CN116926421A

CN116926421A - 低Si1600MPa级免涂层温成形中锰钢及制备方法

Info

Publication number: CN116926421A
Application number: CN202310843479.4A
Authority: CN
Inventors: 周天鹏; 张宇; 王静静; 耿志宇; 刘旭明
Original assignee: Ansteel Beijing Research Institute Co Ltd
Current assignee: Ansteel Beijing Research Institute Co Ltd
Priority date: 2023-07-11
Filing date: 2023-07-11
Publication date: 2023-10-24
Anticipated expiration: 2043-07-11
Also published as: CN116926421B

Abstract

本发明涉及一种低Si1600MPa级免涂层温成形中锰钢及制备方法，钢中化学成分按质量百分比计为：C 0.20％～0.25％、Si≤0.1％、Mn 6％～9％、Al 0.2％～0.6％、Cr 3％～5％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。本发明的温成形工艺条件下不再使用Al‑Si涂层，且经过奥氏体化温成形后抗拉强度≥1600MPa，延伸率A50≥7％。本发明温成形用中锰钢采用低Si含量设计，温成形中无需气氛保护，氧化增重大幅度降低的同时保证氧化层具有致密不易脱落的特性，温成形后无需进行抛丸处理。

Description

低Si1600MPa级免涂层温成形中锰钢及制备方法

技术领域

本发明涉及高强钢技术领域，具体涉及低Si1600MPa级免涂层温成形中锰钢及制备方法。

背景技术

超高强钢热冲压构件的应用能够在减轻汽车整车重量的同时，保证车身强度及安全性，是实现汽车轻量化的重要途径。其中，热成形钢具有高的极限抗拉强度(UTS)超过1500MPa，广泛应用于现代汽车零部件，以提高抗侵入能力和撞击能量吸收。目前应用最广泛的为22MnB5钢，其组织为热成形后的全马氏体。然而22MnB5钢板需要保护性的Al-Si涂层，以防止在高达850-1000℃的高温下热成型过程中形成氧化皮。另外，在炉内加热期间，从Al-Si涂层上掉下来的残留物会积聚在辊子上，从而导致板坯移动困难甚至辊子破裂。而且，当冷却后Al-Si涂层变硬变脆时，容易产生裂纹。因此人们强烈希望有一种经济的替代方法来防止热成形钢氧化。目前，市场上出现了无涂层热成形钢，由于其加热易发生氧化脱碳，从而影响钢的性能，额外增加气氛保护和喷丸处理将造成成本和工序的增加。

公开号为CN103255340B的专利文件中提出了一种汽车用高强韧性热成形钢板及其制备方法，钢板化学成分中C：0.1-0.5％，Si：0.5-1.5％，Mn：1.2-2.4％，Ti：0.01-0.05％，B：0.001-0.005％，S：≤0.01％，P：≤0.01％，其热成形后钢板的抗拉强度达到1600MPa，延伸率达到16％。但钢板需在加热过程中进行变形处理，再经过两次淬火，其热成形工艺复杂，目前无法再现有设备实现，同时加热过程中需要气体保护，热成形后需进行喷丸处理，而钢种添加较高的Si元素，对焊接性能及表面质量控制不利。

公开号CN104846274A基于钢中碳和锰成分设计实现热冲压成形奥氏体化加热温度降低至780℃，使得镀锌的此种钢板能在热冲压成形用钢热冲压工艺中防止锌的液化及严重氧化，避免液态锌致开裂。该方法对于钢的热冲压过程中采用镀锌或其他涂层处理工艺防止氧化，提升成分，对模具具有一定不利影响。

公开号CN110643909A的专利文件中提出了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，钢板化学成分C：0.20～0.35％、Mn：6～8％、Cr：2～5％、Nb+V：0.05～0.3％、Si：0.3～0.8％、Al：0.1～0.8％余量Fe。该钢板经过在780～900℃加热成形后钢板氧化增重≤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％。为了获得更好的抗高温氧化性能，但其化学成分中添加了较多的Si元素，对焊接性能产生不利影响，同时不利于获得良好的表面质量。

针对这些问题，本发明公开了一种低Si含量抗拉强度超过1600MPa免涂层温成形用中锰钢，具备良好的抗高温氧化性能的同时构件表面氧化层致密不易脱落等特点，因此温成形中无需气氛保护，成形后无需进行抛丸处理。

发明内容

本发明的目的是提供一种低Si1600MPa级免涂层温成形中锰钢及制备方法，本发明的温成形工艺条件下不再使用Al-Si涂层，且经过奥氏体化温成形后抗拉强度≥1600MPa，延伸率A50≥7％。本发明温成形用中锰钢采用低Si含量设计，温成形中无需气氛保护，氧化增重大幅度降低的同时保证氧化层具有致密不易脱落的特性，温成形后无需进行抛丸处理。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

低Si1600MPa级免涂层温成形中锰钢，钢中化学成分按质量百分比计为：C 0.20％～0.25％、Si≤0.1％、Mn 6％～9％、Al 0.2％～0.6％、Cr 3％～5％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

合金元素的作用为：

C：作为中锰钢中奥氏体稳定化元素，能够有效扩大奥氏体相区，提高中锰钢中奥氏体体积分数以及稳定性。提高中锰钢中C的含量能够有效提升材料的抗拉强度和延伸率，但过高的碳含量容易使中锰钢在奥氏体逆转变退火过程中形成硬脆相渗碳体，在拉伸过程中成为裂纹启裂与扩展通道，从而恶化力学性能。本发明选择的碳含量范围是0.2～0.25％，过高的碳含量严重恶化中锰钢的焊接性能。

Al：作为一种铁素体稳定化元素，能够提高Ms点温度，有效提升中锰钢的抗高温氧化性能。本发明选择的Al含量范围是Al 0.2％～0.6％，当中锰钢中添加过多的Al元素不利于奥氏体含量的提升。

Si：作为铁素体稳定化元素，在中锰钢的研究中，Si与Al在某种程度上具有相似的作用，都能够抑制渗碳体的形成，从而提高奥氏体的稳定性。同时，Si元素的添加能够提升中锰钢抗高温氧化性能，但过高的Si含量将会影响焊接性能以及增加酸洗的难度，因此，本发明将Si含量控制在≤0.1％。

Mn：作为奥氏体稳定化元素，能够扩大奥氏体相区，提高中锰钢中奥氏体的体积分数、稳定性和层错能。同时随着Mn含量的增加，降低中锰钢的A₃点温度，促进奥氏体低温下形成，能够实现在相对较低的温度下进行淬火处理，Mn 6％～9％。

Cr：作为铁素体稳定化元素，能够显著提升中锰钢的韧脆转变温度，提升中锰钢的淬透性。中锰钢中添加少量的Cr能显著改善钢的抗氧化作用，增加钢的抗腐蚀能力。为了获得优异的抗高温氧化性能，本发明将Cr含量控制在3％～5％。

钢成形后抗拉强度超过1600MPa，延伸率A50大于7％。氧化层厚度小于3μm。

低Si1600MPa级免涂层温成形中锰钢的制备方法，包括：

1)连铸坯料加热到1150～1250℃，保温2～3h后进行热轧，开轧温度1100～1150℃，终轧温度为850～1000℃，轧后空冷至室温，获得厚度为3mm的热轧态板；

2)将热轧钢带剪切成结构件坯料，在加热炉内加热到至780℃～850℃，保温3～10min，使结构件坯料完全奥氏体化；

3)随后将加热处理后的坯料转移至冲压模具中，在720℃～800℃的范围内进行冲压成形，将冲压件随模进行保压淬火，淬火冷却速率≥10℃/s，保压时间为15s-30s，得到目标几何形状的淬冷构件；

4)构件冷却到室温后再加热到170～200℃，保温15～20min，完成烘烤硬化过程，最终获得抗高温氧化高强塑性结构件。

温成形冲压部件的室温组织为典型的马氏体+残余奥氏体+少量碳化物组织。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

1)该钢种无需添加微合金元素，温成形工艺条件下无需进行任何防氧化涂层保护，成形后抗拉强度超过1600MPa，延伸率A50大于7％。

2)通过低Si含量设计，仍然能够保证构件具备抗高温氧化性能且表面氧化层更加致密且不易脱落。

3)在较高的温成形温度(780℃)条件下仍然能够获得高强塑性的同时，抗高温氧化性更加优异，氧化层厚度小于3μm。

附图说明

图1为本发明的温成形工艺流程图。

图2为实施例1热轧后的金相组织图。

图3为实施例1温成形后的组织图。

图4为实施例1温成形后力学性能图。

图5为实施例1温成形后氧化层表面形貌图。

图6为实施例1温成形后氧化层厚度图。

具体实施方式

下面将结合本发明的实施例，对本发明的实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是作为例示，并非用于限制本发明。

实施例钢中化学成分见表1，实施例生产工艺见表2，实施例温成形中锰钢力学性能见表3。

表1实施例钢中化学成分(wt％)

实施例	C	Si	Mn	Al	Cr
						1	0.18	0.11	7.9	0.41	3.3
2	0.19	0.11	8.2	0.42	3.2
						3	0.22	0.12	8.8	0.58	3.3
4	0.24	0.10	6.3	0.23	4.8

表2实施例生产工艺

表3实施例温成形中锰钢力学性能

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.低Si1600MPa级免涂层温成形中锰钢，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比计为：C 0.20％～0.25％、Si≤0.1％、Mn 6％～9％、Al 0.2％～0.6％、Cr 3％～5％，其余为Fe和不可避免的杂质元素。

2.根据权利要求1所述的低Si1600MPa级免涂层温成形中锰钢，其特征在于，成形后抗拉强度超过1600MPa，延伸率A50大于7％。

3.根据权利要求1或2所述的低Si1600MPa级免涂层温成形中锰钢，其特征在于，氧化层厚度小于3μm。

4.如权利要求1-3其中任意一项所述的低Si1600MPa级免涂层温成形中锰钢的制备方法，其特征在于，包括：

1)连铸坯料加热到1150～1250℃，保温2～3h后进行热轧，开轧温度1100～1150℃，终轧温度为850～1000℃，轧后空冷至室温；

2)将热轧钢带剪切成结构件坯料，在加热炉内加热到至780℃～850℃，保温3～10min；

3)随后将加热处理后的坯料转移至冲压模具中，在720℃～800℃的范围内进行冲压成形，将冲压件随模进行保压淬火，淬火冷却速率≥10℃/s，保压时间为15s-30s；

4)构件冷却到室温后再加热到170℃～200℃，保温15～20min。