[发明专利]一种基于碳配分原理的热冲压烘烤韧化钢及其加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及冶金材料领域，同属于汽车用先进高强钢领域，具体为一种基于碳配分原理的热冲压烘烤韧化(Hot Stamping-Bake Toughening，HS-BT)钢及其加工方法。

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。现有技术中，还缺乏高强塑积(20000MPa·％以上)的热冲压用钢。

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(-30000MPa·％)。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钢与回火马氏体钢相比较，Q&P钢强度较高，塑性较好，综合性能更为优异。

虽然目前已经开发了一系列适合Q&P工艺的钢种，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。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，因而现有Q&P钢的应用大大受到了限制。

发明内容

针对Q&P钢种存在的不足，本发明提供一种基于碳配分原理的热冲压烘烤韧化(HS+BT)钢及其加工方法，解决Q&P钢的碳配分需要单独等温处理设备，同时转移至配分设备使工艺实现难度增加等问题。

本发明的技术方案是：

一种基于碳配分原理的热冲压烘烤韧化钢，按质量分数计，其化学成分为：0.2～0.5％C，0.25～1.5％Mn，0.2～0.6％Cr，0.2～1.0％Mo，0.1～0.8％Ni，0.2～1.2％Si，0.2～0.5％Al，0.002～0.004％B，0.02～0.03％Ti，0.5～1.5％Cu，S<0.01％，P<0.01％，Fe余量。

所述的基于碳配分原理的热冲压烘烤韧化钢，马氏体转变开始温度M_s≤400℃，马氏体转变终了温度M_f≤200℃，实现热冲压烘烤韧化钢在室温下具有马氏体与残余奥氏体的组织。

所述的基于碳配分原理的热冲压烘烤韧化钢，优选地，马氏体转变开始温度M_s为200℃～300℃，马氏体转变终了温度M_f为50℃～150℃。

所述的基于碳配分原理的热冲压烘烤韧化钢的加工方法，将板料加热奥氏体化，而后立即转移至热冲压设备上进行冲压成形、保压淬火后出模冷却至室温，工件组织为马氏体+不稳定的残余奥氏体；而后取出工件，放置在车身烤漆温度范围内的热处理炉中烘烤，使之发生碳配分，使得残余奥氏体稳定，最终获得稳定的马氏体与残余奥氏体的复相组织，使工件综合性能与传统Q&P钢性能一致。

所述的基于碳配分原理的热冲压烘烤韧化钢的加工方法，在车身烘烤温度使碳在残余奥氏体中进行配分，热冲压烘烤韧化马氏体钢具有较低的M_s和M_f点，以使烘烤处理的温度处在碳配分温度范围。

所述的基于碳配分原理的热冲压烘烤韧化钢的加工方法，加热奥氏体化过程指的是在电阻炉或燃料炉中对板料进行加热。

所述的基于碳配分原理的热冲压烘烤韧化钢的加工方法，热冲压过程在压力机上进行，与热冲压生产过程一致，通过热冲压使得板料成形、模内淬火后出模冷却至室温。

所述的基于碳配分原理的热冲压烘烤韧化钢的加工方法，放置在车身烤漆温度范围内的热处理炉中烘烤，烘烤处理利用工业上的车身烤漆过程，温度在100～300℃，时间在10～90min。