CN107848012B - 奥氏体twip或trip/twip钢部件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造奥氏体TWIP或TRIP/TWIP钢部件的方法。通过在扁平制品(1)的至少一个表面上获得至少一个凹陷(16)，从而使扁平制品(1)变形，以便在变形制品(5)中具有嵌入延性材料基质中的高强度钢区域。本发明还涉及该部件的应用，其中在同一部件中需要嵌入在延性材料基质中的高强度钢区域。

Description

奥氏体TWIP或TRIP/TWIP钢部件的制造方法
技术领域
本发明涉及一种奥氏体TWIP或TRIP/TWIP钢部件的制造方法。
通过在用于该部件的钢材区域中使扁平钢制品变形来实现压痕。
背景技术
在制造用于诸如汽车、卡车、公共汽车、铁道车辆或农用车辆等运输系统的部件之前，为了满足安全要求，应该计算所需要强度和材料厚度。但是，当存在高于所需的材料厚度的部件时，其被描述为“超裕度设计”。因此，采用了将适当的材料安排在适当的位置的设计。通常而言，用均质材料来计算机械技术值(屈服强度、拉伸强度、伸长率、硬度)。
WO公开2014/096180涉及一种用于制造成型金属带的方法，其中特别的由不锈钢构成的具有预定材料厚度的金属带缠绕在卷材上并且被引导通过包括数个辊的辊轧机架。与金属带有效地相互作用的辊的至少一部分具有预定的外形，通过具有预定外形的辊，可以基于该辊的外形的几何形状在金属带的两侧上形成轮廓深度大于250微米的轮廓。金属带在其成型之后缠绕在卷材上，并且根据需要，对所述金属带进行加热后处理。因此，WO公开2014/096180的目的仅仅是在具有预定带厚度的金属带的两侧上实现预定的外形。此外，WO公开2014/096180并没有教导如何绕过传统冲突，以产生高强度和高伸长率。
发明内容
本发明的目的是消除现有技术的一些缺点，并且获得一种奥氏体钢部件的制造方法，该奥氏体钢部件不仅对钢材的厚度有效果，而且对其他机械性能(如强度和延展性)也有效果。在随附的权利要求书中列出了本发明的基本特征。
根据本发明，对于制造部件，使具有TWIP(孪晶诱导塑性)硬化效应的奥氏体钢的扁平制品、或者具有TRIP(相变诱导塑性)效应和TWIP(孪晶诱导塑性)效应的组合的奥氏体钢的扁平制品变形以获得具有至少一个压痕的制品。变形制品结合了嵌入延性材料基质中的高强度钢区域。高强度区域既具有高强度又具有高硬度，而延性材料区域具有高的伸长率。本发明还涉及该部件的应用，其中在同一部件中需要嵌入延性材料基质中的高强度钢区域。
在变形制品的制造过程中，借助于扁平制品与变形设备(例如冷轧机)之间的机械接触，在变形制品的至少一个表面上产生至少一个压痕。压痕的几何形状取决于变形制品的使用要求。当与现有技术相比时，具有至少一个压痕的变形制品具有更好的伸长率和强度、更好的疲劳性能和更低的裂纹生长、变形期间更低的回弹性以及变形制品的寿命期间更高的安全性。
扁平制品由具有奥氏体微结构的钢制成。所述钢利用TWIP(孪晶诱导塑性)硬化效应、或者TRIP(相变诱导塑性)效应和TWIP(孪晶诱导塑性)效应的组合，其中堆垛层错能在20至30mJ/m2的范围内。奥氏体钢包含10重量％至25重量％的锰，优选14重量％至18重量％的锰，并且具有间隙分离的氮(N)原子和碳(C)原子，其中(C+N)含量在0.4重量％至0.8重量％的范围内。在钢具有亚稳态奥氏体微结构并具有TRIP硬化效应的情况中，所得的堆垛层错能低于20mJ/m2。在这种情况下，钢还包含10重量％至20.5重量％的铬，优选13重量％至17重量％的铬和3.5重量％至9.5重量％的镍。
根据本发明的扁平制品有利地为扁平片材、带和狭缝带、面板或平板。扁平制品在变形之前的初始厚度为0.15毫米至4.0毫米，优选为0.8毫米至2.0毫米。有利地是，通过冷轧使扁平制品变形，使得至少一个辊是成型辊，以便在扁平制品的表面上，在横向于轧制方向的方向上产生具有所需几何形状的至少一个压痕。在本发明的优选实施方案中，至少一个辊被成型为能在扁平制品的表面上横向于轧制方向的方向上或者在平行于轧制方向的方向上，或者同时在横向于轧制方向的方向上和在平行于轧制方向的方向上，产生具有所需几何形状的两个或多个压痕。在本发明的一个实施方案中，用于产生压痕的至少一个辊的轮廓可以是基本上彼此类似的，但是在本发明的另一实施方案中，用于产生压痕的至少一个辊的轮廓也可以是基本上彼此不同的。根据本发明，冷轧机中仅一个工作辊具有期望的轮廓，并且因此仅使扁平制品的一个表面变形。然而，也可能的是，冷轧机中两个工作辊都是成型的，由此使扁平制品的两个表面都变形。在变形后，可以将变形制品卷绕，以进一步加工成卷状制品，但是也可以将变形制品进一步加工成变形扁平制品。
根据本发明的变形制品中的压痕具有蜂窝状、波状、三角形、矩形、圆形、十字形、线形、波纹形、蛛网形的几何形状或这些几何形状的任意组合。压痕的几何形状取决于变形制品的使用，因为变形制品中具有不同的机械性能值的区域由压痕产生。基于不同的机械性能值，作为仅具有延性区域性质的均质材料的变形制品具有(例如)良好的疲劳性能。
在根据本发明的变形制品中的TWIP(孪晶诱导塑性)硬化效应、或者TRIP(相变诱导塑性)效应和TWIP(孪晶诱导塑性)效应的组合的应用中，硬化水平取决于变形水平，因此，硬化水平与压痕的深度相关。在一个变形辊中压痕的轮廓深度可以是不同的，因此压痕的几何形状也可以是不同的。以所述扁平制品的初始厚度计算，扁平制品一侧的压痕可以变形至深度高达30％。当需要逆转由扁平制品的变形引起的硬化效应的情况中，硬化效应在900℃至1250℃，优选900℃至1050℃的温度下退火时是可逆的。
根据本发明的具有至少一个压痕的变形制品可以用作至少在以下目标区域中的部件：
·用于汽车车身结构的与回弹性相关的成形工艺所制造的高强度片材或卷材，
·在汽车车身结构中与安全相关的部件，如构件、支柱、整流罩、翻车保护杆、保险杠、碰撞盒、滑道、或如横管之类的座位部件
·汽车车辆或铁道车辆车体中的疲劳设计部件，如底盘零件、操纵杆、缓冲器或支柱圆顶
·铁道车辆中与刚度相关的部件，如侧壁或地板，
·公共汽车、卡车、铁道车辆或钢建筑结构中用于结构的管道或型材。
附图说明
参照以下附图将对根据本发明制造的变形制品进行更详细地描述，其中
图1将本发明的一个优选实施方案示意性地示出为从变形后的侧面观看的变形视图，
图2示出了图1的实施方案的局部放大点，
图3示出了压痕的深度的影响，以及
图4示出了本发明的变形制品与变形标准材料之间的性能比较。
具体实施方式
图1-4的材料是具有TWIP效应的奥氏体不锈钢，其包含作为主要成分的铁、0.3重量％的碳、16重量％的锰、14重量％的铬、少于0.5重量％的镍和0.3重量％的氮。
根据图1，扁平带1穿过由工作辊2和3示出的冷轧机。辊2和3被成型以在横向于轧制方向的方向上和平行于轧制方向的方向上都产生压痕，该压痕在变形带5的表面上形成蜂窝状结构4。
图2中示出了图1的变形带5的一部分。用附图标记13表示扁平带的初始厚度，用附图标记14表示压痕的深度(其值为30％)。具有变形厚度12的变形带5在表面上具有高延展性和高伸长率的非变形区域15。由冷轧机的工作辊2和3(图1)产生的压痕16在具有厚度12的变形带的表面上形成具有高强度和高硬度的高变形区域。
图3在坐标图中示出了测试结果，其中横轴表示根据本发明的经变形的测试样品中的测量点。使测试样品在五个区域21、22、23、24和25中变形，其分别具有180、80、75、90和155微米的不同压痕深度。坐标的纵轴表示局部维氏硬度(HV1)。图3的测试结果表明，维氏硬度(HV1)与测试样品的压痕深度成正比。
图4示出了当由测试样品测定伸长率(A80)和屈服强度Rp0.2时的试验结果，其中使测试样品(发明_1...5)变形以在根据本发明的材料的表面上产生压痕。作为比较，没有使其他测试样品(现有_1...5)变形。图4表明，尽管未变形的测试样品的伸长率值比变形的测试样品的伸长率大，但是当与变形的测试样品相比时，未变形的测试样品的屈服强度显著下降。用于在材料的表面上产生压痕的变形同时获得了高强度和高伸长率。

Claims (22)

1.一种用于制造奥氏体TWIP或TRIP/TWIP钢部件的方法，其特征在于，通过在扁平制品(1)的至少一个表面上获得至少一个压痕(16)，从而使所述扁平制品(1)变形，以便在变形制品(5)中具有嵌入在延性材料基质中的高强度钢区域，其中所述延性材料基质为非变形区域，并且所述高强度钢区域为相比所述非变形区域既具有高屈服强度又具有高硬度的变形区域。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述扁平制品(1)在变形之前的初始厚度(13)为0.15毫米至4.0毫米。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，由所述扁平制品(1)的所述初始厚度(13)计算，压痕深度(14)高达30％。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述TWIP或TRIP/TWIP效应与所述压痕深度(14)成正比。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述扁平制品(1)的变形是冷轧，使得至少一个辊(2、3)是成型辊(2、3)，以便在所述扁平制品(1)的表面上，在横向于轧制方向的方向上产生具有所需几何形状的至少一个压痕(16)。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述扁平制品(1)的变形是冷轧，使得至少一个辊(2、3)是成型辊(2、3)，以便在扁平制品(1)的表面上，在平行于轧制方向的方向上产生具有所需几何形状的两个或多个压痕(16)。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述扁平制品(1)的变形是冷轧，使得至少一个辊(2、3)是成型辊(2、3)，以便在扁平制品(1)的表面上，在横向于轧制方向的方向上和平行于轧制方向的方向上均产生具有所需几何形状的两个或多个压痕(16)。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述压痕(16)具有蜂窝状、波状、三角形、矩形、圆形、十字形、线形、波纹形或蛛网形的几何形状或这些几何形状的任意组合。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，随着所述扁平制品(1)的变形而产生的硬化效应在900℃至1250℃的温度下退火时是可逆的。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述扁平制品(1)在变形之前的初始厚度(13)为0.8毫米至2.0毫米。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，随着所述扁平制品(1)的变形而产生的硬化效应在900℃至1050℃的温度下退火时是可逆的。
12.具有变形压痕(16)的奥氏体TWIP或TRIP/TWIP钢部件作为汽车车身结构相关的具有回弹性的高强度片材或卷材的应用，该变形压痕(16)具有嵌入在延性材料基质中的高强度钢区域，其中所述延性材料基质为非变形区域，并且所述高强度钢区域为相比所述非变形区域既具有高屈服强度又具有高硬度的变形区域。
13.具有变形压痕(16)的奥氏体TWIP或TRIP/TWIP钢部件作为汽车车身结构中与安全相关的部件的应用，该变形压痕(16)具有嵌入在延性材料基质中的高强度钢区域，其中所述延性材料基质为非变形区域，并且所述高强度钢区域为相比所述非变形区域既具有高屈服强度又具有高硬度的变形区域。
14.根据权利要求13所述的应用，其特征在于所述与安全相关的部件为支柱、整流罩、翻车保护杆、保险杠、碰撞盒或滑道。
15.具有变形压痕(16)的奥氏体TWIP或TRIP/TWIP钢部件作为座位部件的应用，该变形压痕(16)具有嵌入在延性材料基质中的高强度钢区域，其中所述延性材料基质为非变形区域，并且所述高强度钢区域为相比所述非变形区域既具有高屈服强度又具有高硬度的变形区域。
16.根据权利要求15所述的应用，其特征在于所述座位部件为横管。
17.具有变形压痕(16)的奥氏体TWIP或TRIP/TWIP钢部件作为汽车车辆或铁道车辆车身中的疲劳设计部件的应用，该变形压痕(16)具有嵌入在延性材料基质中的高强度钢区域，其中所述延性材料基质为非变形区域，并且所述高强度钢区域为相比所述非变形区域既具有高屈服强度又具有高硬度的变形区域。
18.根据权利要求17所述的应用，其特征在于所述疲劳设计部件为底盘零件、控制臂、缓冲器或支柱圆顶。
19.具有变形压痕(16)的奥氏体TWIP或TRIP/TWIP钢部件作为铁道车辆中与刚度相关的部件的应用，该变形压痕(16)具有嵌入在延性材料基质中的高强度钢区域，其中所述延性材料基质为非变形区域，并且所述高强度钢区域为相比所述非变形区域既具有高屈服强度又具有高硬度的变形区域。
20.根据权利要求19所述的应用，其特征在于所述与刚度相关的部件为侧壁或地板。
21.具有变形压痕(16)的奥氏体TWIP或TRIP/TWIP钢部件作为公共汽车、卡车、铁道车辆中用于结构的管道或型材的应用，该变形压痕(16)具有嵌入在延性材料基质中的高强度钢区域，其中所述延性材料基质为非变形区域，并且所述高强度钢区域为相比所述非变形区域既具有高屈服强度又具有高硬度的变形区域。
22.具有变形压痕(16)的奥氏体TWIP或TRIP/TWIP钢部件作为钢建筑结构中用于结构的管道或型材的应用，该变形压痕(16)具有嵌入在延性材料基质中的高强度钢区域，其中所述延性材料基质为非变形区域，并且所述高强度钢区域为相比所述非变形区域既具有高屈服强度又具有高硬度的变形区域。
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