的减少，大幅度地降低生产制造成本。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种低温热冲压汽车零部件，该汽车零部件具有较高的强度及较好的拉伸延展性。同时，该汽车零部件还具备了优良的强塑性匹配，有利于提高由该钢材制成的汽车零部件的碰撞吸收能。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种低温热冲压汽车零部件，其微观组织为马氏体+奥氏体+铁素体，该低温热冲压汽车零部件的化学元素质量百分比为：C：0.1％～0.3％；Si：0.1％～2.0％；Mn：3％～7％；Al：0.01％～0.06％；P≤0.02％；S≤0.02％；N≤0.005％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。本专利技术所述的低温热冲压汽车零部件中的各化学元素的设计原理为：碳：碳是钢中典型的固溶强化元素，同时其还可以提高奥氏体的稳定性，有利于在室温下保留一定体积分数的残余奥氏体，从而产生相变诱导塑性(TRIP)效应。对于本技术方案来说，当碳元素含量低于0.1％时，钢的强度较低，而当碳元素含量高于0.3％时，钢的性能则会恶化，尤其不利于钢材料的焊接性能。为此，在本专利技术所述的低温热冲压汽车零部件中的碳含量需要设定为0.1％～0.3％。硅：硅是炼钢脱氧的必要元素。硅不仅有一定的固溶强化作用，还具有抑制碳化物析出的作用。一旦硅含量不到0.1％，难以在钢中获得充分的脱氧效果。然而，硅含量太高也会影响钢的综合性能。此外适量的硅元素还可以起到阻止渗碳体析出的作用，从而提高冷却过程中奥氏体的稳定性。鉴于此，需要将低温热冲压汽车零部件中的硅含量控制为0.1％～2％，并优选为0.3％～1.5％。锰：锰作为有效的合金元素，其可以降低钢中的α-γ相的转变温度，即降低Ae1和Ae3的温度。由于本专利技术所述的汽车零部件中的锰含量为3％～7％，锰含量的增加使得本专利技术的钢材较之于现有的22MnB5钢具有低得多的奥氏体化温度，由此通过Mn含量的设计可以有效地降低了该汽车零部件的制造工艺中的热冲压的加热保温温度，也就是说，现有技术中的热冲压的加热保温温度可以从930～950℃被大幅度地降低，这样本专利技术所述的汽车零部件较之于现有的22MnB5钢的生产制造成本将显著下降。另外，通过Mn含量的设计还可以延缓回复、再结晶和晶粒长大，细化显微组织，从而令钢材中的晶粒尺寸控制在一阈值之下(例如，控制晶粒尺寸≤3μm)。通过富Mn设计可以起到晶粒细化作用，并提高钢中奥氏体的稳定性。当温度降低至室温时，钢中产生相变诱导塑性效应(TRIP效应)，一方面提高钢种的强塑性，另一方面降低热冲压加热保温温度。此外，锰也大大提高了钢材的淬透性，使得获得马氏体的临界冷速大幅降低。因此，在本专利技术所述的低温热冲压汽车零部件中的锰含量应当被设定为3％～7％，并优选为5％～7％。铝：铝在炼钢过程中具有脱氧作用，铝的添加是为了提高钢水的纯净度。此外，铝还能固定钢中的氮，并与氮形成稳定的化合物，有效细化晶粒。同时，钢中添加铝具有阻止渗碳体析出，并促进钢中逆马氏体相变的作用。因此，需要将本专利技术所述的汽车零部件中的铝含量限定在0.01％～0.06％范围之间。进一步地，本专利技术所述的低温热冲压汽车零部件中的各化学元素含量满足：24.2C(％)-2.8Si(％)+Mn(％)-10.1Al(％)≥2，式中的C、Si、Mn和Al分别表示相应元素的质量百分比，也就是说公式中C、Si、Mn、Al代入的数值是百分号前的数值，例如C含量为0.2％的实施例中，该公式中C的代入数值就是0.2。。在本技术方案中，尽管Mn的添加可以降低完全奥氏体化温度，但由于本专利技术钢中为了保证钢种的力学性能还需要添加其它合金元素，而这些元素可能会提高奥氏体化温度，因此，为了实现低温热冲压的低加热温度工艺，必须同时考虑其它合金元素的影响。本案专利技术人在长期的研究实验过程中发现，对钢种奥氏体化影响最为显著的四个元素是C、Si、Mn和Al，其中C降低奥氏体化温度的效果最为强烈，Mn元素虽然也可以降低奥氏体化温度，但影响能力有限；而Si和Al的添加与C和Mn的效果相反，将会大幅提高完全奥氏体化温度，并且Al对奥氏体化温度提升的能力数倍于Si。基于此，本案专利技术人根据大量实验研究设计了上述公式，以实现低奥氏体化温度的目的。进一步地，本专利技术所述的低温热冲压汽车零部件中的奥氏体的相比例为5％～30％。更进一步地，在本专利技术所述的低温热冲压汽车零部件中，所述奥氏体包括典型奥氏体，典型奥氏体的相比例(即典型奥氏体占全部微观组织的比例)为5～20％。本案中提及的“典型奥氏体”是指变形过程中可以发生形变诱导塑性的亚稳态奥氏体。通过在马氏体基体中引入亚稳态奥氏体，可以在材料变形过程中产生显著的相变诱导塑性(TRIP效应)，从而提高钢种的碰撞吸收能。室温下奥氏体的含量与Mn含量和晶粒尺寸的控制有关，提高Mn含量、减小晶粒尺寸，可以提高室温下奥氏体的体积分数。此外，当材料中同时存在一定分数(≥1％)的稳态奥氏体(变形过程中只发生形变不产生相变)时，由于奥氏体本身具有优良的变形能力，其同样可以提高钢种的塑性，但其提高加工硬化的能力不如亚稳态奥氏体。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低温热冲压汽车零部件，其特征在于，其微观组织为马氏体+奥氏体+铁素体，所述低温热冲压汽车零部件的化学元素质量百分比为：C：0.1％～0.3％，Si：0.1％～2.0％，Mn：3％～7％，Al：0.01％～0.06％，P≤0.02％，S≤0.02％，N≤0.005％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种低温热冲压汽车零部件，其特征在于，其微观组织为马氏体+奥氏体+铁素体，所述低温热冲压汽车零部件的化学元素质量百分比为：C：0.1％～0.3％，Si：0.1％～2.0％，Mn：3％～7％，Al：0.01％～0.06％，P≤0.02％，S≤0.02％，N≤0.005％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。2.如权利要求1所述的低温热冲压汽车零部件，其特征在于，所述奥氏体的相比例为5％～30％。3.如权利要求2所述的低温热冲压汽车零部件，其特征在于，所述奥氏体包括典型奥氏体，典型奥氏体占全部微观组织的相比例为5％～20％。4.如权利要求3所述的低温热冲压汽车零部件，其特征在于，其中铁素体的相比例为≤20％。5.如权利要求1所述的低温热冲压汽车零部件，其特征在于，其晶粒尺寸≤5μm。6.如权利要求1所述的低温热冲压汽车零部件，其特征在于，其化学元素还具有0＜Nb≤0.5％，0＜V≤1.0％，0＜Ti≤0.5％的至少其中之一。7.如权利要求1所述的低温热冲压汽车零部件，其特征在于，Si含量为0.3％～1.5％。8.如权利要求1所述的低温热冲压汽车零部件，其特征在于，Mn含量为5％～7％。9.如权利要求1所述的低温热冲压汽车零部件，其特征在于，其抗拉强度≥1500MPa，且其伸长率≥15％。10.如权利要求1-9中任意一项所述的低温热冲压汽车零部件，其特征在于，其化学元素含量满足：24.2C-2.8Si+Mn-10.1Al≥2，式中的C、Si、Mn和Al分别表示相应元素的质量百分比。11.如权利要求1-10中任意一项所述的低温热冲压汽车零部件的热冲压工艺，其特征在于：热冲压的加热保温温度为700～850℃，保温时间为2～10min，以完成完全奥氏体化。12.如权利要求11所述的热冲压工艺，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩启航，张玉龙，王利，徐伟力，罗爱辉，冯国武，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31