一種低溫熱沖壓汽車零部件、其熱沖壓工藝及其制造方法技術

本發明專利技術公開了一種低溫熱沖壓汽車零部件，其微觀組織為馬氏體+奧氏體+鐵素體，其化學元素質量百分比為：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％，余量為Fe和其他不可避免的雜質。另外，本發明專利技術還公開了該低溫熱沖壓汽車零部件的熱沖壓工藝。此外本發明專利技術還公開了該低溫熱沖壓汽車零部件的制造方法，其依次包括步驟：1)冶煉；2)鑄造；3)熱軋；4)退火；5)酸洗；6)冷軋；7)熱沖壓，其中熱沖壓的加熱保溫溫度為700-850℃，保溫時間為2-10min，以完成完全奧氏體化。本發明專利技術所述的低溫熱沖壓汽車零部件在具有較高的強度的同時還兼具較好的拉伸延展性以及優良的強塑性匹配。

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.

【技術實現步驟摘要】
一種低溫熱沖壓汽車零部件、其熱沖壓工藝及其制造方法
本專利技術涉及一種金屬零部件及其制造方法，尤其涉及一種汽車零部件及其制造方法。
技術介紹
隨著相關產業領域對于汽車安全性和減重節能需求的不斷提高，汽車零部件的強度也隨之逐步提升。在汽車制造領域，已經將1180MPa的雙相鋼廣泛地應用于冷沖壓用鋼中。同時，1500MPa的馬氏體鋼也被應用到保險杠等形狀簡單的零件上。但是，由于很多汽車加強件形狀復雜，1500MPa的馬氏體鋼無法實現冷沖壓成形，熱沖壓成形由此應運而生。熱沖壓成形是將鋼板加熱到750℃以上，保溫一定時間進行充分奧氏化以后，進行熱沖壓成形，通過模具將鋼板淬火至室溫，以獲得1500MPa及以上強度級別的全馬氏體組織零件。由于熱沖壓用鋼是在高溫下成形的，因此能夠沖壓成形狀較為復雜的加強件，并且不會產生回彈，同時加強件的尺寸精度高，從而在汽車制造領域得到了廣泛的應用。在2006年期間，大約有1億件熱沖壓用鋼零部件在全球生產，目前全球每年約生產3億件熱沖壓用鋼零部件。現有技術中的熱沖壓用鋼(22MnB5鋼)是通過模壓淬火獲得全馬氏體組織的零部件，因此抗拉強度可以達到1500MPa及以上。然而，此類鋼材料的總伸長率相當有限，僅為5～6％左右，因此，在某些工作環境下被認為并不能用于關鍵的安全零部件。出于對零部件的碰撞吸收能和沖擊載荷下材料耐斷裂性的考慮，汽車制造領域希望熱成形零部件具有更好的拉伸延展性。目前，主要通過在零件上組合不同厚度/力學性能的材料來提高碰撞吸收能，例如，拼焊板(TWB)和變厚板(VRB)等等。如何通過鋼材料的本身來提高其熱沖壓用鋼強塑性，從而在確保零部件強度的前提下提升零部件的拉伸延展性，在國際上的研究并不多。另外，熱沖壓用鋼的加熱溫度通常在930～950℃之間，加熱溫度較高，熱能消耗也大。如果能夠顯著地降低熱沖壓用鋼制造工藝過程中的加熱溫度，則有利于節能減排，并且可以進一步地降低熱沖壓用鋼的生產制造成本。鑒于此，期望獲得一種汽車零部件材料，其具有較高的強度且較好的拉伸延展性。與此同時，企業還期望能夠通過熱沖壓用鋼零件熱沖壓前加熱能耗的減少，大幅度地降低生產制造成本。
技術實現思路
本專利技術的目的之一在于提供一種低溫熱沖壓汽車零部件，該汽車零部件具有較高的強度及較好的拉伸延展性。同時，該汽車零部件還具備了優良的強塑性匹配，有利于提高由該鋼材制成的汽車零部件的碰撞吸收能。為了實現上述目的，本專利技術提出了一種低溫熱沖壓汽車零部件，其微觀組織為馬氏體+奧氏體+鐵素體，該低溫熱沖壓汽車零部件的化學元素質量百分比為：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％；余量為Fe和其他不可避免的雜質。本專利技術所述的低溫熱沖壓汽車零部件中的各化學元素的設計原理為：碳：碳是鋼中典型的固溶強化元素，同時其還可以提高奧氏體的穩定性，有利于在室溫下保留一定體積分數的殘余奧氏體，從而產生相變誘導塑性(TRIP)效應。對于本技術方案來說，當碳元素含量低于0.1％時，鋼的強度較低，而當碳元素含量高于0.3％時，鋼的性能則會惡化，尤其不利于鋼材料的焊接性能。為此，在本專利技術所述的低溫熱沖壓汽車零部件中的碳含量需要設定為0.1％～0.3％。硅：硅是煉鋼脫氧的必要元素。硅不僅有一定的固溶強化作用，還具有抑制碳化物析出的作用。一旦硅含量不到0.1％，難以在鋼中獲得充分的脫氧效果。然而，硅含量太高也會影響鋼的綜合性能。此外適量的硅元素還可以起到阻止滲碳體析出的作用，從而提高冷卻過程中奧氏體的穩定性。鑒于此，需要將低溫熱沖壓汽車零部件中的硅含量控制為0.1％～2％，并優選為0.3％～1.5％。錳：錳作為有效的合金元素，其可以降低鋼中的α-γ相的轉變溫度，即降低Ae1和Ae3的溫度。由于本專利技術所述的汽車零部件中的錳含量為3％～7％，錳含量的增加使得本專利技術的鋼材較之于現有的22MnB5鋼具有低得多的奧氏體化溫度，由此通過Mn含量的設計可以有效地降低了該汽車零部件的制造工藝中的熱沖壓的加熱保溫溫度，也就是說，現有技術中的熱沖壓的加熱保溫溫度可以從930～950℃被大幅度地降低，這樣本專利技術所述的汽車零部件較之于現有的22MnB5鋼的生產制造成本將顯著下降。另外，通過Mn含量的設計還可以延緩回復、再結晶和晶粒長大，細化顯微組織，從而令鋼材中的晶粒尺寸控制在一閾值之下(例如，控制晶粒尺寸≤3μm)。通過富Mn設計可以起到晶粒細化作用，并提高鋼中奧氏體的穩定性。當溫度降低至室溫時，鋼中產生相變誘導塑性效應(TRIP效應)，一方面提高鋼種的強塑性，另一方面降低熱沖壓加熱保溫溫度。此外，錳也大大提高了鋼材的淬透性，使得獲得馬氏體的臨界冷速大幅降低。因此，在本專利技術所述的低溫熱沖壓汽車零部件中的錳含量應當被設定為3％～7％，并優選為5％～7％。鋁：鋁在煉鋼過程中具有脫氧作用，鋁的添加是為了提高鋼水的純凈度。此外，鋁還能固定鋼中的氮，并與氮形成穩定的化合物，有效細化晶粒。同時，鋼中添加鋁具有阻止滲碳體析出，并促進鋼中逆馬氏體相變的作用。因此，需要將本專利技術所述的汽車零部件中的鋁含量限定在0.01％～0.06％范圍之間。進一步地，本專利技術所述的低溫熱沖壓汽車零部件中的各化學元素含量滿足：24.2C(％)-2.8Si(％)+Mn(％)-10.1Al(％)≥2，式中的C、Si、Mn和Al分別表示相應元素的質量百分比，也就是說公式中C、Si、Mn、Al代入的數值是百分號前的數值，例如C含量為0.2％的實施例中，該公式中C的代入數值就是0.2。。在本技術方案中，盡管Mn的添加可以降低完全奧氏體化溫度，但由于本專利技術鋼中為了保證鋼種的力學性能還需要添加其它合金元素，而這些元素可能會提高奧氏體化溫度，因此，為了實現低溫熱沖壓的低加熱溫度工藝，必須同時考慮其它合金元素的影響。本案專利技術人在長期的研究實驗過程中發現，對鋼種奧氏體化影響最為顯著的四個元素是C、Si、Mn和Al，其中C降低奧氏體化溫度的效果最為強烈，Mn元素雖然也可以降低奧氏體化溫度，但影響能力有限；而Si和Al的添加與C和Mn的效果相反，將會大幅提高完全奧氏體化溫度，并且Al對奧氏體化溫度提升的能力數倍于Si。基于此，本案專利技術人根據大量實驗研究設計了上述公式，以實現低奧氏體化溫度的目的。進一步地，本專利技術所述的低溫熱沖壓汽車零部件中的奧氏體的相比例為5％～30％。更進一步地，在本專利技術所述的低溫熱沖壓汽車零部件中，所述奧氏體包括典型奧氏體，典型奧氏體的相比例(即典型奧氏體占全部微觀組織的比例)為5～20％。本案中提及的“典型奧氏體”是指變形過程中可以發生形變誘導塑性的亞穩態奧氏體。通過在馬氏體基體中引入亞穩態奧氏體，可以在材料變形過程中產生顯著的相變誘導塑性(TRIP效應)，從而提高鋼種的碰撞吸收能。室溫下奧氏體的含量與Mn含量和晶粒尺寸的控制有關，提高Mn含量、減小晶粒尺寸，可以提高室溫下奧氏體的體積分數。此外，當材料中同時存在一定分數(≥1％)的穩態奧氏體(變形過程中只發生形變不產生相變)時，由于奧氏體本身具有優良的變形能力，其同樣可以提高鋼種的塑性，但其提高加工硬化的能力不如亞穩態奧氏體。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種低溫熱沖壓汽車零部件，其特征在于，其微觀組織為馬氏體+奧氏體+鐵素體，所述低溫熱沖壓汽車零部件的化學元素質量百分比為：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％，余量為Fe和其他不可避免的雜質。

【技術特征摘要】
1.一種低溫熱沖壓汽車零部件，其特征在于，其微觀組織為馬氏體+奧氏體+鐵素體，所述低溫熱沖壓汽車零部件的化學元素質量百分比為：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％，余量為Fe和其他不可避免的雜質。2.如權利要求1所述的低溫熱沖壓汽車零部件，其特征在于，所述奧氏體的相比例為5％～30％。3.如權利要求2所述的低溫熱沖壓汽車零部件，其特征在于，所述奧氏體包括典型奧氏體，典型奧氏體占全部微觀組織的相比例為5％～20％。4.如權利要求3所述的低溫熱沖壓汽車零部件，其特征在于，其中鐵素體的相比例為≤20％。5.如權利要求1所述的低溫熱沖壓汽車零部件，其特征在于，其晶粒尺寸≤5μm。6.如權利要求1所述的低溫熱沖壓汽車零部件，其特征在于，其化學元素還具有0＜Nb≤0.5％，0＜V≤1.0％，0＜Ti≤0.5％的至少其中之一。7.如權利要求1所述的低溫熱沖壓汽車零部件，其特征在于，Si含量為0.3％～1.5％。8.如權利要求1所述的低溫熱沖壓汽車零部件，其特征在于，Mn含量為5％～7％。9.如權利要求1所述的低溫熱沖壓汽車零部件，其特征在于，其抗拉強度≥1500MPa，且其伸長率≥15％。10.如權利要求1-9中任意一項所述的低溫熱沖壓汽車零部件，其特征在于，其化學元素含量滿足：24.2C-2.8Si+Mn-10.1Al≥2，式中的C、Si、Mn和Al分別表示相應元素的質量百分比。11.如權利要求1-10中任意一項所述的低溫熱沖壓汽車零部件的熱沖壓工藝，其特征在于：熱沖壓的加熱保溫溫度為700～850℃，保溫時間為2～10min，以完成完全奧氏體化。12.如權利要求11所述的熱沖壓工藝，其特征...

【專利技術屬性】
技術研發人員：韓啟航，張玉龍，王利，徐偉力，羅愛輝，馮國武，
申請(專利權)人：寶山鋼鐵股份有限公司，
類型：發明
國別省市：上海,31