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，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％～1.5％，Mn：7％～12％，Al：0.01％～3.0％，N：0.005％～0.010％，P≤0.02％，S≤0.02％，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。相应地，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)酸洗；5)冷轧；6)热冲压，其中热冲压的加热保温温度为750-830℃，保温时间为1-10min，以完成完全奥氏体化。该低温热冲压汽车零部件具备较高的抗拉强度、良好的塑性和较高的强塑积。

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 of martensite and austenite, the quality of the low percentage of chemical elements of warm stamping auto parts: C:0.1% ~ 0.3%, Si:0.1% ~ 1.5%, Mn:7% ~ 12%, Al:0.01% ~ 3%, N:0.005% ~ 0.010%, P = 0.02%, S = 0.02%, residual impurities for Fe and other inevitable. In addition, the invention also discloses the hot stamping process of the low temperature stamping automobile parts. Accordingly, 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) pickling; cold rolling; 6) hot stamping, hot stamping and heat insulation temperature of 750-830, the holding time is 1-10min. In order to complete the complete austenitizing. The low temperature stamping automobile parts have higher tensile strength, good plasticity and higher strength.

【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
为了达到车身轻量化、安全性能提高和节能减排的目的，先进高强钢被广泛地应用于汽车制造领域，例如，DP钢，CP钢，TRIP钢等。然而，随着钢板强度提高以及厚度减薄，在冲压成形过程中，车身零件容易发生开裂，并且回弹较难控制，影响零件的尺寸精度和车身装配。因此，成形后强度高、成形零件形状复杂的热冲压工艺及热冲压用钢(PHS)被广泛用于车身结构件上，诸如前纵梁、B柱和保险杠等。热冲压用钢于1988年已经首次应用在侧防撞梁SAAB9000前后门上。目前，在全球范围内每年有数以亿计的热冲压用钢零件被生产，在2014年全球采用生产热冲压用钢制成的零件超过5.5亿件。热冲压用钢的广泛应用可以归因于现代热成形技术所具备的以下优点：1)在高温下可以形成外观形状复杂的零件，且该零件具有全马氏体微观组织和超高抗拉强度；2)由于在高温下成形后不发生回弹，尺寸精度高；3)可以在表面涂覆有防腐蚀效果的铝硅涂层。另外，由于技术扩散和高效的生产能力，使得热成形的轻量化方案具有显著的经济效益。已经设计、制造并在市场上销售的大量的汽车热冲压零件通常占到了车身结构的20％以上。目前，广泛采用的热冲压成形钢是含硼钢22MnB5(0.22C～1.2Mn，wt.％)。22MnB5钢的生产工艺是在930～950℃下保温6～10分钟后，通过随后的热冲压和模具淬火，使得成形零件获得1500MPa抗拉强度和约为6％的总伸长率。然而，未来的燃油经济性要求更加积极的整车质量减重方案。鉴于此，企业期待在保证低成本的前提下获得一种强度更高和塑性更好的钢材，以实现下一代车身构造的轻量化。
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，该汽车零部件兼具较高的抗拉强度和良好的塑性。此外，本专利技术所述的低温热冲压汽车零部件还具有较高的强塑积。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；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％～1.5％；Mn：7％～12％；Al：0.01％～3.0％；N：0.005％～0.010％；P≤0.02％；S≤0.02％；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：C作为固溶强化元素可以提高马氏体的硬度，从而提升钢种的强度。同时，C还可以起到稳定残余奥氏体的作用，从而促进一定比例的奥氏体稳定至室温，由此在零件变形过程中提高钢种的塑性。但是，当C含量过高时，会恶化钢的焊接性能。对于此，本专利技术所述的汽车零部件中的C含量应当限定为0.1％～0.3％。硅：Si是置换固溶合金元素，它可以促进C在奥氏体中的富集，使得钢中的奥氏体稳定性增加，提高钢种的强度，并在一定程度上提高其韧性。同时，由于Si可以提高C的活度，抑制了晶内和界面处碳化物的形成。另外，固溶Si还可以影响位错之间的相互作用，提高加工硬化速率以及均匀伸长率。然而，Si会形成一些低熔点的复杂氧化物，较高含量的Si会给热轧表面质量带来不利影响。因此，本专利技术所述的汽车零部件Si含量需要设定为0.1％～1.5％。锰：Mn属于固溶强化元素，可以稳定钢中的奥氏体，降低奥氏体化加热后获得马氏体所必需的冷却速率，并提高钢的淬透性能。Mn作为扩大γ相区的元素，可以降低Ae3点和Ae1点的温度，从而延缓珠光体相变，同时降低贝氏体相变温度。专利技术人发现不同含量的Mn会对相变温度产生影响。Ae3点和Ae1点的温度会随着Mn含量的增加而降低。为此，通过提高钢中的Mn含量，可以显著降低奥氏体化的温度，从而大幅降低传统热冲压用钢所需的加热温度，达到低温热冲压的目的。同时，Mn含量的提高也使得奥氏体的稳定性大幅度地增加，从而在零件热冲压和模具淬火后，还可以在微观组织中保留一定体积分数的奥氏体，从而在零件变形过程中产生相变诱导塑性(TRIP)效应，以提高零件的强韧性。鉴于此，本专利技术所述的汽车零部件中的Mn含量较之于现有技术的热冲压用钢22MnB5中的Mn含量更高(Mn含量为1～3％)，将其含量设定为7％～12％。本专利技术的汽车零部件中的Mn含量为7％～12％，Mn元素作为固溶强化元素，可以提高马氏体和奥氏体的硬度，从而大幅度地将钢种的抗拉强度提升超过1750MPa。铝和氮：作为1800MPa级别的超高强度钢，需要着重关注此类钢种的延迟开裂特性。Al的添加可以显著地降低超高强钢的延迟开裂倾向，其原因在于：一方面Al可以在钢板表面形成Al2O3的颗粒和薄膜，阻碍H原子向钢板内部扩散；另一方面Al可以和N结合，在晶粒内部形成AlN的析出，作为H陷阱阻碍钢板内部H的移动。此外，由于Al无法在碳化物中固溶，还可以减少碳化物在晶界析出，而晶界碳化物是主要的裂纹萌生的来源之一，从而可以进一步提高钢种的塑性。Al的添加还可以将一部分从液相析出的δ-铁素体保留至室温，优化焊缝组织，提升焊缝韧性，从而提高钢种的焊接性能。基于本专利技术的技术方案，需要将Al含量控制在0.01％～3.0％的范围之间。与此同时，基于上述技术方案，为了保留一定量的N与Al进行化合，在本专利技术所述的汽车零部件中的N含量应当被设计为0.005％～0.010％。基于上述技术方案，在本专利技术所述的低温热冲压汽车零部件中的主要杂质元素为磷和硫，这两项杂质元素应当被控制得越少越好，由此所获得的汽车零部件就越纯净。然而，根据生产过程的实际冶炼水平，将杂质元素控制得越低所产生的制造成本也就越高。综合钢材的纯净度指标和制造成本的控制，将杂质元素P和S分别设定为：P≤0.02％，S≤0.02％。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(％)≥-15，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，但由于本专利技术所述的汽车零部件中为了保证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，在本专利技术所述的低温热冲压汽车零部件中，上述奥氏体的相比例为5～20％。将本专利技术所述的汽车零部件中的奥氏体的相比例控制在5～20％的范围之间的原因在于：奥氏体含量小于5％时，相变诱导塑性(TRIP效应)对于提高碰撞吸收能不显著；奥氏体含量大于20％时，要求更高的合金元素含量，不利本文档来自技高网...

【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，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％～1.5％，Mn：7％～12％，Al：0.01％～3.0％，N：0.005％～0.010％，P≤0.02％，S≤0.02％，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，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％～1.5％，Mn：7％～12％，Al：0.01％～3.0％，N：0.005％～0.010％，P≤0.02％，S≤0.02％，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5～20％。3.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。4.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≥1750MPa，伸长率≥10％。5.如权利要求1-4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≥-15，式中的C、Si、Mn和Al分别表示相应元素的质量百分比。6.如权利要求1-5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750～830℃，保温时间为1-10min，以完成完全奥氏体化。7.如权利要求6所述的热冲压工艺，其特征在于，在加热炉中采用氮气保护进行加热保温，控制所述加热保温温度为750～830℃，所述保温时间为1～10min，以完成完全奥氏体化；然后将坯料放入热冲压模具中进行热冲压成形，热冲压保压时间为3～15秒，冲压力为400～800吨；热冲压成形完成后，坯料在热冲压模具中冷却。8.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩启航，张玉龙，王利，金鑫焱，徐伟力，罗爱辉，徐嘉春，
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