[发明专利]高效率低能耗高质量的钢板温成形零件及其生产方法

说明书

技术领域

本发明属于零件成型技术领域，特别是提供了一种高效率低能耗高质量的钢板温成形零件及其生产方法，适合于厚度规格为0.6mm-20mm厚度钢板，获得抗拉强度800-2200MPa的以马氏体组织为基体的零件。

背景技术

伴随汽车轻量化，节能减排及提高安全性的要求，高强度乃至超高强度钢比以往任何时候更加引起了材料生产和汽车应用技术人员的重视。目前对钢铁材料而言，其成形工艺按其成形温度可以划分为冷成形(室温)，中温成形(如400-700℃)及高温成形(900℃以上)等三类。由于零件回弹、模具损耗、零件质量等难以克服的问题，冷成形一般应用于强度小于1000MPa的钢板。目前，只有高温成形才能实现钢的相变强化，使零件的抗拉强度达到1000MPa级以上。传统中温成形主要目的是降低钢材强度和提高塑性，以利于冲压，在此过程中不能实现强化，而且容易弱化钢的性能。

高温成形技术之一的热成形技术(Hot stamping/Hot pressing/Hot hardening)目前已被广泛应用在高强及超高强度钢(Rm≥1GPa)的成形技术中，它的特点之一是将钢材在高温进行奥氏体化(950℃左右)，然后在高温(900℃以上)对钢板在模具中进行成形，最后在通过带有冷却装置的模具实现零件的快速冷却(通常要求零件的冷却速度在100℃/s以上)，通过冷却相变得到高强度的马氏体组织。该技术的优点是把钢材在高温的优良成形能力和相变强化能力结合在一起，从而保证了最终成形件的超高强度要求。但是，现有的热成形工艺也有明显缺点，主要表现在：1、加热温度高对设备要求高，主体设备投资大；2、成形保压时间长(20秒左右)，生产效率低；3、构件在加热过程和移送过程中，钢板表面高温氧化严重，后序需要喷沙设备清除表面氧化铁皮；4、高温成形也容易造成局部减薄或形变的不均匀，无法成形具有拉延要求的复杂零件；5、冷却模具设计难度大，成本高(较冷成形模具高数倍)；6、加热温度高，能源消耗大。7、成形零件的硬度高，边缘和孔的切割只能依靠激光切割，成本高，生产效率低。造成热成形钢生产的上述缺点主要归结于传统热成形用钢的本质特征，主要基于以下几个方面原因：1、传统用以22MnB5为代表的合金结构钢的奥氏体化温度高(A_C3点约为860℃)；2、传统用22MnB5钢的淬透性较低，需要较高的奥氏体过热度和达到100℃/s的冷却速率；3、基于过冷奥氏体稳定时间短，只能在高温形变，高温是虽然延伸率很高，但加工硬化率较低，很难进行具有拉延要求的成形。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效率低能耗高质量的钢板温成形零件及其生产方法，通过降低奥氏体化温度和提高淬透性的合金设计，结合钢材在不同温度时的力学性能特征和组织演变规律，实现热成形工艺过程中降低生产成本、提高生产效率。可以减少钢板高温加热引起的表面氧化和翘曲，提高工件的成形率和工件的最终力学性能。同时，还可以降低设备投资、减少能源消耗、减轻环境污染和降低生产成本。有效地解决了热成形过程中常见的问题，并形成了具有特色的温成形技术。

本发明用来成型零件钢板的成分为：C：0.02-0.45wt％、Mn：3.50-9.0wt％、P≤0.020wt％，S≤0.020wt％，余为Fe及不可避免的不纯物。在此基础上可以另加以下一种或多种元素：Ni：0.1-3.0wt％、Cr：0.2-3.0wt％、Mo：0.1-0.8wt％、Si：0.3-2.3wt％、Cu：0.5-2.0wt％、B：0.0005-0.0050wt％、Nb：0.02-0.30wt％、[N]：0.002-0.250wt％、Ti：0.05-0.25wt％、V：0.02-0.25wt％、Al：0.015-3.0wt％、RE(稀土)：0.002-0.005wt％、Ca：0.005-0.03wt％。

本发明基于这种钢板的材料特性：

1、通过扩大奥氏体区元素的加入使钢的A_C3温度大幅度下降，可降低150-250℃，见附图1-3；

2、当Mn含量达到3.50wt％以上时，淬透性神奇地大幅度提高，见附图4。通过上述材料特性的应用将有效简化热成形设备，提高生产效率和解决表面氧化和零件的耐腐蚀问题。采用上述特性将有效解决传统热成形工艺问题，并形成新型成形工艺技术：

(1)由于加热温度降低，简化了加热装备(如辐射管用材料、传送辊用材料(原用陶瓷辊)、气氛保护装置；由于钢板淬透性大幅度提高，减化对冲压机的要求，可采用机械式或普通液压机生产；