[发明专利]高强塑积汽车零件热冲压碳配分一体化工艺

说明书

技术领域

本发明涉及汽车用先进高强钢领域，具体为一种高强塑积汽车零件热冲压碳配分(Hot Stamping-Dynamic Partitioning,HS-DP)一体化工艺。

背景技术

采用先进高强度钢是汽车轻量化的重要手段之一，目前先进高强钢(如：硼钢22MnB5)常采用热冲压工艺，其工艺原理是将工件奥氏体化后迅速转移到模具中，进行冲压、保压淬火过程，在>30℃/s的冷速条件下获得淬火马氏体组织，抗拉强度在1500MPa，塑性仅为6％左右，强塑积在9000MPa·％左右。

Q&P(Quenching&Partitioning)钢是一种具有高强度与一定塑性的低碳马氏体钢，具有较高的强塑积(不小于20000MPa·％)。Q&P工艺最先由J.Speer等在2003年的Acta Materialia(材料学报)上发表的“carbon partitioning into austenite after martensite transformation”(碳在马氏体相变后向奥氏体中的配分)一文中提出，在研究Fe-Mn-Si基TRIP(Transformation Induced Plasticity)钢时，发现过淬火后，在介于马氏体转变开始温度(M_s)与马氏体转变结束温度(M_f)等温一定时间，可使马氏体基体中的碳扩散至残余奥氏体中，使未转变的奥氏体因富碳而稳定，最终获得马氏体与残余奥氏体组成的复相组织。与TRIP钢和回火马氏体钢相比较，Q&P钢强度较高，残余奥氏体含量高，塑性较好，综合性能更为优异。

虽然目前已经开发了基于Q&P的热冲压集成工艺，但是很难与工业上的热冲压生产过程兼容，主要原因是由于其碳配分过程需要一个独立的等温过程，需要增加更多设备及能量的消耗。而且，由于要求转移至配分设备的时间较短，通常在几秒之内，这增加了工艺的实现难度，因而使其应用受到了极大限制。

发明内容

针对基于Q&P的热冲压集成工艺存在的不足，本发明提供一种高强塑积汽车零件热冲压碳配分一体化工艺，其处理后的零件，具有传统Q&P钢相同的板条马氏体+残余奥氏体的复相组织和优异的综合力学性能，值得一提的是其碳配分是在淬火过程中伴随着马氏体的形成动态(dynamic partitioning)完成的，解决了基于Q&P的热冲压集成工艺的碳配分需要单独等温处理设备、快速转移至配分设备使工艺实现难度增加或者需要冲压后模内长时间保温等问题。

本发明的技术方案是：

一种高强塑积汽车零件热冲压碳配分一体化工艺，该工艺为动态碳配分工艺和热冲压工艺的集成工艺，具体步骤如下：

(1)备料：根据零件尺寸要求切割板料；

(2)加热：将板料放入加热炉，抽真空，以5～15℃/s的加热速度将板料加热到奥氏体化温度A_C3+30℃～50℃，保温5min～20min，使板料奥氏体均匀化；

(3)热冲压成形与碳配分：将完全奥氏体化的板料快速转移至热冲压模具上，通过热冲压使得板料成形，模内淬火后出模冷却至室温；在冷却同时完成碳配分过程，稳定残余奥氏体，最终获得具有马氏体与稳定残余奥氏体复相组织的热冲压零件；

(4)去除氧化皮：通过抛丸或酸洗处理去除成形零件的氧化皮。

所述的高强塑积汽车零件热冲压碳配分一体化工艺，马氏体转变开始温度M_s≥300℃，马氏体转变终了温度M_f≤250℃。

所述的高强塑积汽车零件热冲压碳配分一体化工艺，热冲压过程在压力机上进行，与热冲压生产过程一致。

所述的高强塑积汽车零件热冲压碳配分一体化工艺，奥氏体化温度为850～950℃，奥氏体化时间5～20min，其在马氏体开始转变温度以下的温度区间，平均冷却速度控制在不大于20℃/s。

所述的高强塑积汽车零件热冲压碳配分一体化工艺，步骤(3)中，出模温度在M_s和M_f之间，出模后以≤5℃/s的速度冷却至室温。

所述的高强塑积汽车零件热冲压碳配分一体化工艺，高强塑积汽车零件的性能指标是：抗拉强度为1300～1700MPa，延伸率为10～16％，强塑积≥20000MPa·％。

本发明的设计思想是：