[发明专利]热冲压成形用抗氧化超高强钢板及其低温热成形工艺

说明书

本发明提供一种热冲压成形用抗氧化超高强钢板及其低温热成形工艺，属于钢铁材料技术领域。该钢板以重量百分比计包括0.20～0.35％的C、6～8％的Mn、2～5％的Cr、0.05～0.3％的Nb+V，0.3～0.8％的Si、0.1～0.8％的Al和余量Fe。该钢板热成形加热温度可在720～770℃且热成形中钢板氧化增重＜0.5g/m²，氧化层厚度≤2.5μm，经热成形后屈服强度≥1400MPa，抗拉强度≥1700MPa，总延伸率≥11％，在较高的780～900℃加热成形中钢板氧化增重≤6.5g/m²，氧化层厚度≤18.7μm，成形后钢板抗拉强度≥1880MPa，总延伸率≥14％，可用于汽车安全结构件及其他高强韧构件。本发明实现了节能降耗，低温热成形并防氧化，可以不用涂镀目前应用的防氧化铝硅涂层，降低了成本，明显提高了热成形钢板的力学性能。

技术领域

本发明涉及钢铁材料技术领域，特别是指一种热冲压成形用抗氧化超高强钢板及其低温热成形工艺。

背景技术

汽车为现代的生活带来了巨大的便利，彻底改变了人们的出行方式，推动了社会的发展，同时也带来了资源严重消耗和汽车尾气等环境问题。汽车的轻量化可以提高燃油效率，降低燃料消耗，减少尾气污染，缓解汽车产业带来的负面影响。汽车轻量化要求汽车自身减重的同时保障车身的安全性，高强度钢的使用就成为必然趋势。但钢铁材料强度提高通常会降低其成形性能，不利生产形状复杂的汽车构件；高强度钢成形回弹严重，损坏冲压成形构件尺寸精度；同时成形过程模具磨损严重，提高了冲压成本。

为了解决高强钢冲压成形的问题，一种称为热冲压成形或热成形的钢板成形工艺被成功开发并大规模商业化应用。该成形工艺的典型过程为：把22MnB5钢板加热到奥氏体化温度以上(950℃左右)保温大约5分钟，使钢板组织全部变为奥氏体，然后迅速转移到带有冷却系统的模具中在高温下进行冲压成形，冷却速率必须大于27K/s，一直降温到M点(马氏体开始转变温度，一般410℃)以下，使奥氏体发生马氏体转变，最后得到成形构件的组织几乎全部为马氏体。热冲压成形工艺在高温下成形，钢铁材料变形抗力小延伸率高，成形性能极佳，可生产汽车设计所需的复杂构件，且回弹小成形精度高，冲压成形的同时对钢板进行模压淬火，得到高强度的全马氏体组织的车辆成形构件，屈服强度可达1000-1250MPa，抗拉强度可达1400-1700MPa，延伸率一般约为4-8％。

但是现有的热成形工艺也有明显缺点，首先加热温度高，能源消耗大，构件在加热过程和移送过程中，钢板表面高温氧化严重，对模具造成不利影响，后序需要喷丸设备清除表面氧化铁皮；其次冷却模具要求具备高的冷却速度，模具设计难度大，成本高(较冷成形模具高数倍)主体设备投资大；最后热成性件的强度虽然很高，但是延伸率一般都很小，一般小于8％，使钢板零件的综合性能降低。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(典型为22MnB5钢)的本质特征，主要原因有：①传统用以22MnB5为代表的合金结构钢的奥氏体化温度高(Ac3点约为860℃)，加热温度更高(950℃左右)；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近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，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。

针对钢板在热成形过程中的氧化问题，美国专利US6296805B1提出了一种涂镀铝或铝-硅合金的热冲压成形用钢板，在成形加热温度下钢中的铁与镀层中的铝会形成铁铝合金层，可在热成形过程中保护钢板不发生氧化，且该镀层对成形构件在实际使用过程中的防腐性能有一定提高，因此被大批量商业应用。但与常规的锌镀层钢板相比，铝硅镀层不能提供电化学腐蚀保护。EP1143029中提出了一种使用锌或锌合金涂镀热轧钢板而制得的镀锌钢板来制造热冲压成形构件的方法，但是锌镀层的熔点较低，大约在780℃左右，在热成形过程中会发生锌的蒸发和锌铁镀层的熔化，这会产生液态诱导脆性，降低钢板的强度。