一种提高具有TRIP效应的中锰钢形变能力的方法与流程

本发明属于高强塑积汽车用钢技术领域，尤其涉及一种提高具有TRIP效应的中锰钢形变能力的方法。

背景技术：

近年来，为了满足汽车轻量化和安全性的技术需求，国内外专家学者研发了先进的第三代汽车钢，具有高强度、高塑性，即高强塑积(强塑积能够达到30GPa％)力学性能的优势，包括Q&P钢和中锰钢。其中，中锰钢亚稳奥氏体含量多达20％-30％，甚至更高，以获得高强塑积的性能目标。中锰钢板亚稳奥氏体是通过板材加热到Ac3温度以上的奥氏体化并保温、淬火形成马氏体或马氏体-奥氏体复相组织；再进行逆相变退火、冷却工艺获得的，最终板材的微观结构是由超细的铁素体和亚稳奥氏体组成。

中锰钢因亚稳奥氏体的存在，室温成形时发生明显的TRIP效应而具有良好的成形性，同时，也因室温成形时亚稳奥氏体转变为马氏体，使得相变强化和加工硬化明显，导致后续形变能力的降低而发生开裂，很难完成二次成形、翻边或冲孔等工序。从微观角度分析，通常地，板材中亚稳奥氏体的存在，塑性成形时部分奥氏体会转变成马氏体，而获得提高塑性的效果，即TRIP效应。然而，一次成形时这种TRIP效应能够发挥有利的一面；但是，接着发生的二次成形，因为获得了明显的、一定量的马氏体，出现了相变强化，使得加工硬化现象比非相变钢更为明显，反而降低了板材在二次成形时的成形性，甚至开裂。

技术实现要素：

根据上述提出的技术问题，而提供一种提高具有TRIP效应的中锰钢形变能力的方法，以满足多道次形变的工艺需求。当具有TRIP效应的中锰钢发生冲压形变、获得初始形状，尤其是当亚稳奥氏体含量在20％-30％，甚至更多时，其亚稳奥氏体转变为马氏体，导致板材基体强度性能被提升而降低了成形性。本发明在中锰钢板经过一次成形获得初步形状之后，再次利用中锰钢逆相变退火工艺，将已减少的亚稳奥氏体含量进行部分补偿，改善中锰钢后续形变能力，以避免出现开裂失效等现象。

本发明采用的技术手段如下：

一种提高具有TRIP效应的中锰钢形变能力的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、选取中锰钢板为待用钢件，所述中锰钢板的化学成分重量百分比为：C：0.02～0.50％；Mn：3.5～6.0％；N≤0.006％；O≤30ppm；P≤0.015％；S≤0.020％，余量为Fe以及不可避免的杂质；

S2、采用机械式冲压机或液压机，按照预设的初始形状对中锰钢板进行冲压成形；

S3、经步骤S2后，将初始成形的钢件以平均加热速率40℃/s-60℃/s，加热到Ac1(加热时珠光体向奥氏体转变的开始温度)至Ac1+50℃的温度范围内，保温5min-60min后，空冷至室温；

S4、将冷却后的钢件按照预设的产品要求进行二次冲压、翻边、冲孔、折弯，完成形变过程。

进一步地，所述步骤S1中，在所述中锰钢化学成分的基础上加入重量百分比如下的一种或多种元素：Cr：0.2～3.0％；Ni：0.1～3.0％；V：0～0.2％；Mo：0～0.7％；Nb：0～0.3％；Cu：0.5-2.0％；Al：0.01～2.5％；Si：0～2.0％；RE：0.002-0.005％。

本发明将一定厚度的中锰钢进行预成形，成形为初始形状，此时由于亚稳奥氏体的TRIP效应，中锰钢具有良好的成形性，然而，成形过程中亚稳奥氏体因转变为马氏体而降低含量，导致其后续形变能力降低；因此，将预成形后的中锰钢件加热到Ac1至Ac1+50℃温度之间进行逆相变退火，保温5min-60min，以部分补偿预成形后基体的亚稳奥氏体含量，将钢件冷却到室温，再进行冲压\翻边\钻孔\折弯等形变过程。

较现有技术相比，本发明科学地将弹塑性成形理论与热处理工艺结合，与本领域之前已经公开的技术手段的区别是：

(1)对于具有复杂形状的汽车钢零部件，通常先冲压成为初始形状，然后再二次成形为最终形状，并完成翻边、冲孔等工序。对于非相变钢或相变现象不明显的钢板来说，即使一次成形带来了加工硬化现象，但尚未对二次成形过程中造成明显影响，因此，可以顺利完成多次成形加工工艺环节。

(2)对于亚稳奥氏体含量较多的中锰钢来说，原始板材亚稳奥氏体的获得是通过板材的奥氏体化加热并保温、淬火得到马氏体或马氏体-奥氏体复相组织；再经过逆相变退火、冷却工艺，最终得到超细晶铁素体和亚稳奥氏体组织结构；而中锰钢板一次成形为初始形状后，其微观组织中会有明显的马氏体形成，此时的微观结构是由铁素体、马氏体和残余奥氏体组成的，当马氏体达到一定含量时，相应地，力学性能也出现明显的变化，对后续的形变能力也有明显影响，再按照现有成形工艺将难以成形或完成翻边等后续工序，因此，利用中锰钢的TRIP效应，完成板材初始形状的获得；与原始板材获得亚稳奥氏体途径不同的是，将带有形状的中锰钢件直接经过逆相变退火处理，通过马氏体转变为奥氏体而减少马氏体含量，弥补因成形而发生马氏体相变的部分奥氏体，改善中锰钢的形变能力，完成后续工艺环节。

综上，本发明提供了一种符合多道次成形加工过程的、提高具有TRIP效应的中锰钢形变能力的制备方法，制备具有复杂形状、高强塑积的汽车用中锰钢件，提高中锰钢件的工艺适应性，满足汽车轻量化和安全性需求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有工艺中锰钢二次成形开裂现象的出现，其中，(a)中锰钢完成第一工序的冲压预成形；(b)没有通过第二道冲压成形工序，主要失效形式是裂纹和皱纹。

图2为图1(a)中被截取样件各位置上的硬度变化。

图3为本发明得到多次成形后的中锰钢零部件，其中，(1)一次成形；(2)二次成形及后续翻边、冲孔等加工。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种提高具有TRIP效应的中锰钢形变能力的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、选取中锰钢板为待用钢件，所述中锰钢板的化学成分重量百分比为：C：0.02～0.50％；Mn：3.5～6.0％；N≤0.006％；O≤30ppm；P≤0.015％；S≤0.020％，余量为Fe以及不可避免的杂质；在所述中锰钢化学成分的基础上加入重量百分比如下的一种或多种元素：Cr：0.2～3.0％；Ni：0.1～3.0％；V：0～0.2％；Mo：0～0.7％；Nb：0～0.3％；Cu：0.5-2.0％；Al：0.01～2.5％；Si：0～2.0％；RE：0.002-0.005％。

S2、采用机械式冲压机或液压机，按照预设的初始形状对中锰钢板进行冲压成形；

S3、经步骤S2后，将初始成形的钢件以平均加热速率40℃/s-60℃/s，加热到Ac1至Ac1+50℃的温度范围内，保温5min-60min后，空冷至室温；

S4、将冷却后的钢件按照预设的产品要求进行二次冲压、翻边、冲孔、折弯，完成形变过程。

实施例1

选用中锰钢的化学成分按重量百分数(％)计为：C：0.1，Mn：5.0，P：0.008，S：0.002，N：0.003，O：20ppm，Cu：0.6，Al：0.03，Si：0.2；其余为Fe。中锰钢板厚度为2.0mm，原始板材的亚稳奥氏体含量在21.3％，其Ac1温度为630℃，Ac3(奥氏体化温度)温度为780℃。以某车型的后滑柱固定链接板为例。

制备方法包括如下步骤：

现有工艺：按产品要求，由图1(a)，中锰钢成功地完成了第一工序的冲压预成形；一次成形之后，将具有初始形状的中锰钢件进行二次成形，由图1(b)，发现中锰钢件没有通过第二道冲压成形工序，主要失效形式是裂纹和皱纹。

针对图1(b)中第二次成形时开裂现象的发生，研究经过第一次成形的样件性能特征对第二次成形的影响，按照图1(a)中示出的方向上进行样件的截取，从第一次成形后的样件上间隔20mm依次取点测量横截面的硬度HV。其分布如图2所示，可以看出第一次成形后，中锰钢样件的硬度变化出现了较大的波动，最大值与最小值之间相差30HV，因为硬度和抗拉强度是存在一定换算关系的，可以说，其相应的抗拉强度差距也很明显，出现了明显的不均匀分布，成形性也相应地降低，而且TRIP效应的结果是通常会出现马氏体组织特征，也就是说，与板材的原始组织不同，一次成形时亚稳奥氏体转变成马氏体组织。因此，图1(b)中后续的二次成形，出现了开裂失效的现象。

本发明提出的方法：将同种中锰钢板进行一次冲压成形，获得初始形状，由图3(1)所示，此时，经XRD测试，变形较大的区域亚稳奥氏体降为7％左右，大部分亚稳奥氏体发生了马氏体相变；将具有初始形状的中锰钢件放入加热炉中，以50℃/s的升温速率进行加热，加热温度为650℃，保温10分钟，空冷到室温，通过逆相变退火，将马氏体转变为部分奥氏体而减少马氏体含量；然后，将该钢件转移到二次成形的模具上进行冲压成形、翻边、冲孔工序，获得最终形状，由图3(2)，钢件并未出现开裂现象，经过本发明提出的方法，获得了二次成形时形状完整的钢件。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。