一种含稀土元素的抗高温氧化热冲压钢及热冲压成形工艺制造技术

一种含稀土元素的抗高温氧化热冲压钢及热冲压成形工艺，属于钢铁材料热冲压领域。热冲压钢板的成分为C，Mn，Si，Cr，Y或Ce，Nb，S，P，Al，V，Ti，Cu，余量为Fe和不可避免的杂质。热冲压成形工艺包括以下步骤：将热冲压成形钢板加热后保温，加热炉中气氛为空气环境，使钢板完全奥氏体化，再转移到模具中冲压成形，模具保压冷却，之后放入热处理炉中保温获得热冲压成形钢，获得的热冲压成形钢组织为马氏体和体积百分比为3％

【技术实现步骤摘要】
一种含稀土元素的抗高温氧化热冲压钢及热冲压成形工艺


[0001]本专利技术属于钢铁材料热冲压成形领域，具体涉及一种含稀土元素的抗高温氧化热冲压钢及热冲压成形工艺。

技术介绍

[0002]随着全球环境的日益恶化，环保、节能和安全是汽车制造业的主流发展方向。采用超高强钢板制造车身可以有效减轻车身重量、降低油耗、提高汽车的安全性和舒适度，也是实现“双碳”目标下的必经之路。随着汽车用先进高强度钢强度的提高，抗拉强度达到1500MPa以上，采用热冲压成形工艺直接加工成形，主要用于汽车强度高、成形难度大的零部件的生产，能够避免冷成形时所需压力大，致使钢板出现裂纹、回弹大、零件尺寸精度和形状稳定性变差等问题。随着强度进一步提高，超高强钢板的成形性能显著降低，因热冲压成形钢生产的特点，为了使钢板奥氏体化，加热温度一般为900
‑
950℃，保温3
‑
10min，加热炉中通常会通入保护性气氛，避免发生严重的氧化。但在实际的加工过程中对保护性气氛的控制要求较高，不易获得稳定的表面氧化皮状态。钢板在热冲压成形加热过程中基体中铁及合金元素与空气中的氧、二氧化碳及水分等反应形成氧化皮，即产生严重的氧化。钢板表面形成的氧化皮在成形过程中容易脱落，并且在模具与钢板之间形成磨粒磨损，导致钢板表面的精度及美观，同时造成模具表面受损，降低模具的使用寿命。
[0003]现商业化稳定生产和技术最成熟的热冲压成形钢为1500MPa 22MnB5级和1800MPa30MnB5级Mn
‑
B系列钢板。有关研究表明，抗拉强度1500MPa级别的热冲压成形钢取代800MPa级别的钢，可实现汽车车身20％以上的减重；若抗拉强度达到2000MPa，可进一步减重约13％。
[0004]解决热冲压成形钢抗高温氧化性问题，目前主要有两种解决方案：一是采用镀层技术，二是无镀层技术。目前商业化热冲压成形钢主要以Al
‑
Si镀层钢，Al
‑
Si镀层的主要作用是防止奥氏体化过程中钢板表面脱碳和氧化，且该镀层能够隔离基体和外界环境，因此具有一定的防腐蚀作用，但Al
‑
Si镀层的存在也阻碍了氢的扩散而常造成镀层的开裂，并引发氢脆，且在热冲压成形过程中发生粘辊，导致辊道寿命降低，提高生产成本。而裸板在热冲压成形过程中会发生严重的高温氧化，表面形成较厚且易脱落的氧化皮，严重影响后续焊装质量及焊接强度，需要进行抛丸处理，但抛丸工艺容易使得零件产生变形，且耐蚀性变差。目前无镀层技术主要进行成型方法、强度、气氛等研究，大部分需要在热冲压成形过程通入惰性气体进行保护，不易得到稳定的表面状态且额外的气体保护增加了成本。现有技术的主要问题体现在以下方面：镀层价格昂贵，工艺复杂；无镀层板需要相应的制备惰性气体的设备、密闭加热炉等，同时不可避免的产生内氧化和表面质量无法保证稳定，影响生产效率，无法实现大规模稳定的生产。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种含稀土元素的抗高温氧
化热冲压钢及热冲压成形工艺，以解决现有技术中难以解决的抗高温氧化、加热炉气氛不稳定产生内氧化和表面质量难控制的问题。本专利技术提供的抗高温氧化热冲压钢采用适量的Cr合金，在热冲压成形过程中形成连续的富Cr层，达到改变氧化层结构的效果；同时利用Si合金，在氧化层中形成连续的富Si层，进一步抑制氧化，减少氧化层的厚度。为了快速形成连续的富Cr和Si氧化层，本技术添加适量的稀土Y或Ce，加速富Cr和富Si层的形成，从而进一步促进了连续富Mn带的形成，减缓了氧阴离子的向内扩散，进一步增强了抗高温氧化性，从而实现了在空气气氛中稳定的氧化结构，氧化层厚度低于0.5μm，得到稳定的表面质量。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]一种含稀土元素的抗高温氧化热冲压钢，按质量百分比计，由如下化学成分组成：C：0.15
‑
0.35％，Mn：0.8
‑
3.2％，Si：0.8
‑
2.8％，Cr：1.5
‑
3.9％，Y：0.1
‑
0.3％或Ce：0.1
‑
0.5％，Nb：0.01
‑
0.05％，S：＜0.01％，P：＜0.015％，Al：0.01
‑
0.05％，V：0.01
‑
0.05％，Ti：0.01
‑
0.03％，Cu：0.05
‑
0.15％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。
[0008]进一步的，所述抗高温氧化热冲压钢包含有0.15
‑
0.35％的C。C是奥氏体稳定性元素，C与微合金化元素结合能够起到析出强化的作用，而过高含量的C会恶化焊接性能，因此采用C的质量百分比为0.15
‑
0.35％。
[0009]进一步的，所述抗高温氧化热冲压钢包含有0.8
‑
3.2％的Mn。Mn可以显著增加淬透性，而高Mn含量提高碳当量，恶化焊接性能，且降低热冲压成形过程中的抗高温氧化性能，因此采用Mn的质量百分比为0.8
‑
3.2％。
[0010]进一步的，所述抗高温氧化热冲压钢包含有1.5
‑
3.9％的Cr。Cr能够显著提高淬透性，细化淬火马氏体板条，且Cr能够在热冲压成形过程中很好的形成连续Cr氧化层起高温抗氧化的作用，从1500MPa以上级热冲压成形钢性能考虑，因此Cr的质量百分比为1.5
‑
3.9％。
[0011]进一步的，所述抗高温氧化热冲压钢包含有0.8
‑
2.8％的Si。Si能够起到固溶强化的作用，且可以有效抑制粗大碳化物的形成，适量的Si可以形成连续的非晶SiO2层，阻碍基体的进一步氧化，过多含量的Si引发脆性，因此Si的质量百分比为0.8
‑
2.8％。
[0012]进一步的，所述抗高温氧化热冲压钢包含有0.01
‑
0.05％的Nb。Nb在控制轧制过程中抑制奥氏体再结晶，可显著细化高温奥氏体晶粒，实现热轧代替冷轧工艺的作用，Nb含量过高恶化连铸坯表面质量，因此Nb的质量百分比为0.01
‑
0.05％。
[0013]进一步的，所述抗高温氧化热冲压钢包含有0.01
‑
0.05％的V。V可以细化淬火马氏体板条，而且V与Nb共同析出相起到沉淀强化作用，而且析出相可提高抗氢脆性能，因此V的质量百分比为0.01
‑
0.05％。
[0014]进一步的，所述抗高温氧化热冲压钢包含有0.01
‑
0.03％的Ti。Ti的作用为细化原奥氏体晶粒，微量的Ti固定N原子形成析出相，抑制焊接粗晶热影响区奥氏体晶粒的异常长大，因此Ti的质量百分比为0.01
‑
0.03％。
[0015]进一步的，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含稀土元素的抗高温氧化热冲压钢，其特征在于，以质量百分比计，其包含如下合金组分：C：0.15
‑
0.35％，Mn：0.8
‑
3.2％，Si：0.8
‑
2.8％，Cr：1.5
‑
3.9％，Y：0.1
‑
0.3％或Ce：0.1
‑
0.5％，Nb：0.01
‑
0.05％，S：＜0.01％，P：＜0.015％，Al：0.01
‑
0.05％，V：0.01
‑
0.05％，Ti：0.01
‑
0.03％，Cu：0.05
‑
0.15％，余量为Fe和其他不可避免的杂质。2.如权利要求1所述一种含稀土元素的抗高温氧化热冲压钢，其特征在于，以质量百分比计，所述元素Y或Ce含量为：Y：0.15
‑
0.3％或Ce：0.1
‑
0.23％。3.权利要求1或2所述的一种含稀土元素的抗高温氧化热冲压钢的热冲压成形工艺，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.将热冲压成形用钢板加热至880
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：徐伟，李昭，王灵禺，胡军，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：