專利名稱：鋼材沖壓成形一體化處理方法
技術領域：
本發明涉及的是一種金屬熱加工技術領域的方法，具體是一種鋼材沖壓成形一體 化處理方法。
背景技術：
為了適應現代制造業要求產品輕量化、高可靠的需要，先后發展了一系列高強度 鋼板，目前已應用于制造高檔轎車車身制造的高強度鋼板的強度最高約為1400Mpa。經檢索發現，中國專利文獻號CNlOl 121955，
公開日2008_2_13，記載了一種 “采用碳分配和回火提高淬火鋼件機械性能的熱處理方法”；另外，徐祖耀在《熱處理》 Vol (2008NO. 2)中記載了《用于超高強度鋼的淬火_碳分配_回火(沉淀)(Q_P_T)工藝》， 該技術報道了采用一種淬火-分配-回火熱處理新技術，其步驟如下1)第一步奧氏體化 將鋼加熱到奧氏體化溫度，2)第二步淬火冷卻將淬火冷卻的中止溫度控制在馬氏體開始 轉變點(Ms)以下至馬氏體轉變結束點吣之間的溫度，使奧氏體部分轉變為馬氏體，3)第三 步分配將溫度回升至略高于Ms點溫度作短時停留，發生碳的再分配現象，馬氏體中的部 分碳轉移到奧氏體中，使沿著已生成的馬氏體片的周圍形成一薄層高碳的奧氏體，4)第四 步將鋼件溫度改變至回火溫度，使馬氏體內發生沉淀硬化，使馬氏體的硬度和強度進一步 提高，5)第五步冷卻將鋼從回火溫度冷卻至室溫，將淬火時尚未轉變的奧氏體轉變為馬 氏體，并在先前已形成的馬氏體片周圍保留一薄層高碳的殘余奧氏體，使鋼保持高的韌性。 含硅和鈮的中碳鋼經過淬火-分配-回火處理后抗拉強度達到2100MPa，斷后延伸率達到 11%,具有潛在的重大的應用價值。然而，上述現有技術的缺點在于無法適應以鋼板為原材料用冷沖壓成形方式進行 大規模生產。因為如果先經過Q-P-T處理然后冷沖成形，則因板材的強度高導致剪裁模和 冷成形模(例如拉伸模、冷沖模等)壽命很短，如果先進行冷成形而后進行淬火-分配-回 火處理，則因熱處理畸變而無法保持沖壓件的尺寸精度，喪失了冷成形的優點。無法滿足諸 如車身制造等大規模生產的要求。
發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種鋼材沖壓成形一體化處理方法， 將熱沖壓成形和熱處理奧氏體加熱合二為一，在節省能源的同時增強了鋼的強韌性和精密 塑性成形。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括以下步驟第一步、選取制備鋼坯將鋼板、鋼帶或型材在冷態下沖制或切割為鋼坯；所述的沖制包括采用沖裁模、落料模或刀口模進行沖制。第二步、熱沖壓處理將鋼坯加熱至奧氏體化溫度并熱沖壓成形。所述的加熱是指采用電阻爐或燃料爐，在保護氣氛條件下或在真空條件下進行 加熱。
第三步、控制中止冷卻溫度的淬火冷卻對熱沖壓后的鋼坯進行淬火冷卻；所述的淬火冷卻是指設置冷卻溫度T1 彡T1彡Ms，其中Ms的范圍為 2000C ^ Ms ( 500°C, Mf的范圍為50°C彡Mf ( 200°C，使得奧氏體轉變為馬氏體的量達到 50% 90%之間；
第四步、分配-回火工序將冷卻后的鋼坯進行二次加熱處理，然后降溫至回火溫 度進行回火熱處理，并趁熱精沖成形；所述的二次加熱處理是指將鋼坯置于鹽浴爐、流動粒子爐或空氣加熱爐中，升溫 至加熱溫度T2，IOO0C^^ T2彡500°C，然后保溫60秒 900秒。所述的回火熱處理是指將二次熱處理后的鋼坯置于鹽浴爐、流動粒子爐或空氣 加熱爐中，在T3溫度進行回火處理，其中回火溫度T3的范圍為100°C彡K 500°C。根據產品不同的要求，上述工藝在實際操作過程中可以進行簡化，將所述的淬火 冷卻的溫度與二次加熱處理的溫度及回火熱處理的溫度相等，即T1 = T2 = T3或T1興T2 =
T 坐 I3寸0本發明的優點在于1)在鋼件熱處理之前的軟化狀態進行落料和沖孔可以用一般材料落料與沖孔的 方法實現大規模生產，然后只需將坯料進行加熱。2)將熱沖壓成形和熱處理奧氏體加熱合二為一。在奧氏體化狀態下，形變阻力很 小，可以進行大變形量的塑性成形，成形后直接淬火，不需要二次加熱節省能耗。3)在經過控制中止溫度淬火、分配和回火之后鋼中仍保留一定數量的奧氏體，仍 具有一定的可塑性，而且精沖時所需的變形量較小，此時趁熱進行精沖成形可以保證工件 的成形精度。用這種將板材塑性成形與熱處理工序合理組合方法能夠使鋼獲得與淬火_分 配_回火工藝相同的強韌性，又能實現精密塑性成形，能實現大批量制造的工業生產，因此 具有實質性的技術進步。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施 例。實施例1 超高強度頭盔的制造以含硅和含鈮的中碳鋼厚度為Imm的冷軋鋼板為材料，在冷軋板供貨狀態下，用 摩擦壓力機落料，沖裁成頭盔的板坯，用網帶式加熱爐加熱板坯，板坯平放在網帶爐進料端 的網帶上，由網帶傳輸進入爐內加熱，爐溫控制在840°C使鋼坯完成奧氏體化，爐內通入氮、 甲醇氣氛進行保護，鋼坯出爐之后，由機械手迅速將其轉移到熱沖成形機沖壓成形，熱沖成 形機有三個工位。第一工位是拉伸，第二工位是成形，第三工位是切邊，熱沖成形之后立即 將頭盔浸入到溫度為210°C的硝鹽浴中，停留3分鐘之后工件的溫度已降低到210°C，完成 了中冷淬火操作，然后立即進行分配工序，頭盔從中冷等溫硝鹽槽立即轉移到溫度為400°C 的硝鹽爐中，保持1. 5分鐘，然后轉入410°C流態粒子爐中進行回火處理，回火時間為15分 鐘，回火后立即趁熱進行精沖定形，精沖定形在100噸摩擦壓力機上進行。使頭盔達到產品 所要求的形狀與尺寸，抗拉強度Sb彡2000MPa, δ彡10%。
實施例2:轎車車門以含硅和含鈮的中碳冷軋鋼板原材料，薄板厚度為1. 2mm通過以下工序制成轎車車門。工序1.落料與沖孔在冷態下用壓力機進行落料和沖孔，沖裁成車門的板坯。工序2.奧氏體化加熱用輥棒式加熱爐將車門板坯加熱到奧氏體化溫度840°C， 向爐內通入氮甲醇保護氣氛防止板坯表面氧化和脫碳。工序3.熱沖成形板坯加熱結束從輥棒式加熱爐出爐后立即用機械手將其送到 沖壓機上在奧氏體狀態下沖壓成形，沖制車門的形狀。工序4.中冷淬火-分配熱沖成形之后用機械手迅速將車門淬入到溫度為250°C 的流態床中，保持5分鐘使車門的溫度降低至淬火冷卻的中止溫度，同時完成了分配工序。工序5.回火將車門從分配溫度的流態床中取出，轉移到回火爐中進行回火處 理，回火溫度為250°C，回火爐是一個用電加熱的帶有攪拌風機的空氣爐，回火時間為20分鐘。工序6精沖定形回火結束后，用機械手將車門從回火爐中取出直接放到精沖模 上趁熱精沖成形。實施例3 橫梁橫梁長度4250mm寬度250mm，二側反邊的寬度120mm 二端各有一個Φ 120mm的孔。 橫梁原料為厚度為5mm的中碳含硅和含鈮的鋼板，橫梁制造的過程如下工序1.落料與沖孔在冷態下用刀口模或落料模沖制成橫梁板坯并用激光切割 加工出二端的園孔。工序2.奧氏體化橫梁板坯在貫通式加熱爐中加熱，步進式或鏈板式驅動機構貫 穿整個爐膛并從二端延伸到進料爐門和出料爐門之外，將鋼坯平放在驅動機構上，由進料 口進入爐內在驅動機構的帶動下穿過爐內使鋼坯加熱到奧氏體溫度850°C。工序3.熱沖成形鋼坯出爐后立即由機械手傳送到沖床的成形模上沖壓成形。工序4.中冷淬火橫梁熱沖成形之后立即進行淬火冷卻，首先在聚合物水溶液中 冷卻2秒鐘，立即轉溫度為200°C的流態床中停留5分鐘。工序5.分配橫梁在中冷流態床中停留至規定時間之后，立即轉移到溫度為 400°C的分配加熱流態床中，停留150秒鐘。工序6.回火一停留結束之后立即將橫梁轉移到溫度400°C的回火爐中，回火時 間為30分鐘，所用的回火爐是電加熱空氣爐，爐內裝有攪拌風扇。工序7.精沖定形橫梁回火后從回火爐中取出，立即趁熱放到精沖模上沖壓 成形，修正淬火過程中產生的畸變，精沖將橫梁冷卻至室溫，抗拉強度Sb > 1900MPa, δ 彡 9%。
權利要求
一種鋼材沖壓成形一體化處理方法，其特征在于，包括以下步驟第一步、選取制備鋼坯將鋼板、鋼帶或型材在冷態下沖制或切割為鋼坯；第二步、熱沖壓處理將鋼坯加熱至奧氏體化溫度并熱沖壓成形；第三步、控制中止冷卻溫度的淬火冷卻對熱沖壓后的鋼坯進行淬火冷卻；第四步、分配工序將冷卻后的鋼坯進行二次加熱處理，然后降溫至回火溫度，并趁熱精沖成形。
2.根據權利要求1所述的鋼材沖壓成形一體化處理方法，其特征是，所述的沖制包括 采用沖裁模、落料模或刀口模進行沖制。
3.根據權利要求1所述的鋼材沖壓成形一體化處理方法，其特征是，所述的加熱是指 采用電阻爐或燃料爐，在保護氣氛條件下或在真空條件下進行加熱。
4.根據權利要求1所述的鋼材沖壓成形一體化處理方法，其特征是，所述的淬火冷卻 是指設置冷卻溫度T1為Mf彡T1彡Ms，其中Ms的范圍為200°C彡Ms ( 500°C,Mf的范圍 為50°C彡Mf彡200°C，使得奧氏體轉變為馬氏體的量達到50% 90%之間。
5.根據權利要求1所述的鋼材沖壓成形一體化處理方法，其特征是，所述的二次 加熱處理是指將鋼坯置于鹽浴爐、流動粒子爐或空氣加熱爐中并升溫至加熱溫度T2, IOO0C^ T2 ( 500°C，然后保溫60秒 900秒。
6.根據權利要求1所述的鋼材沖壓成形一體化處理方法，其特征是，所述的回火熱處 理是指將二次熱處理后的鋼坯置于鹽浴爐、流動粒子爐或空氣加熱爐中，在T3溫度進行 回火處理，其中回火溫度T3的范圍為100°C彡T3彡500°C。
7.根據權利要求1所述的鋼材沖壓成形一體化處理方法，其特征是，所述的淬火冷卻 的溫度與二次加熱處理的溫度及回火熱處理的溫度相等。
全文摘要
一種金屬熱加工技術領域的鋼材沖壓成形一體化處理方法，通過選取制備鋼坯；熱沖壓處理；控制中止冷卻溫度的淬火冷卻；將冷卻后的鋼坯進行二次加熱處理，然后降溫至回火溫度，并趁熱精沖成形。本發明通過將熱沖壓成形和熱處理奧氏體加熱合二為一，在節省能源的同時增強了鋼的強韌性和精密塑性成形，處理后的鋼材的抗拉強度大于1900MPa。
文檔編號C21D8/02GK101805821SQ20101014929
公開日2010年8月18日 申請日期2010年4月17日 優先權日2010年4月17日
發明者崔振山, 金學軍, 韓利戰, 顧劍鋒 申請人:上海交通大學