CN101918699B - 由双相钢制造的构件,尤其是汽车部件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用有马氏体/贝氏体和铁素体的双相组织结构的钢制造的钢构件，尤其是汽车部件，其中所述构件由实心棒材构成，构件厚度至少2.5mm。
Description
本发明涉及一种由具有马氏体/贝氏体和铁素体双相组织结构的钢制造的构件，尤其是汽车部件。
背景技术
高强度材料的实质性应用极限一方面由其机械特性决定，另一方面由其加工性决定。对于汽车生产中的高负荷构件例如柴油机喷油构件尤其重要的是周期应力和经济加工性，也就是说成型性、切削性和焊接性。提高所述周期应力，也就是说有较高抗振强度和较高的韧性，一般地涉及添加昂贵的合金元素或者涉及高耗费的热处理并且会限制切削性和焊接性。
研究表明，钢的疲劳强度不只是静态强度的函数，而且还受内结构的影响。通常高强度钢具有马氏体或者贝氏体组织结构，于是韧性有限。
尽管这类钢的周期应力可以通过在表面引入固有压应力例如通过内表层预应力处理进一步提高，然而由于仅是中等的塑性变形性能，这种材料对于这样的制造步骤适用性有限。此外由于中等的韧性比值，这种高强度钢相对于内部的切痕也就是内部的材料缺陷有很小的容忍度，并且对几何结构或者加工失误造成的外部切痕有很小的容忍度。
可能因为其化学组成而适用的钢是实践中公知的所谓双相钢，然而由于其冷却性能双相钢只能用作适于冷轧的板材。
发明内容
技术任务
本发明的任务是，为机械的高负荷构件、尤其是由于内压而承受周期应力的构件并且在此尤其是汽车部件提供一种有利的材料构成。
技术方案
上述任务结合权利要求1的特征部分由权利要求1的前序部分解决。有利的扩展是从属权利要求的主题。
根据本发明的教导，上述任务中所述的目的通过用一种由具有马氏体/贝氏体和铁素体双相组织结构的钢构成的构件设计、尤其是汽车部件设计实现的，所述构件由实心棒材构成，构件厚度为至少2.5mm。
有利效果
出人意料地表明，迄今仅公知为板材的具有马氏体/贝氏体和铁素体双相组织结构的钢与迄今的认知相反其材料的内在优点也可以用于由较粗的实心棒材构成的构件。
在此实心棒材理解为一种起始构件，其壁厚大于适用于冷轧的板材并且通常最多为2mm，所述板材即使在壁厚的中心其材料特性也可以通过外部的冷却过程良好地调节。
已经确定了，本发明所述的钢的有利性能还可以在由至少10mm厚度的棒材制造的构件且尤其是壁厚为至少25mm的高负荷构件的情况下达到。
在一个按本发明设计的构件中有利的是不添加昂贵的合金元素或者不进行高耗费的热处理可实现周期应力、尤其是抗振强度和韧性的提高，从而提高所述材料钢例如对柴油喷油系统例如喷嘴、喷射器或者高压泵和储压器中的部件的可使用性。用根据本发明的构件还可以由此相对于常规的钢满足将来期望的要求，例如在柴油机中最高达3000巴的喷油压力。
通过充分利用中等合金钢的化学组成中迄今没有注意到的潜力和优化热处理可以产生满足这样的极端要求的本发明所述的钢。这种钢的特征是1100MPa以上的强度和马氏体/贝氏体和铁素体双相组织结构，并且尽管其高强度仍有良好的可变形性并且从而适用于内表层预应力处理。
构件厚度和化学材料组成可以依据对于应用情形预先规定的机械特性在构件的中心进行调节。
通过选择合金元素以及其份量可以在此变化钝性地制定组织结构，使得不需要大的热处理措施而只通过特定的冷却或者锻造后在室温下的空气冷却达到所希望的特性。
通过所述组织结构还可以降低切痕敏感性并且从而提高周期负荷下的强度。
由于受限制的化学组成确保了焊接适用性，并且通过优化钢制造工艺和轧制工艺可以取消后续构件生产线中的热处理。
本发明使得能够制造具有棒材构件迄今没有能够提供的特性组合的机械和/或循环高负荷的构件，并且通过可能取消用于调节所希望的材料特性的热处理而使得能够缩短增值链。
根据本发明的构件尤其适用作汽车的燃油喷射部件，其既可以设计用于喷射柴油也可以设计用于喷射汽油。
这样的燃油喷射部件可以是锻造和切削加工的构件。
下面说明本发明的一种构件的优选化学组成，其中份量相应地用重量％给出。
发明实施方式
在根据本发明的一种构件的有利的实施方式中，构件的C含量至少为0.18％并且最多0.25％，Si含量至少为0.2％并且最多1.1％，Mn含量至少为1％并且最多2％，P含量最多0.025％，S含量最多0.025％，Cr含量至少为1.2％并且最多1.7％，Mo含量至少为0.2％并且最多0.4％，Ni含量至少为0.1％并且最多0.6％，Cu含量最多0.3％，Nb含量最多0.15％，V含量最多0.2％，Ti含量最多0.05％，Al含量最多0.03％，且N含量最多0.025％。
两种有微合金成分的有利的双相钢的化学组成见表1。
表1
通过选择化学组成在组1的钢中调节出一种非常变化钝性的特性，其中即使在奧氏体化温度的慢速或者缓和冷却以后，例如在锻造后，也可以呈完全的马氏体组织结构。通过改变冷却速度和任选地改变回火处理可以在约1200至约1500MPa的范围内调节细颗粒马氏体的基础组织结构的强度，相当于400-460HV10的硬度。
在组2的钢中通过稍微改变化学组成而实现对于较大的冷却速度范围产生由铁素体和贝氏体构成的双相组织结构。强度在1000与1100MPA之间(300-350HV10)。
对于所说明的钢可以通过很小的化学组成改变并且通过由热成型热适当冷却而针对性地调节组织结构状态和强度，而不要求附加的热处理。
由于所述组织结构，这种材料尽管有其高的强度却仍然有非常高的延展性。由于有限的合金元素含量，所述材料是可焊接的，并且由于所述的变化钝性而特征在于焊接后的很小固有张力。这一特性组合对于钢是极不寻常的。由于高的强度此外还保证了所述材料非常良好的周期应力，这一良好的周期应力性通过可延展的、容忍缺陷的组织结构进一步得到改善。
由于相成分铁素体和贝氏体，所述说明的双相组织结构与相同强度的调质钢相比有利地还具有足够的可加工性。
Claims (10)
1.由具有马氏体/贝氏体和铁素体双相组织结构的钢制造的构件，其中，所述构件由实心棒材构成，构件厚度至少为2.5mm，其特征在于，C含量至少为0.18％并且最多为0.25％，Si含量至少为0.2％并且最多为1.1％，Mn含量至少为1％并且最多为2％，P含量最多为0.025％，S含量最多为0.025％，Cr含量至少为1.2％并且最多为1.7％，Mo含量至少为0.2％并且最多为0.4％，Ni含量至少为0.1％并且最多为0.6％，Cu含量最多为0.3％，Nb含量最多为0.15％，V含量最多为0.2％，Ti含量最多为0.05％，Al含量最多为0.03％，且N含量最多为0.025％。
2.如权利要求1所述的构件，其特征在于，该构件是汽车部件。
3.如权利要求1所述的构件，其特征在于，构件厚度至少为5mm。
4.如权利要求1所述的构件，其特征在于，构件厚度至少为10mm。
5.如权利要求1所述的构件，其特征在于，构件厚度至少为25mm。
6.如权利要求1或2所述的构件，其特征在于，其构件厚度和化学材料组成依据对于应用情形预先规定的机械特性在构件的中心进行选择。
7.如权利要求1或2所述的构件，其特征在于，C含量为0.22％，Si含量为0.24％，Mn含量为1.69％，P含量为0.02％，S含量为0.02％，Cr含量为1.66％，Mo含量为0.32％，Ni含量为0.17％，Cu含量为0.21％，Nb含量为0.1％，V含量为0.03％，Ti含量为0.03％，Al含量为0.02％，且N含量为0.017％。
8.如权利要求1或2所述的构件，其特征在于，C含量为0.19％，Si含量为0.4％，Mn含量为1.12％，P含量为0.01％，S含量为0.01％，Cr含量为1.22％，Mo含量为0.31％，Ni含量为0.55％，Cu含量为0.2％，Nb含量为0.09％，V含量为0.16％，Ti含量为0.03％，Al含量为0.01％，且N含量为0.014％。
9.如权利要求1或2所述的构件，其特征在于，其经过热处理。
10.如权利要求1或2所述的构件，其特征在于，其构成汽车的燃料喷射部件。
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