[发明专利]一种热成型马氏体钢

说明书

技术领域

本发明属于合金钢领域，特别涉及一种热成型马氏体钢，主要适用于抗拉强度在1.3-1.7GPa的热冲压成型的薄厚度零件用钢。

背景技术

随着汽车轻量化和安全性的提高，要求汽车结构件用钢在重量减轻的前提下对强度要求越来越高。传统的铁素体钢、珠光体钢以及贝氏体钢的强度水平都低于1.2GPa，因此只有选择超高强度的马氏体钢才能满足要求。通常情况下，马氏体钢是通过加工成型后再进行淬火回火热处理而获得，对于薄厚度零件淬火变形非常严重；而如果采用先热处理再冷冲压成型的话，则存在变形难度大、变形后零件回弹大等问题。最近，国外开发了一种将热冲压成型和热处理结合起来的新工艺，即热成型工艺(Hot Stamping)(TaylanAltan.Stamping Journal，2007，(1)：14-15)，采用该工艺能够生产汽车用超高强度马氏体钢薄厚度零件。

热成型工艺对钢材的成分和冶金质量有特定的要求，能够满足热成型工艺要求的钢种称为热成型马氏体钢。目前，国外常用的热成型马氏体钢是22MnB5钢，而国内没有热成型马氏体钢。经热成型工艺处理后，22MnB5钢热成型零件的抗拉强度在1.0-1.5GPa。尽管22MnB5热成型马氏体钢较其它组织的钢在抗拉强度上有较大幅度的提高，但其远没有发挥马氏体钢的强度潜力，并且不能完全满足汽车结构件日益提高的强度要求。

目前，国内外未见有更高强度级别的热成型马氏体钢的报道。提高热成型马氏体钢使用强度的难点在于提高强度的同时如何保证良好的塑性和屈强比以及如何克服氢致延迟断裂问题。通常情况下，随马氏体钢强度的提高，塑性会有所下降。为保证热成型马氏体钢吸收能量(同时与强度和塑性有关)的提高，在提高强度的基础上，必须保证有良好的塑性及相对较低的屈强比。

通常情况下，随着强度的提高，马氏体钢的氢致延迟断裂敏感性提高(Maoqiu Wang et al.Corrosion Science，2007，49(11)：4081-4087)。对热成型马氏体钢而言，一般经热成型工艺后不进行回火处理，氢致延迟断裂问题可能会因为钢中高的位错密度而更加突出。因此，为克服氢致延迟断裂问题，开发更高强度的热成型马氏体钢需在成分和工艺上同时采取措施。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗拉强度为1.3-1.7GPa、延伸率高于15％的热成型马氏体钢，并且其氢致延迟断裂敏感性显著低于现有的22MnB5钢。

根据上述目的，本发明所采取的整体技术方案是：(1)通过控制C元素含量来保证足够的强度；(2)通过控制C、Mn、B等元素含量来控制淬透性，确保热成型后获得以马氏体为主的组织；(3)通过控制Si含量结合淬火马氏体相变结束前缓冷工艺，使组织中存在一定量残余奥氏体，从而控制屈强比和延伸率，并降低氢致延迟断裂敏感性；(4)通过控制洁净度，特别是将S含量控制在0.015％以下、P含量控制在0.020％以下，确保延伸率高于15％，并且改善氢致延迟断裂敏感性；(5)通过控制Al和[N]的含量，确保奥氏体晶粒不粗化，从而进一步降低氢致延迟断裂敏感性。

根据上述目和整体的技术方案，本发明具体的技术方案为：

本发明钢的主要化学成分组成(重量％)为：C 0.10-0.33％，Si0.50-2.30％，Mn 0.50-2.00％，P≤0.020％，S≤0.015％，Al 0.015-0.060％，[O]≤0.002％，[N]0.002-0.015％，余为Fe及不可避免的不纯物。另外，还添加B 0.0005-0.0050％，Ti 0.02-0.10％，Nb 0.02-0.10％，V 0.02-0.15％，RE 0.001-0.050％中的任一种或任一种以上。

上述各元素的作用及配比依据如下：

C：固溶强化元素，对淬火马氏体钢的强度起决定作用。为使热成型马氏体钢的抗拉强度范围在1.3-1.7MPa，C含量必须控制在0.10-0.33％。

Si：抑制碳化物析出，确保组织中存在一定量高碳残余奥氏体，提高钢的延伸率、降低屈强比，并改善氢致延迟断裂敏感性。Si含量在0.50％以下时，不能起到以上作用；Si含量高于2.30％时，以上作用饱和，并可能影响韧性。因此，Si含量应控制在0.50-2.30％。