CN107365897B - 机动车构件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造机动车构件(6)的方法，该机动车构件具有至少局部高强度的且同时可延展的特性，其特征在于：所述方法具有下列工艺步骤：由具有至少0.25％的碳份额的能够淬火的钢合金制备板坯(2)，在小于20秒的时间中将板坯(2)至少局部地加温到奥氏体化温度以上，对板坯(3)进行热成形和加压淬火，在此将抗拉强度Rm调节为大于1800MPa并且将断裂延伸率A20调节为大于6％。

Description

机动车构件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造机动车构件的方法。
此外，本发明涉及一种机动车构件。
背景技术
在现有技术中将机动车构件制造成板材成形构件是众所周知的。为此由钢合金或由轻质金属合金制备坯件并且进行成形技术加工，从而获得三维成形的机动车构件。这样的机动车构件例如作为结构部件应用在自支承的车体中。然而也可以将它拧紧例如作为横梁、车门防撞支架碰撞吸能盒或类似物。
此外在现有技术中，热成形技术和加压淬火技术是众所周知的。为此将由可淬火的钢合金构成的坯件至少局部加温到奥氏体化温度以上。然后在这个热状态中将坯件成形，其中，通过热成形可以实现高的造型自由度。
接着将经成形的机动车构件如下地迅速冷却，即，对材料结构进行淬火和由此产生高强度的或者甚至最高强度的特性。然而这样的方法的缺点是：具有所产生的高硬度的材料同时也是脆的。在此时常值得追求的是：构件具有可延性的特性，以便由此在机动车碰撞的情况中例如不折断或断裂。
利用热成形和加压淬火实现的可能的抗拉强度为1000至1650MPa。
发明内容
本发明的目的是：从现有技术出发提出一种制造具有较高硬度然而同时具有可延展的材料特性的机动车构件的可能性。
上述目的利用根据本发明的一种用于制造机动车构件的方法实现，该机动车构件具有至少局部高强度的且同时可延展的特性，所述方法具有下列方法步骤：
由具有大于0.3％的碳份额的能够淬火的钢合金制备板坯，
在小于20秒的时间中将板坯至少局部地加温到奥氏体化温度以上，
对板坯进行热成形和加压淬火，
在此将抗拉强度Rm调节为大于1800MPa并且将断裂延伸率A20调节为大于6％，其中，直到热成形开始为止，加温时间、保持时间和转移时间总共需要小于30秒。
所述目的的产品部分通过根据本发明的机动车构件实现，其由板坯尤其是利用根据本发明的方法制成，所述机动车构件具有大于1800MPa的抗拉强度Rm和大于6％的断裂延伸率A20，并且该机动车构件由碳份额大于0.3％的能够淬火的钢合金制成并且具有贝氏体份额为5.0％至20.0％的基本上马氏体的材料组织。
因此根据本发明的用于制造具有至少局部高强度的和同时可延展的特性的机动车构件的方法的出众之处在于下列工艺步骤：
-由具有至少0.25％的碳份额的可淬火的钢合金制备板坯，
-在小于20秒内将板坯至少局部地加温到奥氏体化温度以上，
-对板坯进行热成形和加压淬火，
-在此，将抗拉强度Rm调节为大于1800MPa并且将断裂延伸率A20调节为大于6％。
由此可以至少局部地对构件进行加温，使得构件的局部被加温到奥氏体化温度以上的区域被相应地淬火以具有上述特性。然而优选在本发明的意义上可以利用接下来的淬火实现完全的均匀的奥氏体化。板坯优选具有0.5mm至5.0mm、特别是1.0mm至4.0mm的壁厚。
已经证明：通过对含碳较高的锰硼钢的短时间的奥氏体化和接下来的加压淬火不仅可以提高淬火状态中的硬度而且同时还提高可延展性。对此的前提条件是：特别快速的加温，特别是以大于等于100℃/s、优选大于200℃/s的梯度或加热速率以及在相应的加热工具中这个温度的小的保持时间来进行所述加温。加温进行到大于AC3、特别是大于800℃、优选大于850℃、特别优选大于900℃。特别优选地，借助接触加温来实施所述加温。为此例如可以设置有具有接触加温板(Kontakterwaermungsplatte)的调温站。
由于直到热成形开始为止总共小于30秒、特别是小于25秒、优选小于20秒的加温时间、保持时间和转移时间和与此相关的短时间的奥氏体化产生下列优点。产生小的奥氏体晶粒，以及在存在于初始状态中的渗碳体或不同类型的碳化物不能完全分解。小的奥氏体晶粒以及未分解的渗碳体和/或碳化物在淬火期间的可逆转变中负责所产生的精细结构，该结构在延展性高的同时具有高的抗拉强度。
由此特别优选可以一小于20秒、特别是小于10秒和特别优选小于8秒和完全特别优选小于6秒进行到奥氏体化温度以上的加温。此外特别优选地以小于20秒、特别是小于10秒和优选小于5秒实现对加温温度或奥氏体化温度的保持时间。此外优选实施短的转移时间。特别优选地，转移时间的时段小于5秒。从加温开始到转移结束和热成形开始为止优选经历小于20秒。
然而在本发明的意义上也可以对制备的板坯首先进行预冷却成形。在此产生一个预成形件。然后可以以该预成形件实施所有在这个说明书中列举的用于对板坯快速加温、转移和热成形和加压淬火的步骤。
这样通过加压淬火制造的机动车构件然后可以具有大于1800MPa、特别是大于1900MPa和优选大于2000MPa的抗拉强度Rm。抗拉强度应该在技术上可实现的上限下。这个上限优选最大为2500MPa。然而在上述经淬火的构件中的构件同时具有大于6％、优选大于8％、特别是大于10％的断裂延伸率A20。断裂延伸率A20也应该在技术上可实现的数量级下，这优选是20％的断裂延伸率A20。
板坯也可以是首先被预涂层的，例如预涂硅铝层或锌层。进一步优选地，所述层在加温前已经完全制成合金。
通过接触加温特别是可以实现短的加热时间以及还有短的保持时间。然而特别是也可以通过接触加温对坯件进行局部不同的调温，从而例如使第一类区域快速达到奥氏体化温度以上，而对第二类区域则完全不加温或以低于奥氏体化温度的温度进行加温。可以在最短的时间内产生具有清晰边界的温度特性曲线。
由此例如可能的是：不是完整的机动车构件经过淬火，然而这也示出本发明的一种优选的构造变型。另外可以对机动车构件仅仅在负荷预期高的区域中进行淬火。
在可以以上述参数实施的方法中，特别是使用可淬火的钢合金，该钢合金具有用重量百分比表达的话大于0.25％的碳份额。钢合金可以具有另外的合金成份以及与熔化相关的杂质。特别优选使用大于0.30％、特别是大于0.35％的碳份额。碳份额在此也应该向上限制为优选小于1.0％、特别是小于0.50％。特别优选使用例如标号38MnB5或42MnB5的钢。
此外特别优选地，经淬火的材料组织除了大部分的马氏体之外具有5.5％至20.0％的贝氏体。在此可以忽略在热处理时产生的残留组织成分。这特别是通过如下方式能够实现，即，在部分区域内--特别少量的渗碳体和/或碳化物在这些部分区域中分解--在淬火期间产生贝氏体代替马氏体。特别是贝氏体份额对材料的可延展性产生积极作用。
此外在本发明的范围内可以对经淬火的机动车构件再次局部地进行后热处理。例如这可以是局部回火。
此外特别优选地，不仅对由钢合金构成的单层板坯、而且还对多层板坯进行加工。这特别是三层的板坯。中间层在此由前述可淬火的、具有至少0.25％的碳份额的钢合金构成。这在上侧和下侧、因此分别在外侧构造有由抗锈的钢合金构成的比较薄的层。这特别优选对构件的耐久性起作用，这是因为抗锈的外层起防止相应地生成氧化皮或生锈的保护作用。各层优选在多层板坯的制备好的状态中已经相互连接。外侧层优选分别具有中间层的3％至2％之间的厚度。
作为用于外侧层的抗锈的高级合金钢，使用一种铁素体抗锈的高级合金钢证明是特别有益的，该高级合金钢除了与熔化相关的杂质和铁之外包括下列以重量百分比为单位的合金成份：
Figure GDA0001804261220000041
Figure GDA0001804261220000051
此外对此关于另外的可用的铁素体钢合金可参照EN10088-1的内容，铬含量根据种类在10.5％至30％之间。小于0.5％的钛、铌或锆石的稳定添加剂以及限定在0.16％的碳含量用于保障可焊接性。铁素体高级钢在此与含碳量较高的锰硼钢被证明在热成形和接着的加压淬火的情况中是特别有益的。在这种材料组合中避免构件翘曲以及内应力。
此外可以在制造的机动车构件上实施边缘脱碳。在这种情况下，将边缘区域中的碳部分地或完全地排出。特别是在从表面起测量在5μm至150μm之间的边缘区实施边缘脱碳。通过这种方式提高所制造的构件的弯曲角。特别是在完工的机动车构件上的弯曲角在相应的边缘脱碳之后为至少50°、优选至少60°。
此外，本发明涉及一种特别是利用前述方法制造的机动车构件。该机动车构件借助成形由板坯制成。该机动车构件局部地、特别是完全地具有大于1800MPa的抗拉强度和大于6％的断裂延伸率A20。机动车构件由碳份额大于0.25％的可淬火的钢合金制成。该机动车构件在淬火过程结束之后至少局部地、优选完全地拥有贝氏体份额为5.0％至20.0％的基本上马氏体的材料组织。
机动车构件是用于机动车车体的构件或者固定在机动车体上的相应的构件。这些构件特别是门槛、横梁、纵梁、碰撞吸能盒、车顶梁、传动轴通道、机动车立柱。然而也可以是防火墙、蓄电池架、底部或其它的机动车板材构件。轴构件或行走机构构件也可以利用所述方法制成。
附图说明
下面的说明的内容是本发明的另外的优点、特征、特性和观点。在示意图中示出优选的构造变型。这些附图有助于容易地理解本发明。附图中：
图1示出用于根据本发明制造机动车构件的生产线；
图2示出多层的板坯和；
图3示出包括加热阶段、保持阶段以及加压淬火阶段的时间-温度曲线图。
具体实施方式
在附图中为相同的或类似的构件使用相同的附图标记，即使在出于简化原因省略重复说明的情况下。
图1示出的是用于实施方法的本发明的生产线1。首先制备板坯2，该板坯在一个接触加热站4中至少局部地、特别是完全地被加温到奥氏体化温度以上。然后将经过这样加温的板坯3转移到成形站5中并且在那里热成形为机动车构件6并对其进行加压淬火。作为可选，可以首先将板坯3特别是预先冷成形为预成形件9。然后根据前述方法对预成形件9加温和进一步热成形和加压淬火。
图2示出的是三层的板坯2的局部。中间层7由可淬火的钢合金构成，该钢合金用重量百分比表达的话具有至少0.25％的碳份额。而两个相应外侧的层8则由不生锈的或抗锈的钢合金、特别是高级合金钢构成。
图3示出的是时间-温度曲线图。在Y轴上示出温度而在X轴上示出时间。可以看出：在从时刻S0到时刻S1的加热时间中将板坯加温到AC3温度以上、优选在小于10秒内。然后在从时刻S1到S2的保持时间中保持加温温度。保持阶段优选小于5秒并且特别是也可以接近0秒。此外示出从时刻S2到时刻S3的转移阶段，在该转移阶段中将经加温的板坯传送到热成形和加压淬火模具中。这也优选在小于10秒、特别是小于5秒的时间中实施。在从时刻S3起的范围中进行成形。在成形完成之后实施淬火硬化，使得温度从时刻S3至S4再次大幅下降。优选地在小于30秒、特别是在小于20秒的时间中实施从S0至S3、因此加温、可选保持以及转移时间的持续时间。
附图标记列表
1 生产线
2 板坯
3 经加温的板坯
4 接触加温站
5 成形站
6 机动车构件
7 中间层
8 外侧层
9 预成形件

Claims (25)

1.用于制造机动车构件(6)的方法，该机动车构件具有至少局部高强度的且同时可延展的特性，其特征在于：所述方法具有下列方法步骤：
-由具有大于0.3％的碳份额的能够淬火的钢合金制备板坯(2)，
-在小于20秒的时间中将板坯(2)至少局部地加温到奥氏体化温度以上，在该局部的加温之前板坯(2)已经被预涂层，
-对板坯(3)进行热成形和加压淬火，
-在此将抗拉强度Rm调节为大于1800MPa并且将断裂延伸率A20调节为大于6％，
其中，直到热成形开始为止，加温时间、保持时间和转移时间总共需要小于30秒。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：将抗拉强度Rm调节为大于1900MPa。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：将抗拉强度Rm调节为大于2000MPa。
4.如权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于：将断裂延伸率A20调节为大于8％。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：将断裂延伸率A20调节为大于10％。
6.如权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于：使用碳份额大于0.35％的钢合金。
7.如权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于：在小于10秒的时间中实施加温。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：在小于8秒的时间中实施加温。
9.如权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于：经加温的板坯(3)在加温温度上的保持时间小于20秒。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：经加温的板坯(3)在加温温度上的保持时间小于10秒。
11.如权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于：在小于10秒的时间中实施转移时间。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于：在小于5秒的时间中实施转移时间。
13.如权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于：以大于100℃/s的梯度实施加温。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于：以大于200℃/s的梯度实施加温。
15.如权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于：在加压淬火时产生具有5.0％至20.0％贝氏体的马氏体材料组织。
16.如权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于：借助接触加温实施加温。
17.如权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于：对板坯(2)进行完全加温并且对经成形的机动车构件(6)进行淬火。
18.如权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于：对经成形的机动车构件(6)仅仅在负荷预期高的区域中进行淬火。
19.如权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于：对制造的机动车构件(6)至少局部地进行后热处理。
20.如权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于：在加温前将板坯(2)预成形为预成形件(9)。
21.如权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于：板坯(2)构造成多层的，其中，位于中间的层(7)由能够淬火的钢合金构成，而两个位于外侧的层(8)由抗锈的钢合金构成。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于：板坯(2)构造成三层的。
23.如权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征在于：在制造的机动车构件(6)上实施边缘脱碳。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于：在从表面起测量5μm至150μm的边缘区中实施边缘脱碳。
25.机动车构件(6)，其由板坯(2)利用如权利要求1所述的方法制成，其特征在于：所述机动车构件(6)具有大于1800MPa的抗拉强度Rm和大于6％的断裂延伸率A20，并且该机动车构件(6)由碳份额大于0.3％的能够淬火的钢合金制成并且具有贝氏体份额为5.0％至20.0％的马氏体的材料组织。
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