CN104487599B

CN104487599B - 用于加压硬化钢的方法

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Publication number: CN104487599B
Application number: CN201380033524.4A
Authority: CN
Inventors: 托马斯·库尔茨; 安德里亚斯·皮希勒
Original assignee: Voestalpine Stahl GmbH
Current assignee: Voestalpine Stahl GmbH
Priority date: 2012-06-26
Filing date: 2013-06-25
Publication date: 2016-08-31
Anticipated expiration: 2033-06-25
Also published as: DE102012105580B3; US9982319B2; US20150152517A1; EP2864505A1; ES2791713T3; CN104487599A; WO2014001336A1; EP2864505B1

Abstract

本发明涉及用于加压硬化钢的方法，其中由可硬化的合金钢组成的钢板既可在冷态下预成型，然后转移到本质上具有预成型部件的轮廓的工具中并在其中，在前述的产生完全奥氏体化的热步骤之后，以大于临界硬化速度的速度在该工具中冷却，以便获得预成型部件的淬火硬化，或由允许加压硬化的组成的钢组成的坯片加热至奥氏体化温度以上的温度，然后在工具中热成型，并且同时，以大于临界硬化速度的速度冷却，以便产生硬化；由于奥氏体结构转化为本质上的马氏体结构，可能具有残留量的奥氏体，产生了硬化，其特征在于，为了与现有系统几何结构以及在运行中可达到的工具中的冷却速率匹配合适的合金钢，或与给定钢型匹配期望的工具，确定加压硬化数；所述加压硬化数(PHZ)基于如下方程式确定PHZ(加压硬化数)＝工具中的冷却速率(PHW)/理论加压硬化冷却速率(PHK)其中，工具中的冷却速率是根据所期望的片材厚度预定的或测得的，对于在起始原料中溶解的硼含量>5ppm的钢材料来说，理论加压硬化冷却速率(PHK)，按如下确定：PHK[K/s]＝1750/(28.5*C％+3.5*Si％+2.3*Mn‑2*Al％+4*Cr％+3*Ni％+25*Mo％–20*Nb–6.3)^2.7对于起始原料中溶解的硼含量<5ppm的钢材料来说，按如下确定：PHK[K/s]＝2750/(28.5*C％+3.5*Si％+2.3*Mn–2*Al％+4*Cr％+3*Ni％+25*Mo％–20*Nb–7.0)^1.8,其中：PHZ<1：无法通过形成马氏体完全硬化PHZ＝1：非变形或预成型坯片可被硬化＝间接方法PHZ>1：除了间接方法，坯料可以热变形并在硬化过程中越来越多可靠的阻止塑性变形(热成型适宜性)。

Description

用于加压硬化钢的方法

本发明涉及权利要求1前序所述的一种用于加压硬化钢的方法。

钢的加压硬化是自20世纪70年代已公知的技术。在该方法中，具有与加压硬化方法相匹配的合金组成的钢板坯被加热到允许奥氏体化并优选完全奥氏体化的温度。完全奥氏体化通常发生在所谓的AC3点以上，它可以从相应的多物质相图读取并且特别地，还取决于组成。

在加热和完全奥氏体化后，这样的钢以所谓临界硬化速度以上的速度被冷却。这产生充分的马氏体结构，这使钢具有高硬度，特别是高达1500Mpa及以上。

这样的加压硬化钢的硬度本质上由碳含量确定，因为这决定了马氏体硬度。

构成中的其他合金元素本质上与碳共同确定可硬化性；某些元素包括硼影响转化行为，特别是用作所谓的转化-延迟元件。这些转化-延迟元件显著降低温度低于-即使高于临界硬化速度的冷却-完全马氏体结构不再能达到，因此可以在某些情况下用于有利地影响某些工艺参数。

加压硬化中的通常程序是，提供相应的钢，其是被加压硬化的，并以片的形式，从该薄片上切开坯片，可在冷状态下深拉此坯片，然后将其加热，将其插入工具中，并相应地通过与冷却工具各面接触的方式冷却，或加热坯片和在工具中热成型，并同时，以相应的速度冷却它。

在此本质已知的方法中，该冷却速率是由工具或更具体地由加压硬化钢与工具的接触确定。在这方面，低导热率，低热容量，热传递，压制压力，和加压面积百分比，并且冷却介质例如水的流动温度可以影响冷却率，尤其是降低了可实现的冷却率。

在实践中，已被证明，在加压硬化方法中，由于热板从熔炉到加压的转移，尤其还由于片材或坯片的高辐射率(高温辐射行为)，在高温(铁素体)下会发生不希望的扩散控制转换。

也已经能够确定，这些片材在热态下的深拉成形加速了转变，使得在这种情况下，在马氏体形成之前将形成铁素体和贝氏体

本发明的目的是公开一种用于加压硬化钢的方法，其促进和改善了加压硬化过程的控制，使之更具有可重复性。

具有权利要求1的特征的方法能够实现该目的。

有益的修改在从属权利要求中被公开。

然而特别是在加压硬化的初期，仅相对小数量的钢是可用的，因此，系统的几何形状与这些钢相匹配，此后，许多系统已经投入用于加压硬化钢。这样的现有系统具有确定特定工艺参数，如温度，处理时间等的性能。根据本发明，现在有可能使用分类号进行加压硬化钢的简单分类，以便通过分类，有可能估计该钢是否适合于在现有的系统或使用现有的既定的工艺参数加压硬化。

相反，对于现有的所需钢，有可能预先确定某些系统参数，特别是在工具中的冷却速率。

在这方面，预定的分类号和它们的范围可用于考虑系统参数也作为变形应变的函数。

基本上，高的变形应变导致马氏体以降低的速率发生的事实。因此，为了达到所希望的马氏体含量，有可能估计是否以给定的变形应变，相应的硬度仍然可以达到。

特别是，例如，有可能估计在给定的冷却速率下，所用的钢是否适合用于间接加压硬化方法或也适合用于直接加压硬化方法。在间接加压硬化方法中，所述钢是在加压硬化之前成形，使得在加压硬化本身期间，在热态下不发生成型。因此，这样的方法较例如直接加压硬化方法需要更低的加压硬化数，在直接加压硬化方法中，也是在热态下进行成型。

因此，在系统用特定的钢可运行之前有可能减少所需测试的数，特别是，也有可能减少废料产生的量。特别是，有可能知道是否使用给定的工艺参数，钢将以临界范围经受加压硬化，其中所希望的性质在每种部件中不能可靠获得，以便能够有利地从一开始就消除多种可能的误差来源。

根据本发明，为该目的创造加压硬化数。加压硬化数(PHZ)是一种工具，使得可能基于化学组成和在工具中的冷却速率，容易地估计所希望的充分的马氏体结构是否能够获得。在本公开的上下文中，表述“完全马氏体”应理解为指>90体积％的结构含量，特别是>95体积％的马氏体，及残余的奥氏体，残余的铁素体，和/或贝氏体。

加压硬化数也可以被用来估计现有的与片材厚度(＝冷却速率)相关的工具技术是否足以获得完全马氏体结构。因此，有可能，例如，确定在工具中，是否合金A将产生马氏体，而合金B将产生铁素体和马氏体。

加压硬化数也可以被用来估计对于给定的变形应变为了仍然充分的变成马氏体哪种合金是必须的。

本发明将通过举例的方式结合附图进行说明如下。在附图中：

图1：是多个钢组成的表，示出了每个的加压硬化数；

图2：定性地示出了马氏体形成对变形应变的依赖；

图3：示出了临界变形应变作为加压硬化数的函数。

图1示出了多种钢型初始测量的加压硬化冷却速率。

在此表中，P，S和N只作为常规的不可避免的杂质含有。V和Ti被有意不包含在表中，并且以<0.5％，特别是<0.2％的范围合金化。

在这种情况下，Ti仅用于通过化学结合除去N，其中Ti/N值(原子％)约3.4就足够了。所有其它值均以质量％给出。

基于所测量的加压硬化冷却速率(PHM)，根据本发明，需要两种不同的公式以确定理论加压硬化冷却速率(PHK)。在这种情况下，有必要区别起始原料中溶解的硼含量≥5ppm的钢材料的理论加压硬化冷却速率(PHK)和起始原料中溶解的硼含量<5ppm的钢材料的理论加压硬化冷却速率(PHK)。

用于起始原料中溶解的硼含量≥5ppm的钢材料的理论加压硬化冷却速率(PHK)的公式为：

PHK[K/s]＝1750/(28.5*C％+3.5*Si％+2.3*Mn-2*Al％+4*Cr％+3*Ni％+25*Mo％–20*Nb–6.3)^2.7

对于起始原料中溶解的硼含量<5ppm，下面的公式可以用于理论加压硬化冷却速率：

PHK[K/s]＝2750/(28.5*C％+3.5*Si％+2.3*Mn–2*Al％+4*Cr％+3*Ni％+25*Mo％–20*Nb–7.0)^1.8.

所有的百分比通常以质量百分比给出。

理论的加压硬化冷却速率可偏离测量的加压硬化冷却速率，因为某些可靠性因素内置于它们，例如，为了补偿测量的不确定性和进行有意义的一般化。

加压硬化数(PHZ)从这些已建立的公式计算，公式值计算如下：

PHZ＝工具中的冷却速率(PHW)/理论加压硬化冷却速率(PHK)。

根据本发明，下面的规律适用于这方面：

PHZ<1：无法通过形成马氏体保证完全硬化

PHZ＝1：非变形或预成型坯片可被硬化＝间接方法

PHZ>1：坯片可以热成形并在硬化过程中越来越多可靠地阻止塑性变形(热成型适宜性)。

在这点上，图2定性地示出临界数对数变形应变和硬度之间的关系，不管该测量是否以％马氏体或HV硬度进行。

一维情况下的临界对数变形应变按如下计算：

在这方面，图3表示加压硬化数与临界对数变形应变的关系。加压硬化数1后的直线下的阴影区域表示可能的可靠的热成型区域。围绕直线的虚曲线表明可能的曲线形状，因为该增加不一定必须以线性的方式发生。

通过加压硬化数或理论加压硬化冷却速率，因此可能确定，对于现有的系统，具有足够可靠性程度的将要硬化的钢材料，不管在间接方法还是，因为其具有足够高的加压硬化数，甚至允许有效的直接加压硬化，即在热状态下成型。

为了做到这一点，理论加压硬化冷却速率(PHK)必须根据公式和连续运行下可得的对于各自成型工具必须确定的冷却速率确定。

相反地，对于给定的所期望的钢材料，给定的期望的方法，即在直接或间接方法中，以及所期望的可靠性因子，则有可能确定加压硬化数，然后通过转换上面指出的公式确定有效冷却速率。

选择理论加压硬化冷却速率中的以公式为基础的关系，以便它们还包括共同较小的影响因素，例如根据季节用于工具的冷却水的不同的流动温度。

Claims

1.用于加压硬化钢的方法，其中由可硬化的合金钢组成的钢板可在冷态下预成型，然后转移到本质上具有预成型部件的轮廓的工具中并在其中，在先前的产生完全奥氏体化的热步骤之后，以大于临界硬化速度的速度在该工具中冷却，以便获得预成型部件的淬火硬化，

或由具有允许加压硬化的组成的钢组成的坯片加热至奥氏体化温度以上的温度，然后在工具中热成型，并且同时，以大于临界硬化速度的速度冷却，以便产生硬化；由于奥氏体结构转化为本质上的马氏体结构，可能具有残留量的奥氏体，产生了硬化，其特征在于，为了与现有系统几何结构以及在运行中可达到的工具中的冷却速率匹配合适的合金钢，或与给定钢型匹配期望的工具，确定加压硬化数；所述加压硬化数(PHZ)基于如下方程式确定

PHZ(加压硬化数)＝工具中的冷却速率(PHW)

/理论加压硬化冷却速率(PHK)

其中，工具中的冷却速率是根据所期望的片材厚度预定的或测得的，对于在起始原料中溶解的硼含量＞5ppm的钢材料来说，理论加压硬化冷却速率(PHK)，按如下确定：

对于起始原料中溶解的硼含量＜5ppm的钢材料来说，按如下确定：

PHK[K/s]＝2750/(28.5*C％+3.5*Si％+2.3*Mn–2*Al％+4*Cr％+3*Ni％+25*Mo％–20*Nb–7.0)^1.8,

其中：

PHZ<1：无法通过形成马氏体保证完全硬化

PHZ＝1：非变形或预成型坯片可被硬化＝间接方法

PHZ>1：除了间接方法，坯片可以热变形并在硬化过程中越来越多可靠地阻止塑性变形(热成型适宜性)。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在具有所期望的钢组成和所希望的钢厚度情况下，测量对于该板厚度可以可靠地获得的工具中的冷却速率(PHW)并基于此，使用理论加压硬化冷却速率(PHK)用于确定加压硬化数(PHZ)，其中对于加压硬化数为1来说，所述的所期望的钢组成和所述的给定的系统适合于间接加压硬化方法，对于加压硬化数＞1来说，随着加压硬化数的增加，热成型可以更大的可靠性获得。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于，对于工具中已知的冷却速率(PHW)，合适的合金钢通过加压硬化数选择，其中在此使用钢，测量其加压硬化冷却速率(PHK)，以便对于间接加压硬化方法，至少达到为1的加压硬化数，对于热成型方法，达到＞1的加压硬化数。

4.根据权利要求3的方法，其中所述方法对于热成型方法达到＞2的加压硬化数。