[发明专利]用于冲压成形的钢材及其成形构件与热处理方法

说明书

本发明涉及一种用于冲压成形的钢材，其特征在于，所述钢材以重量百分比计包括0.22~0.48%的C、5~9.5%的Mn、0.5~3.0%的Si+Al以及余量的Fe和不可避免的杂质，其中所述钢材为热轧、热轧酸洗、热轧酸洗镀层钢卷或钢板，或者冷轧退火、冷轧镀层钢卷或钢板。本发明还涉及基于上述钢材的冲压成形工艺和冲压成形构件，主要用于但不限用于汽车结构件。所述钢卷或钢板或成形构件经加热至650~780℃保温0.5~60分钟而获得，含有超过30%（以体积分数计）的残余奥氏体。其力学性能达到：屈服强度0.5~1.2GPa，抗拉强度1.0~1.5GPa，强塑积（抗拉强度×延伸率）25GPa%以上。本发明还涉及所述钢材的成形构件与热处理方法。

技术领域

本发明涉及一种用于冲压成形的钢材，以及基于上述钢材的冲压成形构件和热处理方法。

背景技术

节能减排已经成为汽车的重要指标，实现这些目标的重要手段是汽车的轻量化。降低车重能够提高燃油利用率并减少废气排放。在减重的同时保障安全性，高强度钢的使用就成为必然趋势。目前，比如双相（DP）钢、多相（CP）钢、相变诱发塑性（TRIP）钢、马氏体钢等第一代先进高强钢（其强塑积即抗拉强度×总延伸率为15~20GPa%）已在汽车领域广泛应用，并对汽车轻量化起到了重要作用。然而，第一代先进高强钢的成型性能及强度仍然有待提高，以满足日益提升的汽车设计需求。以孪晶诱导塑性(TWIP)为代表的第二代先进高强钢的强塑积可达60GPa%，并已经实现了产业化，但是由于合金元素的大量添加，导致其制造成本高，生产难度大，并且大量添加的合金元素恶化了钢的焊接性能，从而未得到广泛的应用。开发第三代先进高强钢的主要目的就是为了在材料的成本和材料的性能之间取得平衡，其强塑积一般在25GPa%以上。

根据最近的研究进展，含锰量在5wt%至30wt%的先进高强钢以其出色的力学性能将有可能成为下一代强度超过1GPa以上的先进汽车用钢。钢中含锰量的高低和钢的塑性变形机制，把锰钢分为三类：Mn含量在4~8wt%，一般含碳量较低，其组织为残余奥氏体和铁素体的双相组织，其强化机制一般为TRIP效应，在变形过程中残余奥氏体发生相变，导致高的加工硬化率和一般在30%左右的延伸率；Mn含量在12~22wt%，此类钢的初始组织为奥氏体组织，层错能一般为20mJ/m²，由于其强化机制为TWIP（孪晶诱导塑性），此类钢具有出色的加工硬化率和一般60%左右的延伸率；Mn含量在22~30wt%，其强化机制为MBIP（Microband-induced plasticity，微带诱导塑性），此类钢具有较高的碳含量和铝含量，其层错能在80mJ/m²。在变形过程中形成微剪切带导致高的加工硬化率和一般60%的延伸率。

综合目前节能减排和第三代先进高强钢的要求，锰含量在3~10%的中锰钢广受关注。中锰钢的热轧态组织一般为马氏体组织，而后选择合适的退火温度，在两相区保温足够的时间，得到奥氏体和铁素体的双相组织，并且在此过程中完成碳和锰向奥氏体中扩散的过程，使奥氏体体稳定至室温，得到较多的奥氏体组织。利用残余奥氏体的形变和阻碍裂纹扩展，获得较高的强度和延伸率。一般为了扩大两相区的温度区间会加入较高的铝，较多铝的加入会引起退火温度升高，晶粒粗大，导致屈服强度降低。一般中锰TRIP钢的设计，其碳含量较低，一般在0.2%以下，其抗拉强度一般在1000MPa左右，屈服强度在600MPa以下，延伸率在30%以下。

残余奥氏体的控制对于钢的强塑性有重要影响。影响残余奥氏体塑性变形机制的因素很多，其中包括机械稳定性和奥氏体的层错能。其中碳元素是便宜的固溶强化元素和奥氏体稳定元素，并且碳元素对层错能有影响和通过影响热处理工艺改变钢的晶粒尺寸。