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日前热成形钢的发展趋势重点集中在加强延性上，同期，新钢种的设计亦克服了表面过度氧化，避免了冲压模具冷却系统的繁杂性。这种新型钢及相应的成形技术被叫作为低温热成形或热冲压技术，克服了传统热成形钢的缺点。本文科研了区别退火温度后的微观结构特性和力学行径。结果显示，其微观结构和力学特性与退火温度有很大的关系。这些结果显示，当罩退退火温度在570-630℃之间时，钢的抗拉强度超过1400MPa，总伸长率为9%。在690℃以上，拉伸强度和总伸长率显著下降。这些恶化的力学性能能够归因于先前的奥氏体粒尺寸和板条马氏体分数的增多。
Keywords: Low temperature hot forming; Medium-Mn; Microstructure; Mechanical characteristics
1.Introduction
日前，因为汽车车身轻量化和加强被动安全性的需要，促进汽车行业连续研发新的材料和制造工艺。热冲压是一种结合了成型和淬火工艺，用以生产超高强度汽车结构件的创新且有效办法，如汽车A柱、B柱、车顶梁、保险杠等 [1,2]。在热冲压生产过程中，将硼钢放到800-950℃的加热炉中保温3-10分钟，使其充分奥氏体化，而后快速转移到模具中，成形和淬火同期进行，并最后得到拥有超高抗拉强度的全马氏体组织构件[3,4]。22MnB5（抗拉强度在1300MPa以上）是近几十年来在热冲压生产中最常用的硼钢。近年来，一种抗拉强度超过1800 MPa的新型热冲压钢被研发出来，用以取代部分传统的热冲压钢。
热成形钢在模具中淬火冷却成形得到全马氏体结构是其重大特点。 然而较高的热处理温度引起氧化皮严重，同期需要较高的冷却能力，引起模具设计制导致本较高，影响传统热成形钢的应用，近年来低温热冲压成形技术逐步作为科研热点，中锰成份可降低奥氏体化温度，同期对冷却能力需求低，最后性能优异[5, 6].
2.Material and test process
本论文科研的钢成份为，wt%: C, 0.1-0.13; Si, 0.25; Mn, 4.50-5.50; Cr, 0.15-0.55; S, 0.0017; P, 0.006; B, 0.0010-0.0040; and Fe, balance. 最后冷轧板厚度为1.5mm。利用相图计算软件计算的 Ae1 和 Ae3 分别为 451°C 和737°C。
10°C/s热膨胀测定的 Ac1 和 Ac3 分别为 652 °C 和 781°C, 因此呢低温热成形采用800℃-7min来完成完全奥氏体化。热成形前在570-720°C范围内退火。每一个退火参数都要垂直于滚动方向切割三个拉伸样品。室温下在仪器5985拉伸实验机上测绘了力学性能，十字头位移为2mm/min，标距长度为50mm，宽度为12.5mm。在平行于轧制方向的电解抛光后，采用电子背散射衍射(EBSD)对其截面进行了微观结构分析。EBSD观察是在JSM 7001FFE-SEM进行的。首要对EBSD样品进行机械抛光，而后在室温下在10%高氯酸和85%酒精的混合溶液中进行电子抛光，应用电位为25V。
3.Results and discussion
3.1Mechanical properties before and after low temperature hot forming
图2描述了区别的罩退退火温度和随后的低温热形成的力学性能。这些结果显示，当退火温度在570-630C之间，退火时间为8h时，退火钢的抗拉强度约为800MPa。结果显示，在低温热成形状态下，当加热温度超过1100MPa时，其力学性能略有下降。当浴缸退火温度在570-630C之间时，低温热成形后的钢的抗拉强度超过1400MPa。然而，当退火温度超过690C时，低温热成形钢的抗拉强度和屈服强度降低到1300MPa上下。.
3.2Microstructure evolution
图3表示了模拟罩退退火后钢的微观结构。630℃以下退火要求下的钢的微观结构由以下的铁氧体和碳化物构成。另外，因为优良的淬火耐火性，在模拟罩式退火炉冷却过程中能够形成马氏体。马氏体分数随退火温度的上升而逐步增多。在720℃下退火后，形成为了一个几乎完全的马氏体结构。 退火参数对实验钢微观组织的影响如图4所示。钢在800℃下奥氏体化，在淬火前等温保持8 min。能够看出，经过完全奥氏体化后的微观结构由板条马氏体和海量马氏体构成。
为了仔细分析区别退火要求下微观结构的变化，咱们进行了EBSD分析。表示了EBSD逆极图(IPF)和重建的晶界图。随着罩退退火温度的上升，板条马氏体的比例和奥氏体粒径增大。原奥氏体晶粒的平均粒度由5.9μm增加到9.6μm。在720℃退火的马氏体板条的长度和宽度均大于600℃。未溶解的碳化物和细铁素体结构供给了海量的成核点，因此呢奥氏体的粒径少于初始结构为粗马氏体的样品。针对马氏体钢，强度是由于原始奥氏体颗粒中三个子结构的尺寸决定的，因此呢，退火温度是与材料热冲压应用相关的关键原因。它能够总结在曲线中，较高的退火温度的样品似乎遇到了强度的下降。
4.Conclusions
从本文中得出的重点结论如下： 当罩退温度在570-630C之间时，低温热成形后的钢的抗拉强度超过1400MPa。然而，当罩式退火温度超过690C时，低温热成形钢的抗拉强度和屈服强度降低到1300MPa上下。 随着浴退火温度的上升，板条马氏体的比例和奥氏体粒径增大。先验奥氏体的平均粒度由5.9μm增多到9.6μm。较高的退火温度的样品似乎遇到了强度的下降。
References
1. Z. Q. Zhang, C. H. Liu, S. F. Meng, X. J Li and X. H. Zhao, Investigation of Heat Transfer in Hot Stamping of Boron Steel, Metall. Mater. Trans. B. 47, 824(2016).
2. S.Q. Zhang, D. Feng, Y. H. Huang, S. Z. Wei, H. Mohrbacher and Y. Zhang, Constitutive Modeling of High-Temperature Flow Behavior of an Nb Micro-alloyed Hot Stamping Steel,J. Mater. Eng. Perform.25, 948(2016).
3. Z. X. Gui, W. K. Liang, and Y. S. Zhang, Enhancing ductility of the Al-Si coating on hot stamping steel by controlling the Fe-Al phase transformation during austenitization,Sci. China Technol. Sc.57, 1785(2014).
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5. S. S. Li and H. W. Luo, Medium-Mn steels for hot forming application in the automotive industry, International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials,28, 741(2021)
6. C. Y. Wang, X. D. Li, S Han, L. Zhang, Y. Chang, W.Q. Cao, H. Dong, Warm Stamping Technology of the Medium Manganese,Steel research international, 12, (2018).
注：本文由首钢集团科研院供稿，热成形产业联盟整理发布，版权归原作者所有。这里声明禁止媒介、公司或个人在未经授权的状况下违法转载和运用。热成形产业联盟是服务于工业企业的垂直行业媒介，关注「热成形产业联盟」公众号认识更加多专家诠释、技术热点、新闻及活动关联信息，投稿合作：13501964098 联盟秘书处。
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发表于 2024-10-10 13:27:32