一种钢材成形方法及其成形构件的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种钢材成形方法及其成形构件。
【背景技术】
[0002]轻量化和安全性是汽车工业近年来研究和发展的重点。使用高强度的钢板，可以 在不牺牲碰撞安全性的条件下，减小钢板的厚度，达到减轻汽车重量的目的。同时，钢板的 延伸率的高低，一方面决定了该钢板是否可以成形为更为复杂、美观而且具有最优工程设 计的零件形状，另一方面决定了由此钢板制造的零件在发生碰撞的时候具有多大的能量吸 收的能力。因此，高强度和高延伸率使汽车钢板开发的重要指标。
[0003] TWIP(Twinning Induced Plasticity，孪生诱导塑性)钢是以孪生诱导塑性为主 要强化与提高延性机制的高锰全奥氏体钢，具有高强度和极高的延伸率，是汽车车身制造 的可选优质钢铁材料。它通常具有以下几个特点：高锰含量;微观组织为全奥氏体;室温下 的主要塑性变形机制是位错运动和孪生，也可以包括相变诱发塑性效应(TRIP)。由于这些 细小的形变孪晶与位错之间的相互交叉，TWIP钢表现出了强烈的动态Hall-Petch效应，导 致高的加工硬化率以及高的抗拉强度。同时，高的加工硬化率可以推迟局部颈缩的发生，使 得变形能够均匀发生，从而提高了其塑性变形能力，表现出极高的延伸率。
[0004] 然而，也是由于TWIP钢本身具有的超高加工硬化能力，成形后的TWIP钢零件具有 较大的内应力，结合其本身并不优越的氢脆敏感抗性，导致了TWIP钢零件在室温成型后隐 藏了巨大的延迟开裂风险。
[0005] 即便从源头入手，在TWIP钢的制造过程中进行严格的去氢处理，仍然无法保证 TWIP钢在制造成汽车零件的过程中和在TWIP钢零件的服役过程中不接触氢介质而发生氢 致延迟开裂。高的延迟开裂风险是TWIP钢不能在汽车工业大规模应用的重要原因之一。
[0006] W02015023012A1、US20080240969A1、CN100577846C 等专利文献通过在 TWIP 里添加 铝来降低氢致延迟开裂的风险。然而，加铝导致断裂强度(UTS)降低，使得构件在服役过程 中承载能力下降，导致此类加铝TWIP钢的在汽车车身应用中的减重优势变小。而且，高的铝 添加量会使TWIP钢在连铸过程中产生浇口堵塞等问题，不利于连铸生产。
[0007] CN104233059A提出了在TWIP钢中添加合金元素钒，利用碳化钒质点作为氢陷阱来 提高TWIP钢的抗延迟断裂能力并增加强度。然而，钒的添加势必会提高TWIP钢的成本，并且 会带来一些可焊性的问题。
[0008] CN103003002A提出了对TWIP钢板进行预先成形，再将构件加热到500~700°C，最后 用校正工具对构件进行校正。此文献中的500~700 °C的加热步骤使变形后的TWIP钢发生了 回复或重结晶的现象，虽然能够全面消除构件里的残余应力，解决延迟开裂的问题，但是此 方法能耗高，而且需要两套模具来分别完成成形和校正的工作，成本高、生产效率低。
【发明内容】
[0009] 本发明的一个目的在于提供一种新的钢材成形方法及其成形构件，其能以更低的 成本和更低的能耗来解决上述延迟开裂的问题。本发明的钢材成形方法及其成形构件能降 低钢材特别是TWIP钢在成形过程中形成的孪晶数量甚至数量级，并且同时抑制马氏体的形 成，从而提供了一种成本更低并且能耗更低的解决延迟开裂问题的技术方案。
[0010] 根据本发明的一个实施例，提供了一种钢材成形方法，其特征在于，包括以下步 骤：（A)提供用于成形的钢材；（B)将所述钢材加热至150~500°C ; (C)将受到加热后的钢材传 送到钢材成形设备；（D)在所述钢材成形设备中在100~450°C的温度范围内对所述钢材进行 成形操作。
[0011] 根据本发明的一个优选实施例，所述用于成形的钢材可为孪生诱导塑性钢材，所 述孪生诱导塑性钢材以重量百分比计可包括以下成分:Mn: 12~30wt%，C: 0.4~1.2wt%，Si : 0~2 wt%，Al: 0~3wt%，V: 0~0.7 wt%以及余量的Fe和不可避免的杂质。
[0012] 根据本发明的另一优选实施例，在步骤(B)中，加热速率0.001~1000°C/s，加热及 保温总时间IOs~10h。
[0013] 根据本发明的另一优选实施例，所述钢材在成形操作后的微观组织包括体积分数 大于等于95%的奥氏体。
[0014] 根据本发明的另一优选实施例，所述成形操作可为冲压成形操作、切边操作，下料 操作或冲孔操作。
[0015] 根据本发明的一个实施例，还提供了一种成形构件，其特征在于，该成形构件由本 发明上述钢材成形方法中的任一种制成。所述成形构件可用于汽车构件，例如B柱增强件、 保险杠、和车门防撞梁、车轮轮辐中的至少一种。当然，所述成形构件也可以用于其它所有 陆用车辆中要求轻质的高强度加高延性的构件的场合。
[0016] 根据本发明的一个优选实施例，所述成形构件的微观组织包括体积分数大于等于 95%的奥氏体。
[0017] 根据本发明的另一个优选实施例，所述成形构件在室温下的抗拉强度大于 lOOOMPa。此外，所述成形构件在成形变形度小于等于50%的情况下不发生延迟开裂现象。
【附图说明】
[0018] 图Ia是一种TWIP钢(Fe-18Mn-0.75C-0.5Si-l. 5A1，wt%)在室温下成形后的微观组 织，其中显示有大量的孪晶产生； 图Ib是该TWIP钢根据本发明的方法在300°C成形后的微观组织，其中显示没有孪晶也 没有马氏体产生； 图2是该TWIP钢的工程应力-应变曲线，其中位于上方的曲线为室温时的拉伸曲线，位 于下方的曲线为300°C时的拉伸曲线，UTS代表抗拉强度，UE代表均匀延伸率。
【具体实施方式】
[0019] 本发明人经研究发现，TWIP钢变形过程中会形成形变孪晶，某些TWIP钢也会有奥 氏体相变为马氏体，孪晶的形成或马氏体的形成为延迟开裂提供了便利渠道，因此TWIP钢 具有如此大的延迟开裂风险。因此，降低成形过程中TWIP钢中的孪晶数量甚至数量级且同 时抑制马氏体形成为解决延迟开裂问题提供了一个思路。
[0020] TWIP钢等以奥氏体为基体的钢铁材料的性能和塑性变形机制主要取决于其层错 能（SFE: Stacking Fault Energy)。室温下高猛TWIP钢层错能较低，在塑性变形中会形成孪 晶。而层错能与温度密切相关，在较高的温度下，TWIP钢的层错能会升高，此时其变形过程 中，孪生会被抑制或完全消失。
[0021]下面以冲压成形操作为例来说明本发明的成形方法及其成形构件。提供具有如下 成分范围的TWIP钢：Mn: 12~30wt%，C: 0.4~1.2wt%，Si: 0~2 wt%，Al: 0~3wt%，V: 0~0.7 wt%以及余量的Fe和不可避免的杂质，其中wt%表示质或重量百分比。表1列出了本发明所用 的一些典型成分的TWIP钢。当然，本发明的TWIP钢并不局限于这些成分，使用其它成分的 TWIP钢也是可行的。
[0022] 先将这些TWIP钢加热至150~500°C，其加热速率可为0.001~1000°C/s，加热及保温 总时间可为IOs~10h。然后，通过机械手将加热后的TWIP钢传送到压机，在100~450 °C进行冲 压成形。