基于高碳设计的低碳基体2000MPa抗氢脆热成形钢及其制备方法与流程

本发明属于金属加工，具体涉及一种基于高碳设计的低碳基体2000mpa抗氢脆热成形钢及其制备方法。

背景技术：

1、随着全球汽车产业的升级以及中国新能源汽车的全面崛起，汽车材料用钢也逐渐向着高强化、轻量化的方向发展，高强钢、先进高强钢或超高强钢的应用越来越广。低碳mnb系钢板是目前应用最广泛的热成形钢之一，经过模压淬火处理后，其组织为均匀的马氏体，具有较高的抗拉强度，通常在1100～1800mpa之间；此外，一些企业还开发出了抗拉强度达到2000mpa级别的热成形钢，主要应用在汽车的关键安全部位，如a柱、b柱加强板等位置。

2、众所周知，随着热成形钢强度的不断提高，特别超过1500mpa时，其氢脆现象会变得尤为明显。氢脆是由于氢在钢材内部吸附和扩散导致的，这可能发生在酸洗、电镀、热成形、服役等过程中，一旦氢被吸收到钢材内部，它会导致晶格的脆化，从而使钢材变得容易断裂。热成形钢的结构一般为全马氏体结构，这种结构增加了钢的强度和硬度，但也同时增加了晶界和相界，提供了更多的裂纹扩展路径，增加了氢脆发生的可能性。另外，由于马氏体钢的晶格结构较为复杂，其中存在许多微观缺陷和相界面，这些缺陷和界面可以促进氢原子的吸附和扩散，导致氢的浓度升高，增加了氢脆的风险。其次，马氏体钢通常用于高强度和高应力的工程应用中，这些应用场景中存在较大的应力集中区域。氢原子在高应力下容易聚集，形成氢原子团簇，进一步削弱钢材的韧性和延展性，从而增加了氢脆的发生概率。因此氢脆现象一直影响着2000mpa超高强钢板的研究与发展。如何提高2000mpa热成形钢的抗氢脆性能，是国内外相关学者关注比较高的课题。

3、专利号为cn202311215441.9的发明专利公开了一种2000mpa级抗延迟开裂热成形钢及其生产方法，其使用了镍铌铜复合微合金化，其组分为c：0.20％～0.40％，si：0.20％～0.80％，mn：0.5％～1.5％，p≤0.006％，s≤0.004％，als：0.050％～0.085％，cr：1.0％～1.5％，ni：0.50％～0.80％，ti：0.020％～0.050％，nb:0.020％～0.050％，cu：0.20％～0.40％；b：0.002％～0.005％，其余为fe和不可避免的杂质元素。其热成形后的抗拉强度大于2000mpa，延伸率大于6％，ssrt慢应变拉伸时的氢脆敏感性小于50％，抗氢脆性能优异，但是添加了0.5％～0.8％的ni，增加了产品的合金成本；另外，钢板在进行平整处理后需要进行一个加热温度200～250℃，保温时间100～150分钟的去氢处理工艺，增加了生产成本。

4、专利号为cn117737372a的发明专利公开了一种2.0gpa级含cu热成形钢板及其制备方法，使用了铜铌钒钼复合微合金化，并进行了时效-淬火热处理，其组分为c：0.33％～0.35％、si：0.6～0.8％、mn：1.9～2.1％、b：0.002～0.003％、cu：0.09～0.11％、cr：1.9～2.1％、mo：0.19～0.21％、nb：0.045～0.056％、ti：0.02～0.03％、v：0.055～0.065％、al：0.025～0.035％、s≤0.02％、p≤0.01％，其余为fe和不可避免的杂质元素。其热成形钢板具有良好的强韧性，抗拉强度大于2150mpa，延伸率大于7％，但添加了0.19～0.21％的mo、1.9～2.1％的mn和1.9～2.1％的cr，增加了产品的合金成本；另外，时效-淬火热处理工艺控制难度大，对设备要求高，生产成本大。

5、如何在提高2000mpa热成形钢的抗氢脆性能的同时，减少生产成本是本领域人员共同的追求。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的主要目的在于提供一种基于高碳设计的低碳基体2000mpa抗氢脆热成形钢及其制备方法，旨在解决现有2000mpa级低氢脆热成形钢工艺复杂且生产成本高的问题。

2、本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

3、一种基于高碳设计的低碳基体2000mpa抗氢脆热成形钢，所述热成形钢在热成形后含有纳米析出物nbc，并以所述纳米析出物形式存在的nb含量与最初nb的添加量的比值α满足：86％≤α≤93％；且在热成形后马氏体基体中固溶碳的含量c终和最初添加碳元素含量c初满足：0.85≤c终/c初≤0.95。

4、在某些具体的实施方式中，所述纳米析出物nbc尺寸t满足：位于60～140nm的占比大于80％，且所述热成形钢在热成形后原奥氏体晶粒平均尺寸d满足：d≤9μm。

5、本发明的主要目的在于还提供了一种基于高碳设计的低碳基体2000mpa抗氢脆热成形钢的制备方法，包括冶炼、铸坯、热轧、卷取，酸洗、冷轧、连退和热成形，所述热轧工序的工艺参数为：开轧温度为1050～1200℃，终轧温度为850-910℃。

6、在某些具体实施方式中，以质量百分比计包括如下组分：c：0.32～0.36％，mn：1.20～1.60％，s≤0.003％，p≤0.020，si：0.40～0.80％，als：0.02～0.06％，ti：0.02～0.06％，b：0.0020～0.0040％，cr：0.2～0.6％，nb：0.10～0.15％，且2.4≤c/nb≤3.20，其余为fe和不可避免的杂质元素。

7、在某些具体的实施方式中，所述卷取工序的工艺参数为：卷取温度为600～670℃。

8、在某些具体的实施方式中，所述退火工序的工艺参数为：连退温度为760-830℃。

9、在某些具体的实施方式中，所述热成形工序具体为：在空气或者氮气保护气氛下，热成形温度为890-940℃，保温3-5min。

10、进一步，所述热成形工序具体为：在空气或者氮气保护气氛下，热成形温度为900℃，保温4min。

11、在某些具体的实施方式中，还包括镀层工序，所述镀层工序为对连退后的热成形钢进行镀层，所述镀层包括alsi镀层和镀锌层，其镀层工艺露点控制在-20℃以下。

12、与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

13、1)本发明所提供的基于高碳设计的低碳基体2000mpa抗氢脆热成形钢，通过添加nb元素：首先，nb元素在热轧、卷取等过程中会形成大量纳米级的碳化物nbc，纳米析出物nbc会形成氢陷阱，吸附热成形钢中存在的游离态氢原子，防止氢的扩散和聚焦，从而提高了热成形钢的抗氢脆性能；另外，nb元素的加入，可以细化晶粒，增值晶界，使单位晶界应力、位错、氢分布更均匀，从而进一步提高了热成形钢的抗氢脆性能；且晶粒细化后，可提高韧性、增加热成形钢的变形量，提高热成形钢的强度。

14、2)本发明的热成形钢，通过添加nb元素，以及控制c/nb的质量比，再结合特定热轧、卷取、退火、和热成形工艺，使本钢板在热成形后，以纳米析出物nbc存在的nb含量与最初nb的添加量的比值α满足：86％≤α≤93％；所述纳米析出物nbc尺寸t满足：位于60～140nm的占比大于80％，根据目前研究表明，大颗粒与基体之间的半共格/非共格界面具有更强的氢脱附能，这是本钢种抗氢脆优异的关键元素之一；且所述热成形后原奥氏体晶粒平均尺寸d满足：d≤9μm；且热成形钢中最终基体中碳元素含量c终和最初添加碳元素含量c初满足：0.85≤c终/c初≤0.95，进而使得最终的热形成钢的屈服强度≥1300mpa，抗拉强度≥1900mpa，延伸率≥6％，极限尖冷弯角≥50°，其在1.1倍屈服强度、0.1mol/l的盐酸水溶液中浸泡300h不开裂，具有优异的抗氢脆性能。

15、3)本发明所提供的基于高碳设计的低碳基体2000mpa抗氢脆热成形钢的制备方法，添加适量，且低成本的nb元素，降低了热成形钢的合金成本；无需额外的去氢处理工艺或者采用复杂、要求高的时效-淬火处理工艺等，降低了生产成本；即本发明的制备方法原材料易得，成本低，工艺简单易实现，可重复性高，适合推广应用。

技术特征：

1.一种基于高碳设计的低碳基体2000mpa抗氢脆热成形钢，其特征在于，所述热成形钢在热成形后含有纳米析出物nbc，并以所述纳米析出物形式存在的nb含量与最初nb的添加量的比值α满足：86％≤α≤93％；且在热成形后马氏体基体中固溶碳的含量c终和最初添加碳元素含量c初满足：0.85≤c终/c初≤0.95。

2.根据权利要求1所述的基于高碳设计的低碳基体2000抗氢脆热成形钢，其特征在于，所述纳米析出物nbc尺寸t满足：位于60～140nm的占比大于80％，且所述热成形钢在热成形后原奥氏体晶粒平均尺寸d满足：d≤9μm。

3.一种根据权利要求1或2中所述的基于高碳设计的低碳基体2000mpa抗氢脆热成形钢的制备方法，包括冶炼、铸坯、热轧、卷取，酸洗、冷轧、连退和热成形，其特征在于，所述热轧工序的工艺参数为：开轧温度为1050～1200℃，终轧温度为850-910℃。

4.根据权利要求3所述的基于高碳设计的低碳基体2000mpa抗氢脆热成形钢的制备方法，其特征在于，以质量百分比计包括如下组分：c：0.32～0.36％，mn：1.20～1.60％，s≤0.003％，p≤0.020，si：0.40～0.80％，als：0.02～0.06％，ti：0.02～0.06％，b：0.0020～0.0040％，cr：0.2～0.6％，nb：0.10～0.15％，且2.4≤c/nb≤3.2，其余为fe和不可避免的杂质元素。

5.根据权利要求3所述的基于高碳设计的低碳基体2000mpa抗氢脆热成形钢的制备方法，其特征在于，所述卷取工序的工艺参数为：卷取温度为600～670℃。

6.根据权利要求5所述的基于高碳设计的低碳基体2000mpa抗氢脆热成形钢的制备方法，其特征在于，所述退火工序的工艺参数为：连退温度为760-830℃。

7.根据权利要求6所述的基于高碳设计的低碳基体2000mpa抗氢脆热成形钢的制备方法，其特征在于，所述热成形工序具体为：在空气或者氮气保护气氛下，热成形温度为890-940℃，保温3-5min。

8.根据权利要求7所述的基于高碳设计的低碳基体2000mpa抗氢脆热成形钢的制备方法，其特征在于，所述热成形工序具体为：在空气或者氮气保护气氛下，热成形温度为900℃，保温4min。

9.根据权利要求3所述的基于高碳设计的低碳基体2000mpa抗氢脆热成形钢的制备方法，其特征在于，还包括镀层工序，所述镀层工序为对连退后的热成形钢进行镀层，所述镀层包括alsi镀层和镀锌层，其镀层工艺露点控制在-20℃以下。

技术总结
本发明公开了一种基于高碳设计的低碳基体2000MPa抗氢脆热成形钢，热成形钢在热成形后以纳米析出物形式存在的Nb含量与最初Nb的添加量的比值α满足：86％≤α≤93％；且在热成形后马氏体基体中固溶碳的含量C<subgt;终</subgt;和最初添加碳元素含量C<subgt;初</subgt;满足：0.85≤C<subgt;终</subgt;/C<subgt;初</subgt;≤0.95。本发明所提供的热成形钢，其热成形后马氏体基体中固溶碳的含量和最初添加碳元素含量的比值，以纳米析出物形式存在的Nb含量与最初Nb的添加量的比值，纳米析出物NbC的特定粒径占比，以及原奥氏体晶粒的平均尺寸均符合特定要求，协同使热形成钢的屈服强度≥1300MPa，抗拉强度≥1900MPa，延伸率≥6％，极限尖冷弯角≥50°，其在1.1倍屈服强度、0.1mol/L的盐酸水溶液中浸泡300h不开裂，具有优异的抗氢脆性能。

技术研发人员：赵岩,汪健,路洪洲,桂林涛,邓向星,郭爱民,王文军,杨峰,邝霜
受保护的技术使用者：重庆数元道科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5