本發(fā)明涉及一種低成本、柔性化熱成形超高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)件的調(diào)控方法，屬于材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

汽車輕量化以及安全性的雙重要求，促使高強(qiáng)以及超高強(qiáng)鋼在白車身上的應(yīng)用比例越來越大，甚至連曾經(jīng)以輕量化著稱的audia8等豪華型全鋁汽車，在2017年也放棄之前的策略，回歸采用鋼鐵材料，極大程度的采用超高強(qiáng)熱成形鋼，熱成形鋼材加熱前抗拉強(qiáng)度就已達(dá)到500-800mpa，加熱成形后則提高至1300-1600mpa，為普通鋼材的3-4倍。因此由熱成型鋼板制成的車身極大的提高了車身的抗碰撞能力和整體安全性，在碰撞中對(duì)車內(nèi)人員會(huì)起到很好的保護(hù)作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)新款audia8整車的鋼材用量將達(dá)到40％，其中17％的車身構(gòu)件將由熱成形超高鋼來替代。其主要原因在于該類超高強(qiáng)鋼的強(qiáng)度重量比明顯優(yōu)于“最先進(jìn)”且昂貴的鋁合金材料，另一方面從所使用材料的全壽命周期成本評(píng)價(jià)，鋼鐵材料當(dāng)之無愧為一種綠色環(huán)保材料，而實(shí)際上鋁合金雖然具有顯著的輕量化效果，但是據(jù)考證生產(chǎn)鋁釋放出的溫室氣體超過鋼的四到五倍。因此，盲目的選擇替代材料替代先進(jìn)高強(qiáng)鋼，勢(shì)必會(huì)造成巨大的、不可逆的環(huán)境問題。

現(xiàn)在應(yīng)用最普遍的熱成形鋼，由于熱沖壓成形工藝條件的原因，生產(chǎn)的超高強(qiáng)鋼構(gòu)件，普遍的抗拉強(qiáng)度在1500mpa左右，且延伸率在6-8％，較低的塑性在很大程度上限制了目前熱成形鋼的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。為了進(jìn)一步提高車輛的安全性以及輕量化的要求，亟需熱成形鋼結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度級(jí)別進(jìn)一步提升，且同時(shí)韌塑性等指標(biāo)也能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，以滿足未來乘用車發(fā)展的技術(shù)需求。

現(xiàn)在傳統(tǒng)的熱沖壓生產(chǎn)線均采用輥底爐加熱，加熱時(shí)間長(zhǎng)且加熱速度慢，造成加熱過程工藝參數(shù)調(diào)控范圍窄而不利于微觀組織的優(yōu)化，且生產(chǎn)成本居高不下；另外，為避免加熱過程中的氧化問題，坯料均采用國(guó)外進(jìn)口的al-si涂層板，價(jià)格昂貴。若能夠以更低的成本生產(chǎn)強(qiáng)度及塑性更佳的超高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)件，則汽車輕量化效果將獲得進(jìn)一步提升，且產(chǎn)品的惠及面更廣，市場(chǎng)推廣價(jià)值更大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種低成本、柔性化熱成形超高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)件的調(diào)控方法。該方法利用低成本原材料，采取短流程、低成本熱沖壓工藝實(shí)現(xiàn)熱沖壓成形構(gòu)件微觀組織超細(xì)化、多樣化的柔性調(diào)控，且能夠?qū)崿F(xiàn)構(gòu)件性能的顯著提升，有助于汽車車身輕量化及安全性的進(jìn)一步提升。

本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種低成本、柔性化熱成形超高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)件的調(diào)控方法，該方法包括步驟如下：

(1)將厚度小于等于5mm的熱成形鋼板在室溫或經(jīng)低溫冷卻后進(jìn)行異步軋制，得到異步軋制鋼板，其中，異步軋制的異速比1:1～1:2，總壓下率30～90％；

(2)將異步軋制鋼板切割裁切成適于熱沖壓成形的坯料，然后經(jīng)過快速高溫加熱至750-950℃，保溫1-3s，實(shí)現(xiàn)高溫微觀組織的超細(xì)化及多樣化控制，得到微觀組織調(diào)控后坯料；

(3)將步驟(2)得到的微觀組織調(diào)控后坯料迅速送至壓機(jī)模具上，合模保壓且同步冷卻，冷卻速率大于等于30℃/s，冷卻至300℃以下，實(shí)現(xiàn)冷卻過程中進(jìn)一步微觀組織及性能的柔性化調(diào)控。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(1)中，低溫冷卻溫度為小于等于-80℃，優(yōu)選的，低溫冷卻溫度為-100～-196℃；所述熱成形鋼板的厚度為3.5-4.5，成分為熱成形鋼用硼鋼化學(xué)成分，微觀組織為鐵素體或珠光體、鐵素體或彌散碳化物或貝氏體。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(1)中，異步軋制的異速比1:1.5～1:1.8，總壓下率50～70％。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(1)中，異步軋制通過異步軋機(jī)上、下工作輥直徑不同實(shí)現(xiàn)異步，采用交替異步軋制或非交替異步軋制進(jìn)行。為保證異步軋制后板材的平直度，采取采用交替異步軋制方式進(jìn)行。若無此要求，則可采用非交替異步軋制進(jìn)行。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(2)中，快速高溫加熱采用部分感應(yīng)加熱與高溫爐結(jié)合或全感應(yīng)加熱的方式進(jìn)行。

進(jìn)一步優(yōu)選的，部分感應(yīng)加熱與高溫爐結(jié)合的加熱的方式具體為：先采用感應(yīng)加熱，加熱至650-750℃，升溫速率大于等于100℃/s，緊接著采用高溫爐加熱至850-950℃，升溫速率為大于等于10℃/s；優(yōu)選的，采用感應(yīng)加熱的升溫速率為200-350℃/s，采用高溫爐的升溫速率為15-50℃/s。

進(jìn)一步優(yōu)選的，全感應(yīng)加熱的方式具體為：采用感應(yīng)加熱直接快速加熱至750-950℃；升溫速率為大于等于30℃/s，優(yōu)選的，升溫速率為50-150℃/s。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(3)中，冷卻速率為大于等于50℃/s，進(jìn)一步優(yōu)選的，冷卻速率為80-100℃/s。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(3)中，冷卻溫度至100-200℃。

本發(fā)明的冷卻速率可以通過調(diào)整壓機(jī)模具冷卻通道與型面的距離以及冷卻介質(zhì)進(jìn)行控制，其中，冷卻介質(zhì)可選擇液氮、水以及超低溫壓縮空氣；冷卻通道與型面的距離為8-10mm。

本發(fā)明通過步驟(3)調(diào)控后，可以根據(jù)需要進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)控，如開模后通過機(jī)械手或機(jī)器人快速拾取熱成形結(jié)構(gòu)件置于傳送帶上空冷、風(fēng)冷或者水霧冷卻等，或者根據(jù)性能調(diào)控的需要，實(shí)施進(jìn)一步的熱處理。

本發(fā)明所用原料及設(shè)備均為現(xiàn)有技術(shù)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：

1、熱成形鋼板通過本發(fā)明的調(diào)控方法調(diào)控后，最終熱沖壓成形結(jié)構(gòu)件厚度在2mm以下，抗拉強(qiáng)度高達(dá)2400mpa，延伸率>12％，微觀組織為超細(xì)晶馬氏體組織與殘余奧氏體、超細(xì)晶鐵素體、貝氏體組織其中一種或兩種的組合。

2、本發(fā)明通過對(duì)熱沖壓成形前坯料板材進(jìn)行簡(jiǎn)單的預(yù)軋制形變處理，獲得合適的形變組織、織構(gòu)及內(nèi)能狀態(tài)，為后續(xù)低成本熱沖壓成形的柔性化組織調(diào)控奠定基礎(chǔ)條件，配合后續(xù)的加熱路徑調(diào)控以及加熱后熱成形、冷卻路徑的調(diào)控，可以實(shí)現(xiàn)熱沖壓成形結(jié)構(gòu)件的多尺度和多相化調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)單一成分坯料的多種性能調(diào)節(jié)，具有柔性化調(diào)控的優(yōu)勢(shì)，調(diào)控高溫微觀組織，實(shí)現(xiàn)其超細(xì)化及(或)多樣化制備。

3、本發(fā)明的加熱方式能夠有效避免鋼板的氧化，因此適合于用低成本非涂層板(已國(guó)產(chǎn)化)生產(chǎn)，而取代價(jià)格昂貴的al-si涂層板。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1制備的結(jié)構(gòu)件1微觀組織圖，為超細(xì)晶馬氏體組織+殘余奧氏體；

圖2為實(shí)施例1制備的結(jié)構(gòu)件1的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖；

圖3為實(shí)施例2制備的結(jié)構(gòu)件2微觀組織圖，為馬氏體+鐵素體；

圖4為實(shí)施例2制備的結(jié)構(gòu)件2的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖；

圖5為實(shí)施例3制備的結(jié)構(gòu)件3微觀組織圖，為馬氏體+貝氏體組織；

圖6為實(shí)施例3制備的結(jié)構(gòu)件3的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖圖；

圖7為實(shí)施例4制備的結(jié)構(gòu)件4微觀組織圖，為馬氏體+貝氏體+鐵素體組織；

圖8為實(shí)施例4制備的結(jié)構(gòu)件4的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖；

圖9為實(shí)施例5制備的結(jié)構(gòu)件5微觀組織圖，為超細(xì)晶鐵素體+少量馬氏體組織；

圖10為實(shí)施例5制備的結(jié)構(gòu)件5的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖；

圖11為對(duì)比例1試樣的微觀組織圖，為粗晶馬氏體組織；

圖12為交替異步軋制方式的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但不限于此。

實(shí)施例1

一種低成本、柔性化熱成形超高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)件的調(diào)控方法，該方法具體步驟如下：

(1)將厚度小于等于5mm的熱成形鋼板在室溫下進(jìn)行異步軋制，得到異步軋制鋼板，為保證異步軋制后板材的平直度，采取采用交替異步軋制方式進(jìn)行，如圖11所示，其中，異步軋制的異速比1:1.5，總壓下率70％；

(2)將異步軋制鋼板切割裁切成適于熱沖壓成形的坯料，坯料先采用感應(yīng)加熱，加熱至680℃，升溫速率為280℃/s，緊接著采用輥底爐加熱至910℃，升溫速率為20℃/s，保溫3s，實(shí)現(xiàn)高溫微觀組織的超細(xì)化及多樣化控制，得到微觀組織調(diào)控后坯料；

(3)將步驟(2)得到的微觀組織調(diào)控后坯料迅速送至壓機(jī)模具上，合模保壓且同步冷卻，冷卻速率控制在100℃/s，冷卻至200℃以下，實(shí)現(xiàn)冷卻過程中進(jìn)一步微觀組織及性能的柔性化調(diào)控。所制備的結(jié)構(gòu)件1的微觀組織如圖1所示，為超細(xì)晶馬氏體組織+殘余奧氏體。拉伸曲線如圖2，抗拉強(qiáng)度2400mpa，延伸率>12％。

實(shí)施例2：

一種低成本、柔性化熱成形超高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)件的調(diào)控方法，該方法具體步驟如下：

(1)將厚度小于等于5mm的熱成形鋼板經(jīng)-80℃冷卻后進(jìn)行異步軋制，得到異步軋制鋼板，其中，異步軋制的異速比1:2，總壓下率30％；

(2)將異步軋制鋼板切割裁切成適于熱沖壓成形的坯料，坯料采用感應(yīng)加熱直接快速加熱至930℃；升溫速率為60℃/s，保溫3s，實(shí)現(xiàn)高溫微觀組織的超細(xì)化及多樣化控制，得到微觀組織調(diào)控后坯料；

(3)將步驟(2)得到的微觀組織調(diào)控后坯料迅速送至壓機(jī)模具上，合模保壓且同步冷卻，冷卻速率控制在60℃/s，冷卻至300℃以下，實(shí)現(xiàn)冷卻過程中進(jìn)一步微觀組織及性能的柔性化調(diào)控。所制備的結(jié)構(gòu)件2的微觀組織如圖3所示，為馬氏體+鐵素體。拉伸曲線如圖4，抗拉強(qiáng)度1890mpa，延伸率>8.0％。

實(shí)施例3：

一種低成本、柔性化熱成形超高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)件的調(diào)控方法，該方法具體步驟如下：

(1)將厚度小于等于5mm的熱成形鋼板經(jīng)液氮深冷后進(jìn)行異步軋制，得到異步軋制鋼板，其中，異步軋制的異速比1:2，總壓下率50％；

(2)將異步軋制鋼板切割裁切成適于熱沖壓成形的坯料，坯料先采用感應(yīng)加熱，加熱至700℃，升溫速率為300℃/s，緊接著采用輥底爐加熱至910℃，升溫速率為15℃/s，保溫3s，實(shí)現(xiàn)高溫微觀組織的超細(xì)化及多樣化控制，得到微觀組織調(diào)控后坯料；

(3)將步驟(2)得到的微觀組織調(diào)控后坯料迅速送至壓機(jī)模具上，合模保壓且同步冷卻，冷卻速率控制在70℃/s，冷卻至300℃以下，實(shí)現(xiàn)冷卻過程中進(jìn)一步微觀組織及性能的柔性化調(diào)控。所制備的結(jié)構(gòu)件3的微觀組織如圖5所示，為馬氏體+貝氏體組織。拉伸曲線如圖6，抗拉強(qiáng)度2100mpa，延伸率>20％。

實(shí)施例4：

一種低成本、柔性化熱成形超高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)件的調(diào)控方法，該方法具體步驟如下：

(1)將厚度小于等于5mm的熱成形鋼板經(jīng)液氮深冷后進(jìn)行異步軋制，得到異步軋制鋼板，其中，異步軋制的異速比1:1.5，總壓下率50％；

(2)將異步軋制鋼板切割裁切成適于熱沖壓成形的坯料，坯料采用感應(yīng)加熱直接快速加熱至910℃；升溫速率為100℃/s，保溫3s，實(shí)現(xiàn)高溫微觀組織的超細(xì)化及多樣化控制，得到微觀組織調(diào)控后坯料；

(3)將步驟(2)得到的微觀組織調(diào)控后坯料迅速送至壓機(jī)模具上，合模保壓且同步冷卻，冷卻速率控制在75℃/s，冷卻至300℃以下，實(shí)現(xiàn)冷卻過程中進(jìn)一步微觀組織及性能的柔性化調(diào)控。所制備的結(jié)構(gòu)件4的微觀組織如圖7所示，為馬氏體+貝氏體+鐵素體組織。拉伸曲線如圖8，抗拉強(qiáng)度1800mpa,延伸率>8.3％。

實(shí)施例5：

一種低成本、柔性化熱成形超高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)件的調(diào)控方法，該方法具體步驟如下：

(1)將厚度小于等于5mm的熱成形鋼板經(jīng)液氮深冷后進(jìn)行異步軋制，得到異步軋制鋼板，其中，異步軋制的異速比1:1.2，總壓下率70％；

(2)將異步軋制鋼板切割裁切成適于熱沖壓成形的坯料，坯料采用感應(yīng)加熱直接快速加熱至925℃；升溫速率為40℃/s，保溫3s，實(shí)現(xiàn)高溫微觀組織的超細(xì)化及多樣化控制，得到微觀組織調(diào)控后坯料；

(3)將步驟(2)得到的微觀組織調(diào)控后坯料迅速送至壓機(jī)模具上，合模保壓且同步冷卻，冷卻速率控制在90℃/s，冷卻至300℃以下，實(shí)現(xiàn)冷卻過程中進(jìn)一步微觀組織及性能的柔性化調(diào)控。所制備的結(jié)構(gòu)件5的微觀組織如圖9所示，為極少量超細(xì)晶鐵素體+馬氏體+貝氏體組織。拉伸曲線如圖10，抗拉強(qiáng)度2100mpa，延伸率接近20％。

對(duì)比例1

一種熱成形鋼構(gòu)件的調(diào)控方法，同實(shí)施例1所示，不同之處在于：

該方法不經(jīng)異步軋制，直接進(jìn)行步驟(2)、步驟(3)處理。處理得到的結(jié)構(gòu)件的微觀組織為粗晶馬氏體(圖11所示)?？估瓘?qiáng)度1460mpa，延伸率7％。