CN106191406A

CN106191406A - 用于超高拉伸强度钢板的热成形的方法

Info

Publication number: CN106191406A
Application number: CN201510240887.6A
Authority: CN
Inventors: 金英泰; 裴文基
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2014-10-16
Filing date: 2015-05-13
Publication date: 2016-12-07
Also published as: DE102015208752A1; KR20160045177A; JP2016078119A; US20160107222A1

Abstract

本文公开的是一种用于超高拉伸强度钢板的热成形的方法。该方法可提高生产率并同时通过在加热和成形超高拉伸强度钢板期间确保热结构稳定性和尺寸稳定性来保持准确的强度。根据本发明的示例性实施例，用于超高拉伸强度钢板的热成形的方法包括：在A₁相变温度或更小温度下加热具有单相结构的钢板；在模具中压制所加热的钢板成形为预定形状；以及取出并冷却所压制的钢板。

Description

用于超高拉伸强度钢板的热成形的方法

技术领域

本发明涉及一种通过同时提高强度和可成形性而热成形(warmforming)超高拉伸强度钢板(super high tensile strength steel sheet)的方法。

背景技术

近来，超高拉伸强度钢板的使用已随着车辆产业的发展而增加。超高拉伸强度钢板是指可具有比具有约50kg/mm²的拉伸强度的高拉伸强度钢板更大的拉伸强度的钢材料，并且可具有使用各种强化机构进一步改善的应变硬化、淬火、退火、回火、正火、析出硬化、晶粒细化、固溶强化等。然而，超高拉伸强度钢板可具有降低的与强度的提高成反比的可成形性。

此外，在现有技术中，由于超高拉伸强度钢板的降低的可成形性，超高拉伸强度钢板不可应用于具有复杂形状的部件、具有深成形深度的部件等，并且因此，已进行许多尝试来通过加热提高超过拉伸强度钢板的可成形性。

然而，因为车辆部件通常需要准确的强度和精确的尺寸稳定性，所以由于强度的减小、构件的扭曲和它的尺寸变化，超高拉伸强度钢板不可用作车辆部件。

最近，在解决上述问题的各种努力中，用于车辆部件的超高强度拉伸钢板已由可通过在约900℃或更大温度下加热钢板来提高可成形性的热冲压方法制造。因此，钢板可成形并通过与使用其中循环冷却水的特殊模具执行压制成形的同时迅速冷却钢板来获得高强度。

热冲压方法可通过将钢板的奥氏体相转变成马氏体相来向钢板提供约150K或更大的提高的强度。甚至在取出钢板后，热冲压方法不会引起回弹(spring back)，且还可阻止部件的尺寸变化，因为模具内的部件在固定的状态下完全冷却。

然而，热冲压方法可具有至2SPM水平的低生产率，因为应该使用其中循环冷却水的特定模具，应该执行拉伸面板的激光微调，并且钢板在模具内完全冷却。

此外，由于钢板的加热温度可增加到奥氏体的A₃相变温度或更大相变温度，但超高拉伸强度钢板通过析出硬化处理时，钢板的强化效果由于析出物会降低。

换句话讲，通过应用于钢板的高温热量可发生重结晶，并且因此大多数的强化效果可降低且晶格结构和晶格常数可根据结晶相的变化变形，并且因此，钢板的尺寸也可以改变。

因此，目前迅速应用的热冲压方法不可视为用于制造用于车辆部件的超高拉伸强度钢板的最佳方法。因此，本发明可提供一种方法来解决上述问题。

在现有技术中，用于阻止钢板的可成形性降低的特定方法已在“用于汽车加固部件的钢带和制造用于汽车加固部件的钢带的方法(KR10-0530068)”和“具有超高强度的淬火钢板、由具有超高强度的淬火钢板制成的部件和用于制造具有超高强度的淬火钢板的方法(KR10-0878614)”中有所报道。

此外，某种制造用于车辆加固部件的钢带的方法已在“用于汽车加固部件的钢带和制造用于汽车加固部件的钢带的方法(KR10-0530068)”中有所报道。由包括在1050℃至1300℃下在铝镇静钢上执行均质化处理、在略高于Ar3转变点的850℃至950℃的精轧温度条件下在其上热轧、在650℃至800℃的温度范围内卷绕以及以30％至80％的冷轧压下率在其上执行冷轧的方法制造的车辆加固部件可具有改善的热处理属性。

此外，在现有技术中，淬火钢板、钢板部件和制造淬火钢板的方法已被开发并在“具有超高强度的淬火钢板、由具有超高强度的淬火钢板制成的部件和用于制造具有超高强度的淬火钢板的方法(KR10-0878614)”中有所报道。淬火钢板可具有通过热处理硬化提高的拉伸强度和然后具有在经受涂装热处理后提高的屈服强度。

然而，现有技术中仍然存在诸如由于特定模具的使用和在模具中迅速冷却而降低的生产率、由于重结晶而降低的强化效果、晶格常数和晶格结构的变化等上述问题。

本背景技术部分中公开的以上信息仅为了增强对本发明的背景的理解，且因此可包含不形成在本国为本领域的普通技术人员熟知的现有技术的信息。

发明内容

因此，在优选的方面，本发明提供一种用于超高拉伸强度钢板(steelsheet)的热成形(warm forming)的方法。当超高拉伸强度钢板被加热并成形时，该方法可通过确保热结构稳定性和尺寸稳定来提高生产率和准确的强度。

根据本发明的示例性实施例，一种用于超高拉伸强度钢板的热成形的方法，其包括以下步骤：在A₁相变温度以下，加热具有单相结构的钢板；在模具中压制所加热的钢板，成形为预定的形状；以及取出(extracting)并冷却所压制的钢板。

钢板可以是具有单相马氏体结构的钢板或具有单相铁素体结构的钢板。

具有单相铁素体结构的钢板可通过析出硬化而具有提高的强度。

压制中使用的模具的温度可以由从所加热的钢板传递来的热量控制，而无需额外的加热和冷却。

附图说明

本发明的上述及其他目的、特征和优点将从结合附图作出的以下详细描述更清楚地理解，其中：

图1是示出在现有技术中对于每个温度的具有由强化机构强化的多相结构的钢板的伸长率和强度的示例性曲线图；

图2是示出当具有多相结构的钢板和根据本发明的示例性实施例所述具有单相结构的示例性钢板在约400℃至700℃下加热且然后冷却时钢板的强度发生变化的示例性曲线图；以及

图3是示出在根据本发明的示例性实施例所述的热成形时示例性超高拉伸强度钢板的温度变化、强度变化和伸长率变化的示例性曲线图。

具体实施方式

应当理解的是术语“车辆”或“车辆用”或如本文所用的其他类似术语通常包括机动车，如包括运动型多功能车辆(SUV)的客车、公共汽车、卡车、各种商用车、包括各种船舶的水运工具、飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料(例如，从石油以外的资源衍生的燃料)车辆。如本文中所提到的，混合动力车辆是一种具有两种或更多种动力源的车辆，例如汽油动力和电动力的车辆。

本文所用的术语仅是为了描述特定示例性实施例，且不意在限制本发明。如本文所用，单数形式“一”、“一种”和“该”意在也包括复数形式，除非上下文另有明确说明。还将理解的是，术语“包括”和/或“包含”在本说明书中使用时指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组的存在或添加。如本文所用，术语“和/或”包括相关联的列出项中的一个或多个的任何及全部组合。

除非具体说明或从上下文显而易见，如本文所用，术语“约”被理解为在本领域中的正常容差的范围内，例如在平均值的2个标准差内。“约”可以理解为在规定值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非从上下文显而易见，本文提供的所有数值被术语“约”修饰。

在下文中，本发明的示例性实施例将参考附图和背景技术描述，并且上述组件的附图标记被相似地应用，除非特殊提到。

下面描述的用于超高拉伸强度钢板的热成形的方法是本发明的示例性实施例，并且不限于该示例性实施例，而能够以各种形式实施。

如本领域中通常已知的，为了提高弹性和塑性变形的金属的强度，可以阻止原子移动。因此，已使用限制晶格内原子的移动的应变硬化、淬火、退火、回火、正火、析出硬化、晶粒细化、固溶强化等的各种强化机构。

当强化机构应用到钢板时，钢板的相位变化和结构变化可在内部发生并且因此，钢板的强度可大幅增加，但是可成形性可与强度成反比降低并且具有不适于制造具有复杂形状的部件的特性。

因此，为了将由强化机构制造的钢板应用到具有复杂形状的部件，可成形性可通过单独的加热过程提高。也就是，具有预定形状的部件可通过在高温下加热钢板来增加钢板的伸长率和然后在其上执行压制成形(press forming)而被制造。

然而，相位变化、结构变化、晶格结构变化等可由于应用到钢板的高热量在钢板的内部结构中发生，因此强化机构可降低且因此通过使用其中冷却水流动以确保钢板强度的模具，淬火可与压制成形同时执行。

因此，本发明提供一种用于超高拉伸强度钢板的热成形的方法。特别是，在本发明的方法中，强化机构和晶格机构不会与温度敏感地反应并且不会使用诸如淬火或水冷却的附加冷却过程。

根据本发明的示例性实施例所述的用于超高拉伸强度钢板的热成形的方法可包括加热过程、压制过程和冷却过程。

加热过程可以是加热钢板以提高钢板的可成形性和将钢板的加热温度设置为A₁相变温度或更小相变温度的过程。

钢板的机械物理特性可根据加热温度大幅变化。例如，当钢板的温度增加时，晶格的振动能量可增加且因此弹塑性行为可变化为粘弹行为，并且因此伸长率可如图1中所示增加。

图1是示出由强化机构分别在室温、约300℃、约400℃、约500℃和约600℃的每个温度下强化的多相结构的钢板的伸长率和强度的示例性曲线图。

如图1所示，当钢板的温度是室温时，钢板可具有约1200MPa的强度。随着温度增加，强度可减小并且伸长率可与强度成反比增加。

钢板的伸长率的增加可以意味着可成形性的提高，因此，当可成形性提高时，具有复杂形状的部件可容易地通过压制成形制造。

然而，具有其中诸如铁素体、奥氏体和马氏体等相位混合的多相结构的钢板可随着温度增加从相位变化、结构变化和晶格结构变化等恶化。随着钢板的温度增加，强度可减小，从而不能解决现有技术中的技术问题。

因此，在根据本发明的示例性实施例的所述加热过程中，可应用具有单相结构而非多相结构的钢板。例如，具有单相结构的钢板可加热到A₁相变温度或更小温度。

图2是示出当具有多相结构的钢板和具有单相结构的钢板在约400℃至700℃下加热且然后冷却时钢板的强度发生变化的示例性曲线图。

如图2所示，当具有单相结构的钢板冷却时，所冷却的钢板的最终强度与钢板加热之前的初始强度相比基本上不会变化。相比之下，随着加热温度增加，具有多相结构的钢板的最终强度可在冷却后大幅减小。

换句话讲，当具有单相结构的钢板而不是具有多相结构的钢板由强化机构强化且然后在A₁相变温度或更小温度下加热时，强度和可成形性均可提高。

特别是，热量可以被施加直到钢板的A₁相变温度或更小温度，以阻止尺寸稳定性由于当A₁相变温度或更大相变温度的高热量施加到具有单相结构的钢板时可引起的相位变化、结构变化、晶格结构变化、晶格常数变化等的现象而降低。此外，可阻止由于减小的强度机构而引起的强度减小。

特别是，具有单相结构的钢板可具有马氏体或铁素体的单相结构，以提供超高拉伸强度钢板所需的提高的强度。马氏体可具有针状结构和实质上提高的强度，且因此可合适地用于超高拉伸强度钢板。

铁素体可具有马氏体相对小的强度，但可具有由各种强化机构提高的强度，且因此可适用于根据本发明的示例性实施例所述的用于超高拉伸强度钢板的热成形的方法。

此外，其中强度通过析出硬化提高的钢板可应用在具有铁素体结构的钢板之中，因此，可获得超高拉伸强度钢板所需的提高的强度。由于加热温度也等于或小于A₁相变温度，析出硬化效果可保持，而不恶化。

压制(pressing)过程能够以预定形状形成由加热过程加热的钢板。特别是，当应用根据本发明的示例性实施例所述的用于热成形的方法时，由于钢板的强度、相位、结构、晶格结构、晶格常数等不变化，可不执行现有技术中的淬火。

压制过程可使用各种方法用于成形钢板。然而，根据本发明的示例性实施例，通过使用通常使用的模具，在压制成形时可不执行冷却，且因此可以不需要冷却时间。

此外，模具的温度可由从所加热的钢板传递来的热量控制，而无需额外的加热和冷却，并且因此可使用通常使用的模具，不像如在现有技术中所用的包括冷却水的特定模具。

空气冷却过程可取出且然后从压制过程冷却钢板。在现有技术中，在钢板冷却以阻止所压制的钢板的形状变化并阻止钢板降低之后，钢板可从模具的内部取出。然而，根据本发明的示例性实施例，可完成取出和冷却钢板，而不在压制过程之后执行额外的冷却。

此外，如上所述，由于钢板的强度、相位、结构、晶格结构、晶格常数等不会变化，不需要使用需要相当长的时间段的诸如冷却水和淬火等冷却方法。例如，空气冷却可有效地应用。

例如，当所加热的和压制的钢板冷却时，钢板可通过立即取出而无等待的空气冷却，并且因此生产效率可实质上提高。

图3是示出在根据本发明的示例性实施例所述的在200℃至600℃的温度范围内的示例性热成形过程期间的根据本发明的示例性实施例所述的示例性超高拉伸强度钢板的温度变化、强度变化和伸长率变化的示例性曲线图。特别是，所述温度可保持小于所应用的钢板的A₁相变温度。

如图3中所示，当钢板的温度增加时，强度可逐渐减小到预定水平并且伸长率可与其成反比提高。

然而，当所加热的钢板被输送并安装在模具中时，钢板的温度可基本上降低。由于额外的加热设备未安装在模具中且因此模具的温度处于比所加热的模具的温度更小的状态下，当所加热的钢板接触模具时，温度可大幅降低。

此外，与此相反，所减小的强度可再次增加且因此预定水平可以保持，并且伸长率可基本降低且然后预定水平可以保持。

由于可大幅减小且然后保持在预定水平的钢板的温度，在压制过程时，伸长率可基本降低且然后保持在预定水平。因此，伸长率可降低，并且因此所压制的钢板可以不容易变形且钢板的形状可以保持。

此外，当所压制的钢板被立即取出而无额外的过程且然后由空气冷却时，钢板的温度可随时间减小到室温，并且与此相反，强度可进一步增加且伸长率可降低，并因此不可执行进一步的成形。

如上所述，根据用于超高拉伸强度钢板的热成形的各种示例性方法，当成形具有复杂形状的部件从而提高生产率时，钢板的提高的强度可以与提高的可成形性同时获得。

本发明可提供以下各种优点：

第一，本发明可提高生产率，因为可以不发生相位变化且可以不需要额外的冷却过程。

第二，本发明可执行在A₁相变温度或更小相变温度下的加热，以最小化加热时间和能量的浪费。

第三，本发明可在制造具有复杂形状的部件时提高强度。

第四，本发明可制造具有基本提高的尺寸稳定性和热结构稳定性的超高拉伸强度钢板。

第五，本发明可保持应用于钢板的加工硬化效果。

本发明参考示例性实施例详细描述，但是本发明的范围不限于具体示例性实施例而需要通过附图理解。此外，将要理解的是，本发明可有本领域的技术人员进行各种修改和变化，而不脱离本发明的范围。

Claims

1.一种用于超高拉伸强度钢板的热成形的方法，其包括以下步骤：

在A₁相变温度以下，加热具有单相结构的钢板；

在模具中压制所加热的钢板，成形为预定的形状；以及

取出并冷却所压制的钢板。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述钢板具有单相马氏体结构或单相铁素体结构。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述具有单相铁素体结构的钢板通过析出硬化而具有提高的强度。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述压制中使用的模具的温度由从所加热的钢板传递的热量控制，而无需额外的加热和冷却。

5.一种超高拉伸强度钢板，其利用权利要求1所述的方法制得。

6.一种车辆部件，包括权利要求5所述的超高拉伸强度钢板。