CN103215421A - 用于制造高强度和延展性的钢板的热处理 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制造高强度和延展性的钢板的热处理。通过加热工件至刚好在其奥氏体转变温度（Ac₃温度）以上的温度，用于冷成型的低合金钢工件的显微结构可以有利地改变。钢工件然后冷却到刚好其Ac₃温度以下以促进奥氏体晶粒上及之间的铁素体形成。Ac₃温度以上和以下的加热和冷却重复预定次数以在工件淬火到其马氏体转变温度以下之前细化奥氏体晶粒以形成马氏体与更多残余奥氏体的混合物。在淬火钢工件至环境温度以前，工件可以在其马氏体区域进一步地被加热以增大残余奥氏体的比例。提高了工件的成型性以及其成型形状的强度。

Description

用于制造高强度和延展性的钢板的热处理

技术领域

本发明涉及经常为轧制板或带形式的低合金碳钢工件的热处理，以在例如冲压期间增加工件的成型性，同时获得更强的成型件。更具体地说，本发明涉及热处理，其中，在工件在低于其Ms温度下淬火以在其细化的显微结构中形成马氏体与残余奥氏体的期望混合物之前，低合金钢板或工件以预定计划在其奥氏体转变温度（A₃温度）之上和之下循环。这种热循环的效果是增加了初始工件的成型性同时产出更高强度的成型产品。

背景技术

普通的碳钢成分的板和带已经多年用于形成汽车的车身结构构件和车身板。这种钢工件能够冲压或以其他方式形成为各种经常是复杂的车身构件形状并且显示出这种制造所需的强度。但是，随着对降低车重以改善燃料经济性的增加的需求，已经必须减小钢板和钢带的厚度并且提高这种工件的成型性，同时设法获得成型的车身部件及其他结构的甚至更高的强度。

按照美国钢铁学会的描述，“当没有规定添加的铬、钴、钼、镍、铌、钛、钨、钒或锆或任何其他元素的最低含量以获得期望的合金效应时；当铜的规定最低值不超过0.40%时；或者当任何下列元素的最高含量不超过所指百分比时：锰1.65、硅0.60、铜0.60，钢被认为是碳钢。”在这个定义中，没有规定碳含量。低合金钢通常含有少量的锰、镍、铬、钼、钒和硅中的一种或多种。例如，一种典型的低碳低合金钢，除了微量的通过再循环及初始材料的其他处理引入的其他元素之外，可以由（重量百分比）最多0.25%的碳、0.4%至0.7%的锰、0.1%至0.5%的硅以及剩余的铁组成。

在制造汽车车身部件的准备中，这种普通的和低碳钢的成分通过热轧和冷轧操作的组合由铸锭成型为板或带的轧辊。根据它们的热处理和机械加工处理历史，这种热轧钢和冷轧钢在环境温度下可以具有多种显微组分。这种显微组分可以包括铁素体（α-铁）-体心立方晶体结构的铁原子；碳化铁或"渗碳体"；残余奥氏体（γ-铁）-面心立方晶体结构的溶解碳的铁原子；和马氏体-亚稳体心相的碳过饱和的铁，其通过淬火奥氏体的无扩散相变产生。由以适中冷却速率冷却高温奥氏体相产生的典型显微结构将包括先共析铁素体（在共析温度以上与亚共析奥氏体分开的铁素体）和珠光体或贝氏体，或者更通常地，这些组分的组合。珠光体由交替的铁素体和渗碳体薄片以较小的过冷从奥氏体共析成分（铁具有0.8%重量百分比的碳）协同生长而形成。贝氏体以较高的过冷由奥氏体形成并且包括铁素体板连同在这些板之间或内部沉淀的精细碳化物。以足够高的冷却速率，能够通过由无扩散切变进行的奥氏体向亚稳马氏体相的转变来消除奥氏体向铁素体、珠光体和贝氏体的转变。根据钢成分、冷却速率和淬火温度，显微结构中的奥氏体相的一部分能够在环境温度下保留。在这些参数中，促进残余奥氏体稳定性的是高含碳量和细晶粒尺寸。

为了获得适合于随后的板成型操作的显微结构，冷轧铁素体钢工件通常受热到它们相应的A₃温度以上（例如，接近900摄氏度，取决于合金钢的成分）以获得均匀的奥氏体晶体结构并且然后淬火到它们的Ms温度以下（例如，约400摄氏度，还是取决于钢成分）以转换一部分奥氏体相为马氏体。新成型的马氏体与残余奥氏体的所得到的比例影响钢工件的成型性和强度。这种热处理实践可以由钢供应商执行或者由制造商执行，其将要使钢板或带材料变形为冲压的或以其他方式成型的产品。车身部件的制造商获得板或带材料，并且从其上切割合适的节段用于部件的成型。部件可以在环境温度下在冲压车间中成型或者在加热压力机或其他金属成型机器中成型。

随着生产的钢显微结构强度越来越高，带或板工件已经逐渐变得越来越薄。钢加工成车身部件的目标开始于在期望成型温度（通常为环境温度）下高度可成型的低合金钢工件，然后生产非常强且质轻的成型钢部件。但是，难以实现初始低强度和高成型性与最终复杂形状和高强度这两个目标。特别设计成满足对高强度与延展性的更好组合的最新需求的钢板已经分类成先进高强度钢。

一种获得带有增强强度和增强延展性的需要组合的先进高强度钢的方法依赖于在成型之前保留钢显微结构中的高温奥氏体相的能力。一旦对奥氏体钢淬火，淬火的显微结构中的一些高温奥氏体相就有就这样保留的趋势，而不转变成马氏体相或其他奥氏体分解产物。钢，特别是合金化的和加工成包含相当多的残余奥氏体的，能够经历相变感生可塑性，由此，成型期间残余奥氏体的应变感生转变得到更大级别的强度和延展性。钢能够进行特别配制和加工以便最大化初始钢板中的残余奥氏体量，因此最好地利用相变感生可塑性或"TRIP"效果，这改善钢的延展性。由于TRIP钢在室温下成型，部件的剧烈应变区域中的残余奥氏体将转变成马氏体。结果是，在部件的那些区域中，加工硬化速率增大，这抑制了局部变薄或"颈缩"，并因此提高钢的延展性或成型性。钢能够配制和加工以便在形变之前保留更大量的奥氏体，因此在成型的部件中获得强度和延展性的更大组合。这种钢成分的配制可以包括多达0.4%C和1.5%Mn的量级。除了提高钢的强度和硬化度之外，C和Mn是强奥氏体稳定合金元件，这降低马氏体开始转变温度并且在淬火时促进奥氏体残余。为保留大分数的奥氏体的目的设计的合金钢还可以包含大约1%Si或Al的量级以抑制碳化物的成型，这将以其他方式耗尽残余奥氏体的碳含量，使它在室温下较不稳定。

在钢工件成型之前保留低合金钢板材料中的奥氏体的现有实践已经使用标准奥氏体化热处理，或者可替代地，在淬火之前在双相临界温度范围内预热板作为初加工步骤。仍然需要保留和/或更改低合金含量钢板和钢带中的奥氏体的改善方法，以便它们能够更容易地形成复杂的三维形状，其呈现高强度和刚度，以用于车辆应用及其他用途。

发明内容

根据本发明的实施，低合金钢工件逐渐地被加热到第一预定温度，对于合金的特定成分而言，在此温度以上时显微结构完全转变成奥氏体（A₃）。同样地，低合金钢的A₃温度可以超过约900摄氏度，取决于钢的合金含量。奥氏体晶粒的碳含量与钢的碳含量相同。钢工件可以例如为车身部件的制造设计的板卷或带卷的形式。或者，工件可以是较小的板或带的形式，为成型操作而进行切割、成型和制备。工件被加热到合适的预定温度，例如高于其A₃温度约10摄氏度。奥氏体化的低合金钢工件然后被冷却至低于其第一温度的预定第二温度并且通常适当地低于A₃温度约10摄氏度。钢工件至低于A₃温度的这种冷却步骤促使由刚成型的奥氏体形成为一些先共析铁素体。工件中奥氏体晶体结构的主要部分保留下来。较小的铁素体晶粒在奥氏体晶界处形成。在处于第二和较低温度的数秒时段之后，工件被重新加热到工件的A₃温度以上。当钢被重新加热到A₃温度以上时，新沉淀的先共析铁素体晶粒就溶解，并且新的奥氏体晶粒沉淀在奥氏体晶界处和奥氏体/铁素体界面边界处。结果是细化的奥氏体晶粒度，归因于受热时更多数量的奥氏体成核点。

A₃温度以上和以下的相应温度的保持时间可以例如是数秒，例如三十秒或更少，的预定时段。加热速度可以是基于实际的加热实践。热循环实践可以例如通过在热处理炉的不同温度区段之间移动工件被执行，为这样的循环热处理设定尺寸并进行控制。或者，可以在不同的感应加热线圈之间移动工件。

在刚好高于与低于工件的A₃温度的温度之间进行这种循环热处理的目的和功能是为了在较低温度下重复地沉淀较小量的先共析铁素体以及在高于A₃温度的较高温度下重新溶解铁素体。这个过程有利地在A₃温度以上细化奥氏体晶粒尺寸，并且同样地，在A₃温度以下细化奥氏体加铁素体显微结构的晶粒尺寸。通过相当快的碳扩散实现和控制这些相变。期望较慢扩散合金元素，例如锰，将保留在铁素体和奥氏体中的它们的初始浓度。这种热循环重复几次（例如2至4次），直到获得预定改变的奥氏体晶粒显微结构，为在合适的淬火介质流体中把工件淬火到钢成分开始（启始）马氏体形成的温度，Ms（马氏体开始转变）温度，以下的预定温度做准备。

在奥氏体显微结构已经通过A₃温度以上和以下的热循环而基本上细化之后，钢工件将被淬火到其Ms温度与其Mf（马氏体完成转变）温度之间的温度。选择此淬火温度以形成期望比例的马氏体和残余奥氏体。这些比例影响钢的延展性（因此影响钢的成型性）。在本发明的一些实施例中，可以依靠残余奥氏体的改进的显微结构并且立即把钢淬火到室温用于随后的成型或使用。但是，在本发明的许多实施例中，钢（带有其细化的奥氏体）现在可以被进一步地处理，通过在其淬火温度处或以上加热以用于残余奥氏体的碳富集。

在淬火到Ms与Mf之间的温度之前存在两种可能的起始条件。1）如果淬火之前的上一热循环使工件温度在A₃以上，那么，淬火的显微结构是带有由钢的大量碳含量提供的或多或少均匀碳浓度的细晶奥氏体。无论是否残余的奥氏体将具有与钢最开始有的大致相同的碳含量，但是奥氏体晶粒已经有利地被改变。2）另一方面，钢能够刚好从正好低于A₃的起始温度淬火，即，处于相稳定性的临界铁素体加奥氏体区域。在这种情况下，淬火之前的起始条件将是细晶粒铁素体加奥氏体显微结构，但是在这种情况下，事实上全部碳将在奥氏体中，没有在铁素体中的。也就是说，淬火之前在临界区域中形成的铁素体通过抑制碳进入奥氏体而沉淀。由铁素体沉淀得到的碳富集奥氏体将更稳定，因为溶液中有更多的碳，但是将会有更少的碳，因为现在显微结构中有铁素体。通常，可以优选为，在淬火（到低于Ms）之前，预先确定奥氏体的碳含量与体积分数之间的权衡（相对于特定钢），其导致最大量的残余奥氏体。

碳钢在马氏体转变温度（即，在Ms与Mf温度之间）下的进一步加热或保持允许碳并且可能是其他奥氏体稳定溶质进一步分配给奥氏体相从而进一步稳定其而不易在最终的淬火至室温期间转变。此热处理过程的目的是在工件中产生显微结构，其既进一步地提高其在室温下的成型性，同时还保持对形成为制造件的钢进一步强化的可能性。

由于淬火之前工件在其A₃温度以上和以下的前一热循环，现在在淬火钢中保留更多的奥氏体，这提高了其延展性和成型性。热循环期间形成的细化晶粒奥氏体更好地经受Ms以下的淬火（并且到环境温度），得到的带有预定的马氏体与残余奥氏体部分的显微结构允许钢工件形成更复杂的形状。

淬火的工件在其用于板冲压或其他成型或制造操作之前可以经历一段时间。但是，成型步骤的能量然后仍进一步地促进残余奥氏体向马氏体的转变。这进一步的显微结构转变提高了成型的钢产品的延展性。由Ms以下淬火之前的热循环（A₃温度以上和以下）得到的较小的奥氏体晶粒尺寸，增加了淬火的钢中的残余奥氏体的量并且因此有助于钢的更高成型性。在成型之前，由热循环得到的较小晶粒尺寸也提高了钢的强度。并且，由于加工硬化，热循环和淬火的钢上进行的成型操作提高了冲压金属板产品的强度。因此，本发明的方法的优点是，获得更易成型的钢工件，并且，得到的成型工件更强。例如，这个过程设法获取的目标特性是（i）百分之三十的总拉伸延伸率且拉伸强度约为1000MPa，或（ii）百分之二十的总拉伸延伸率且拉伸强度为1500MPa。优点的组合特别有用，例如，在制造机动车辆的更轻重量且更复杂成型的车身部分中。

本发明的其他目的和优点将从说明书的下文给出的示例实施例明显看出。在这些示例中，将参照附图，附图在本说明书的下面部分描述。

附图说明

图1是代表性车身结构的斜视图，不带车身覆盖件，有时称作白车身，骨架结构件作为可以由钢起始工件按照本文公开的实践进行热处理而形成的候选结构车身部件的例子。

图2是温度对时间的曲线图，解释按照本发明进行的低合金钢工件的热处理的例子中的加热和冷却步骤的顺序。热处理的关键特征包括，加热钢到其A₁温度以上并且进一步地到其A₃温度以上，然后，在钢从其奥氏体区域淬火到低于其Ms温度的淬火温度Q以进行进一步的热处理之前，在A₃温度以上和以下对钢进行预定次数的热循环。继淬火之后，两个可替代的过程在图2中示出。工件可以在淬火到室温（通常为约25至30摄氏度）之前保持在其Q温度一段时间，或者，它可以在淬火到大约室温之前被加热到更高温度P。

图3是温度对时间的曲线图，解释按照本发明进行的低合金钢工件的热处理的例子中的加热和冷却步骤的稍有不同的顺序。热处理的关键特征包括，加热钢到其A₃温度以上，然后，在钢从正好在其A₃温度以下的温度（即，其临界温度区域中的温度）淬火到低于其Ms温度的淬火温度Q以进行进一步的热处理之前，在A₃温度以上和以下对钢进行预定次数的热循环。像图2中一样，继淬火之后，两个可替代的过程在图3中示出。工件可以在淬火到室温（通常为约25至30摄氏度）之前保持在其Q温度一段时间，或者，它可以在淬火到大约室温之前被加热到更高温度P。

具体实施方式

本主题热处理过程的目的是产生先进高强度钢，带有用于板或带工件的成型与用于成型工件中更高拉伸强度的延展性的改进组合。通过在对工件淬火以及进一步加热其淬火的显微结构之前使标准或修改的化学成分经历新的热循环过程来实现这个目的。

通常，本主题的过程适用于低合金钢。合适钢的例子是命名为TRIP的商售钢（例如，Arcelor Mittal TRIP 780），其有适合本发明实践的成分。AM TRIP 780的标称成分（重量百分比）为0.25%的碳、2%的锰、最多2%的铝加硅以及剩余的铁，带有奥氏体和无碳化物贝氏体的显微结构分散在软铁素体基体中。

现在关注的是使低成本钢适应于制造复杂的高强度结构车身构件。车身构件通常具有较长的尺寸，在其中它们可以是弯曲的，并且它们通常具有形成复杂形状的横截面。起始工件需要具有合适的延展性以适应这种成型，于是，成型结构部件需要呈现高强度和刚度。这种结构件的例子在本说明书的图1中示出。

现有机动客运车的车身框架包括复杂形状的单独成型的高强度钢单元结构，其通过焊接结合成强的单元结构。在车身结构的设计中满足许多需求，这必须提供内部空间，其用于向车辆车轮传递动力的动力设备，用于许多附件以及用于许多乘客。并且，车身结构在车辆操作期间为乘客提供保护。希望形成可成型的和强的钢工件的许多这些结构，其由本发明的方法制备。图1示出骨架白车身结构10，不带侧板或顶板。复杂横截面形状的车身构件的例子包括前保险杠12、后保险杠14、侧框架构件16、后框架构件17、底板支撑构件18、容纳传动轴20的坑道式壳体、前支撑结构22、B柱24和顶支撑26。而且，车身包括底板底盘28和车轮外壳30。这些结构件的每个可以由合适的延展性钢板或带工件沿着其长度形成为弯曲形状并且带有复杂的弯曲横截面，其提供对车身构件的加固以及在整个车身结构的构造中焊接到相邻构件的装置。

用于这种车辆结构车身构件的成型的合适的钢成分的例子包括那些在本说明书上文指出的。这样的成分可以以长的带或板轧辊的形式制备，其具有钢部件制造商使用的特定宽度和厚度。本发明的热处理能够在钢板卷的初始制造期间应用。轧制材料的区段或部分可以从轧辊上切下用于在合适的冲压压力机或其他金属成型机器上成型。替代地，本主题的热处理过程可以在来自先前生产的卷或毛坯的板的后处理中应用。

如上所述，本说明书专注于钢板和钢带材料的热处理以提供成型的良好延展性和成型产品的良好强度。本发明的实践可以利用一个或多个炉子或其他加热方法，例如感应加热，和用于钢工件在不同温度处理的装置，如上文和本说明书的下面段落中所指出的。

参照图2和3，它们是热处理过程温度对时间的曲线图，将用于大体说明低合金钢工件的新的热处理的两种实践，以提高初始为大体平板形状的物件的成型性并且提高从初始形状产生的成型物件的强度。图2和3的曲线图的竖直温度轴线表明非特定的A₃温度（在以特定的温度升高速度加热的时候完成奥氏体形成）、A₁温度（在以特定的温度升高速度加热的时候开始奥氏体形成）、Ms温度（冷却，通常为淬火，形成马氏体的开始）和Mf温度（冷却形成马氏体的结束）。每种钢成分的温度的这些值是已知的、能够算出的或者靠试验很容易确定的。图2和3的横轴上没有示出时间的特定值。但是在过程中，各个步骤的持续时段将是数秒至几分钟的量级。并且，通常，适合于特定低合金钢成分和形状的特定温度和处理时间将凭经验或特定应用中的试验预先确定。但是，处理温度和时间的认识将从下面的描述中理解。为了明了对处理的说明，各个温度的值将反映成穿过曲线的水平线，在图2和3中，随时间变化的过程用处理线表示。

现在参照图2，具有已知成分且具有用于成型的工件的形式的选定钢在合适的炉子和气氛中被逐渐加热（以适当快的速度）到其A₃温度以上的温度，例如约890摄氏度以上以将工件的显微结构均匀地转变成奥氏体。在完全奥氏体化的状态中，奥氏体的碳含量（Cγ）等于钢的初始碳浓度Ci。如处理线的第一水平段所指示，工件保持在A₃温度以上的此初始温度足够长的时间以确保期望的完全奥氏体显微结构。

在现有技术实践中，奥氏体化工件现在将从其热处理炉子中移除并且淬火到其Ms温度以下的温度。这样的直接淬火过程通常包括"淬火-分离"实践以用于在工件中获得期望部分的残余奥氏体和马氏体。但是这个直接淬火实践不跟随本发明的实践。相反地，工件在其A₃温度附近循环地被冷却和加热以更好且独特地改变奥氏体晶粒结构。各个冷却、保持和再加热时段由图2的竖直和水平线示意性地表示。竖直线表示冷却和加热时段，这些通常需要大概数秒，如下面文字描述的。这种热循环是在工件淬火到其Ms温度以下之前完成的。这种热循环在图2给出的热处理过程曲线图中简单示意概要地示出。

如图2中示出的逐步、上下、矩形形状的温度-时间变化，工件现在冷却到刚好在A₃温度以下的温度。这个较低温度是在钢成分的温度/相图的两相奥氏体-铁素体区域中。特定温度，A₃温度以上和以下的，可以凭经验或对每个钢工件的试验来确定。但是高出和低于A₃温度大约10摄氏度的温度，约十秒的保持时间，对于要按照本发明处理的新钢工件来说，通常是合适的且被认为是良好的起点。工件被冷却到奥氏体（fcc）晶粒开始转变成先共析铁素体（bcc）的温度水平。铁素体材料在奥氏体晶粒界面处显著地成核。铁素体形成有（沉淀有）近乎零的碳含量，并且，随着铁素体相的量升高和增长，碳扩散到残余奥氏体中。在较短预定时段（例如约十秒）之后，工件被加热回到工件的A₃温度以上的奥氏体区域中的其第一温度（或类似的）。这在图2中示意性地示出。

重新加热的工件的显微结构中的铁素体开始转变回奥氏体，但是，形成了新的更小的奥氏体晶粒。在较高温度处的预定短时间（同样例如约三十秒）之后，工件再次被冷却至刚好在其A₃温度以下的温度以再次开始转变小部分奥氏体为铁素体。在工件最终淬火到其Ms温度以下的温度之前，刚好在工件A₃温度以上和以下进行的这种热循环重复预定次数。如图2所示，在低合金钢工件初始加热至其A₃温度之后，其在A₃温度附近经历预定数量的冷却和加热循环以细化奥氏体的晶粒结构。预定的温度变化可以是约二十摄氏度（A₃温度以上和以下十度），并且工件可以在选定温度保持一定时段，例如十至三十秒或更久。加热和冷却可以例如通过使工件在一个或多个炉子的不同区段之间移动来实现。它也可以例如通过感应加热系统的温度管理来实现。并且，如本说明书的上文所述，热循环的工件在A₃温度以上或以下的温度时，热循环可以结束（并且淬火开始）。在图2示出的过程中，当工件在其A₃温度以上并且处于完全奥氏体化状态（如图2的处理点A所示）时，执行淬火。

淬火在图2的右侧示出（工件在A₃温度以上）并且在图2的总过程示图中示出。Ms温度以下的淬火之前的这种热循环细化了初始奥氏体显微结构并且使它对热处理的淬火和分离部分更敏感。在这种周期性加热和冷却之后，工件中的奥氏体相分布成更细的晶粒，这在淬火到马氏体时促进了更多未转变奥氏体的保留。此外，细化的马氏体/奥氏体组分提供更短的扩散距离，用于更有效的分离碳与替换溶质从而在最后淬火时进一步稳定奥氏体。本发明的处理的目的是增加残余奥氏体的碳含量以及工件在成型之前其中残余奥氏体的量。更大体积分数的残余奥氏体导致改进的延展性。另外，初始淬火之前形成的细化显微结构在整个处理中保留，导致钢的更大强度。

如图2所示，循环热处理的工件现在在其Ms温度以下淬火至淬火温度（Q）。在淬火温度Q，工件开始转变其细化奥氏体为马氏体。显微结构包括带有其碳含量的残余奥氏体（由围绕A₃的热循环细化的），其大致等于低合金钢的初始碳含量。显微结构还包括马氏体，马氏体也具有与其相关联的与初始低合金钢的碳含量成比例的碳。在达到淬火温度且获得工件的均匀温度之后，可以短时间保持在其淬火温度（Q，恒温，图2的实线），因为更多的碳从马氏体移出且变得与残余和变化的奥氏体相关联。工件然后淬火到室温并且为冲压或其他成型工艺做准备。在图2的过程的另一实施例中，工件可以被加热到稍高的温度（如图2的虚线过程，作为更高的分离温度P）以更快地提高奥氏体碳含量。在这个更高的碳分离温度P，更多的碳变得与残余和变化的奥氏体相关联，这有利地提高工件的延展性。同样地，工件然后淬火到标称室温并且为冲压或其他成型工艺做准备。

在A₃附近热循环以及Ms以下淬火之后的处理的时间和温度的组合可以凭经验和试验确定，以产生提供合适的延展性以用于预计成型操作的显微结构并且获得变形物件的强度。

图3的时间-温度过程曲线图示出图2的上述实践的变形。如图2的过程，工件被加热到其A₃温度以上并且完全奥氏体化。如图2所示，奥氏体化工件在其A₃温度以上和以下被加热预定次数。但是，在本发明的这个实施例中，当工件已经从其奥氏体化状态（图3的过程点A）在冷却步骤冷却到其临界退火区域中的在其A₃温度以下但在其A₁温度以上的温度（图3中的过程点IA）时，工件淬火。IA温度点和保持持续时间在图3中示意性地示出以表明，温度和保持时间是预先确定的以形成期望的少量先共析铁素体，这将其大量碳含量给予奥氏体。在这个实施例中，工件然后淬火至低于其Ms温度的温度Q，同时，工件含有一些先共析铁素体和碳富集变化的残余奥氏体。在其淬火至Q之后，工件的处理可以是参照图2描述的用于变化的奥氏体的进一步碳富集的任意实践。

总结

在A₃温度围绕工件的本主题热循环提供改进的细化奥氏体显微结构，用于更好的延展性和最终强度。传统的淬火（紧跟着工件奥氏体化之后）和分离方法通过立即淬火奥氏体化钢至最佳淬火温度然后在分离（有时更高）温度进行进一步热处理来设法最大化残余奥氏体的体积分数。分离步骤是用来重新分配碳和其他可能奥氏体稳定溶质到奥氏体相中以在最终淬火至室温时进一步稳定其而不易转变。

如上面详细描述的，本发明通过添加新颖的预先热处理步骤改善了淬火和分离钢的强度和延展性。在此，通过特定钢成分的A₃温度特性以上的简短加热，钢首先完全奥氏体化。钢的温度然后通过在稍微低于A₃温度下冷却然后稍微回至A₃温度以上进行循环。在保留奥氏体之前通过淬火至马氏体开始转变温度以下，A₃温度以上和以下的热循环细化了显微结构。利用A₃温度以下的每次偏移进入两相铁素体加奥氏体相区域，先共析铁素体沉淀在奥氏体晶粒晶界上，因此形成铁素体/奥氏体相间晶界区域的增大。利用A₃温度以上的每次偏移，通过奥氏体沉淀在晶粒晶界和相间晶界上，使钢重新奥氏体化。成核点是更大量的，并且因此奥氏体晶粒尺寸减小。利用A₃温度附近的热循环的每次重复，进一步细化显微结构。现在显而易见的是，A₃温度附近的这种热循环提供优势。

第一，获得更多的残余奥氏体。因为，通过热循环，奥氏体组分的尺寸减小，其更稳定，不易转变成马氏体，并且在淬火时更易于保留。第二，通过改善的溶质分离实现奥氏体的更大稳定性。因为，很大地更细化了显微结构，扩散距离相应地减小以在最终淬火之前实现奥氏体-稳定溶质的更有效分离到残余奥氏体。因此，提高了延展性。以及第三、在成型产品中获得更高的强度。强度受到基体显微结构尺度的影响。通过在初始淬火之前首先形成奥氏体或奥氏体加铁素体显微结构的细化，提高了钢的强度。

本发明的实施已经用一些例子和曲线图进行了解释。但是，本发明的范围不意图受到这种示例例子的限制。

Claims (10)

1.一种热处理低合金碳钢成分工件的方法，用于改善其延展性以成型为制造件并且提供成型件的提高的强度，所述低合金碳钢工件具有碳含量，并且开始时具有铁素体显微结构；所述方法包括：

加热所述钢成分工件到其A₃温度以上的第一温度，直到所述钢成分工件的显微结构转变成奥氏体晶粒；

在冷却时段将所述钢成分工件冷却到其A₃温度以下的第二温度，以开始铁素体在奥氏体晶粒的晶界处的沉淀，所述第二温度和冷却时段的持续时间被确定以保留所述显微结构中的大部分奥氏体晶粒；

在再加热时段再加热所述钢成分工件到其A₃温度以上的温度以由沉淀的铁素体在未转变成铁素体的奥氏体晶界处重新形成新的奥氏体晶粒；

重复所述钢成分工件到其A₃温度以下的冷却和到其A₃温度以上的再加热，以获得变化的和重新形成的奥氏体晶粒的预定显微结构；然后，当所述钢成分工件处于其A₃温度以上或以下的温度时，

淬火所述钢成分工件到其Ms温度以下且其Mf温度以上的淬火温度，以开始由变化的和重新形成的奥氏体形成马氏体，并且获得所述工件的显微结构中的残余奥氏体的期望比例；以及随后

淬火所述钢成分工件到环境温度，以为成型操作准备所述钢成分工件。

2.如权利要求1所述的热处理低合金碳钢成分工件的方法，并且，在淬火所述钢成分工件到其Ms温度以下且其Mf温度以上的淬火温度的步骤之后，进一步地包括，在淬火所述钢成分至环境温度之前，维持所述钢成分工件在其Ms温度以下和其Mf温度以上一段时间，以提高残余奥氏体的比例。

3.如权利要求1所述的热处理低合金碳钢成分工件的方法，并且，在淬火所述钢成分工件到其Ms温度以下且其Mf温度以上的温度的步骤之后，进一步地包括，在淬火所述钢成分到环境温度之前，加热所述钢成分工件到其淬火温度以上，以提高残余奥氏体的比例。

4.如权利要求1所述的热处理低合金碳钢成分工件的方法，其中，所述低合金碳钢成分的组成包括，重量百分比的，量最高可达约0.4%的碳、量最高可达约1.5%的锰、量最高可达约1%的可选择的硅、量最高可达约1%的可选择的铝，以及铁。

5.如权利要求1所述的热处理低合金碳钢成分工件的方法，其中，冷却所述钢成分工件到其A₃温度以下和再加热到其A₃温度以上的步骤被重复两次或更多次以获得变化的和重新形成的奥氏体晶粒的预定显微结构。

6.如权利要求1所述的热处理低合金碳钢成分工件的方法，其中，所述低合金碳钢成分工件分别被加热到其A₃温度以上和以下的温度在A₃温度的约十摄氏度以内。

7.如权利要求1所述的热处理低合金碳钢成分工件的方法，其中，A₃温度附近各个加热和冷却时段的持续时间不长于约三十秒。

8.如权利要求1所述的热处理低合金碳钢成分工件的方法，其中，进行在A₃温度以上和以下加热和冷却所述工件，因此，为在环境温度成型准备的所述工件拥有的用于成型的延展性比没有在其A₃温度附近热循环的、但是用于成型的其他过程相同的奥氏体化的相同工件更大。

9.如权利要求1所述的热处理低合金碳钢成分工件的方法，其中，所述工件是板、卷起或展开的形式。

10.如权利要求1所述的热处理低合金碳钢成分工件的方法，其中，所述工件是板、卷起或展开的形式，并且，板材在环境温度经历冲压操作以形成成型的工件，所述成型的工件具有比冲压前的板材强度更大的区域。

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