一種改善車用ahss熱衝壓結構件強韌化和成形性的工藝方法

2023-04-29 00:20:01 1

專利名稱：一種改善車用ahss熱衝壓結構件強韌化和成形性的工藝方法
技術領域：
本發明涉及熱衝壓成形領域，具體地說是一種改善車用AHSS熱衝壓結構件強韌化和成形性的工藝方法。
背景技術：
目前，具有複雜形狀的AHSS結構件因具備高強度而成為目前汽車輕量化、安全性的首選對象，製備該部件最常用的工藝是熱衝壓技術，即在高溫奧氏體組織形態下成形。而車用結構件成形時所受外應力並非單拉或單壓作用方式，原有熱衝壓成形工藝中尚未解決拉-壓應力共同存在的部件各處成形性、強韌化性能分布不均的特徵，因此，提高AHSS結構件各處的強韌化、成形性能是需要解決的一個關鍵問題。AHSS板材加熱到奧氏體化保溫出爐後，因具有一定形狀要求，使其在熱衝壓過程中各處所受外應力不同，又因拉-壓應力和作用程度不同，對部件馬氏體相變的微觀影響機制存在差異，從而造成部件易開裂、起皺，微觀組織結構分布不均等現象出現，而該問題已成為國內外全面改善AHSS結構件強韌化的瓶頸之處，目前主要從改良鋼板的角度入手，在煉鋼時德國蒂森公司通過添加微量元素，如鈮等，以提高鋼板緻密性，來滿足熱衝壓結構件緻密結構需求，但其成本也明顯提高；另外，生產中微量鈮容易出現成分偏析，對AHSS強韌性的改善也很局限。在公開號為200510073917.5和公開號為200910067375.9的專利中都公開了有關
熱衝壓件的加工方法。但均未提及如何兼顧具有複雜形狀的AHSS結構件熱衝壓時各處受到不同外應力作用而提高其 成形性-避免開裂，以及改善其強韌性-結構緻密的方法。

發明內容
根據上述提出的技術問題，而提供一種改善車用AHSS熱衝壓結構件強韌化和成形性的工藝方法。本發明主要對原有的加工工藝進行了改進，在考慮高溫下不同外應力對結構件各處作用前提下，解決了部件各處強韌化分布的問題。本發明採用的技術手段如下:—種改善車用AHSS熱衝壓結構件強韌化和成形性的工藝方法，其特徵在於包括如下步驟:①預處理:將軋制的高強鋼板經剪板機裁剪成預設的結構件板料，然後進行防氧化塗層處理，所述的防氧化層處理為在結構件板料表面刷塗防氧化塗料；②加熱爐升溫、保溫處理:將結構件板料運至加熱爐內加熱，加熱溫度控制在850-1150°C，保溫時間在 3-5min ；③急冷處理:將結構件板料取出轉運，在轉運過程中對高溫結構件板料進行快速急冷處理，冷卻速率大於40°C /S，冷卻後的溫度控制在結構件板料的成形溫度之間，成型溫度為700°C 800°C ；
④熱壓、保壓-淬火處理:將經急冷處理後的結構件板料運至帶有冷卻水道的高速液壓衝壓機衝壓成形，並保壓淬火，冷卻速率40-70°C /S，保壓時間控制在10 20s ；⑤後期處理:將經熱壓、保壓處理後的結構件板料再經過切邊、噴丸、塗油，製成符合技術性能指標要求的結構件。作為優選，所述步驟②中加熱爐的升溫速率大於10°C /S。作為優選，所述步驟③中的急冷處理方式包括壓縮空氣冷卻、氮氣冷卻或水霧冷卻。作為優選，所述高強鋼板為具有非擴散型馬氏體相變特徵的AHSS鋼板，包括硼合金鋼板。
作為優選，當所述高強鋼板為硼合金鋼板時，步驟②中加熱爐中的加熱溫度控制在 890O 930O。AHSS結構件在熱衝壓時，其各處受到不同的外應力作用方式，即拉-壓應力。改善AHSS結構件的強韌化和成形性的方式通常為一方面提升結構件各處的馬氏體轉化量，彌補外應力不同而帶來的相含量分布不均問題；或者使板料在衝壓前到達最佳衝壓溫度，提高板料硬化指數，優化板料衝壓成形的性能。本發明對原有熱衝壓工藝加以改進，在結構件加熱並奧氏體化保溫之後，熱衝壓前對其進行一定降溫速率的急冷處理。既保證拉應力加載區具有較高硬化指數η值，提高成形性；又滿足壓應力加載區形核數目增加、結構緻密的增韌目的。實驗表明:部件上以拉應力為主的加載區，700°C時的硬化指數η值分別高於900°C和600°C(如圖1所示)，前者具有更好的成形性，在此溫度附近成形，利於避免開裂、起皺等問題發生；以壓應力為主的加載區，相變前達到成形溫度對其新相微觀組織結構影響甚少，尚可忽略；衝壓前，滿足一定急冷降溫速率的預處理，利於獲得新相組織緻密的微觀結構，能夠實現結構件強韌化的目的。急冷降溫速率以過冷奧氏體連續冷卻轉變曲線(即CCT曲線，如圖2所示，圖中I為傳統降溫曲線，即樣件出爐後直接衝壓、淬火；2為當急冷處理的冷速較低時，將導致貝氏體等第二相生成；3為本發明提出的方法，即樣件出爐後以合適的降溫速率大於40°C/s，進行急冷處理，然後再衝壓，淬火)為參數約束，可避免貝氏體、鐵素體等組織產生。而同時滿足上述目的最直接的方法是熱衝壓前對AHSS結構件進行不低於40°C /s冷卻速率的預處理，並在800°C 700°C溫度範圍內衝壓，溫度過高或過低，都得不到預期的較好強韌化和成形性的組織結構。較現有技術相比，本發明所述工藝方法製備的AHSS結構件各處強韌性和成形性及力學特性得到改善，尤其降低了衝壓時開裂、起皺等問題出現的頻率，而通過獲得微觀緻密結構，使得部件強韌性得以提高，既滿足部件具有期望的安全性需求，又提高了成品合格率。同時，本發明所述工藝方法，不影響其他工序的操作。另外，通過急冷處理過程的部件成形時減少了水冷能量釋放，進而降低了水泵等電器的耗電量。經本發明所述的工藝方法得到的結構件熱衝壓淬火後，其各處的屈服強度> llOOMPa，抗拉強度> 1600MPa，延伸率7%以上。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。
圖1是溫度與合金硬化指數的關係曲線。圖2是過冷奧氏體連續冷卻轉變曲線。圖3是由AHSS結構件衝壓成形的防撞梁的示意圖及其不同位置的金相圖像:其中:圖3a為由AHSS結構件衝壓成形的防撞梁的示意圖；圖3b為圖3a中(I)點採用傳統工藝處理後的金相圖像；圖3c為圖3a中(3)點採用傳統工藝處理後的金相圖像；圖3d為圖3a中(I)點採用本發明工藝處理後的金相圖像；圖3e為圖3a中(3)點採用本發明工藝處理後的金相圖像。圖4是由AHSS結構件衝壓成形的汽車B柱的示意圖。
具體實施例方式一種改善車用 AHSS熱衝壓結構件強韌化和成形性的工藝方法，包括如下步驟:①預處理:將軋制的高強鋼板經剪板機裁剪成預設的結構件板料，然後進行防氧化塗層處理；所述高強鋼板為具有非擴散型馬氏體相變特徵的AHSS鋼板，包括硼合金鋼板(22MnB5)；②加熱爐升溫、保溫處理:將結構件板料運至加熱爐內加熱，加熱溫度控制在850-1150°C，保溫時間在3-5min ;其中，加熱爐的升溫速率大於10°C /s ;優選地，加熱爐中的加熱溫度控制在890°C 930°C ；③急冷處理:將結構件板料取出轉運，在轉運過程中對高溫結構件板料進行快速急冷處理，冷卻速率大於40°C /s，冷卻後的溫度控制在結構件板料的成形溫度之間，成型溫度為700°C 800°C ;急冷處理方式包括壓縮空氣冷卻、氮氣冷卻或水霧冷卻；④熱壓、保壓-淬火處理:將經急冷處理後的結構件板料運至帶有冷卻水道的高速液壓衝壓機衝壓成形，並保壓淬火，冷卻速率40-70°C /s，保壓時間控制在10 20s ；⑤後期處理:將經熱壓、保壓處理後的結構件板料再經過切邊、噴丸、塗油，製成符合技術性能指標要求的結構件。實施例1如圖3a所示，以熱成形防撞梁為例，在其上選取位置不同的6個點，製成試樣進行硬度測試分析，見表I。表I傳統工藝與本發明工藝對應位置處的維氏(HV)硬度值
權利要求
1.一種改善車用AHSS熱衝壓結構件強韌化和成形性的工藝方法，其特徵在於包括如下步驟: ①預處理:將軋制的高強鋼板經剪板機裁剪成預設的結構件板料，然後進行防氧化塗層處理； ②加熱爐升溫、保溫處理:將結構件板料運至加熱爐內加熱，加熱溫度控制在850-1150°C，保溫時間在 3-5min ； ③急冷處理:將結構件板料取出轉運，在轉運過程中對高溫結構件板料進行快速急冷處理，冷卻速率大於40°C /s，冷卻後的溫度控制在結構件板料的成形溫度之間，成型溫度為 700。。 800。。； ④熱壓、保壓-淬火處理:將經急冷處理後的結構件板料運至帶有冷卻水道的高速液壓衝壓機衝壓成形，並保壓淬火，冷卻速率40-70°C /s，保壓時間控制在10 20s ； ⑤後期處理:將經熱壓、保壓處理後的結構件板料再經過切邊、噴丸、塗油，製成符合技術性能指標要求的結構件。
2.根據權利要求1所述的一種改善車用AHSS熱衝壓結構件強韌化和成形性的工藝方法，其特徵在於:所述步驟②中加熱爐的升溫速率大於10°C /S。
3.根據權利要求1所述的一種改善車用AHSS熱衝壓結構件強韌化和成形性的工藝方法，其特徵在於:所述步驟③中的急冷處理方式包括壓縮空氣冷卻、氮氣冷卻或水霧冷卻。
4.根據權利要求1所述的一種改善車用AHSS熱衝壓結構件強韌化和成形性的工藝方法，其特徵在於:所述高強鋼板為具有非擴散型馬氏體相變特徵的AHSS鋼板，包括硼合金鋼板。
5.根據權利要求1或4所述的一種改善車用AHSS熱衝壓結構件強韌化和成形性的工藝方法，其特徵在於:當所述高強鋼板為硼合金鋼板時，步驟②中加熱爐中的加熱溫度控制在 890O 930O。
全文摘要
本發明屬於熱衝壓成形領域，公開了一種改善車用AHSS熱衝壓結構件強韌化和成形性的工藝方法，其特徵在於包括如下步驟①預處理；②加熱爐升溫、保溫處理；③急冷處理；④熱壓、保壓-淬火處理；⑤後期處理。本發明有效解決了AHSS結構件在熱衝壓成形過程中因各處受到不同外應力方式而出現易開裂、起皺、強韌化分布不均的問題，具有熱成形後組織細化的馬氏體新相結構；部件各處的強韌化和成形性性能較原有工藝明顯提高等優點。
文檔編號B23P15/00GK103212950SQ20131014578
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月24日 優先權日2013年4月24日
發明者常穎, 胡平, 盈亮, 戴明華, 韓小強, 唐行輝, 盧金棟, 賈治域, 靳菲 申請人:大連理工大學