CN108025349B - 模制体制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了模制体制造方法。所述模制体制造方法包括以下步骤：制造第一钢构件和第二钢构件；将第一钢构件和第二钢构件结合，从而制造结合钢构件；将结合钢构件加热到910至950℃；使用压机热模制经加热的结合钢构件，从而制造中间模制体；以及冷却中间模制体，其中，第一钢构件的拉伸强度(TS)高于第二钢构件的拉伸强度(TS)。

Description

模制体制造方法
技术领域
本发明涉及用于制造模制品的方法。更具体而言，本发明涉及用于制造用作碰撞能量吸收器部件的模制品的方法。
背景技术
B柱(汽车碰撞能量吸收器的关键部件)主要由对应于150K或更高等级的热处理钢板制成。当发生侧面碰撞时，它对于确保驾驶员的存活空间起着非常重要的作用。另外，在发生侧面碰撞时，用作碰撞能量吸收器的高韧性钢构件经受威胁到驾驶员安全的脆性断裂。基于该原因，将低韧性钢构件连接至B柱的下端，由其经受脆性断裂，从而增加了B柱的碰撞能量吸收能力。该钢构件被称为Taylor-Welded Blank(TWB)应用的钢板。TWB应用的钢板通过热轧工序和冷轧工序、随后是热压工序(例如热冲压)制得。
在韩国专利No.1304621(2013年8月30日公开，标题为“用于制造按区域具有不同强度的热压成形部件的方法”)中公开了与本发明有关的现有技术。
发明内容
技术问题
根据本发明的一个实施方案，提供了用于制造模制品的方法，所述方法能够使在模制品的不同部分之间的取决于热压工艺参数的性能变化最小化。
根据本发明的另一实施方案，提供了用于制造具有优良的刚性和成形性的模制品的方法。
根据本发明的另一实施方案，提供了用于制造具有优良的生产率和经济效率的模制品的方法。
技术方案
本发明的一个方面涉及用于制造模制品的方法。在实施方案中，用于制造模制品的方法包括以下步骤：制造第一钢板和第二钢板；将第一钢板与第二钢板彼此接合，从而制造接合钢板；在910℃和950℃之间的温度下加热接合钢板；使经加热的接合钢板经受热压成型，从而制造中间模制品；以及冷却中间模制品，其中第一钢板具有的拉伸强度(TS)高于第二钢板的拉伸强度(TS)。
在一个实施方案中，冷却可以包括以50至150℃/秒的冷却速率冷却中间模制品。
在一个实施方案中，热压成型可以包括在5至20秒内将经加热的接合钢板转移至热压模具。
在一个实施方案中，第一钢板可以具有1300至1600MPa的拉伸强度，并且第二钢板可以具有600MPa或更高的拉伸强度。
在一个实施方案中，第二钢板可以通过包括以下步骤的方法制得：在1200至1250℃的温度下，再加热含有0.04至0.06重量％的碳(C)、0.2至0.4重量％的硅(Si)、1.6至2.0重量％的锰(Mn)、大于0重量％但不大于0.018重量％的磷(P)、大于0重量％但不大于0.003重量％的硫(S)、0.1至0.3重量％的铬(Cr)、0.0009至0.0011重量％的硼(B)、0.01至0.03重量％的钛(Ti)、0.04至0.06重量％的铌(Nb)、以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质的钢坯；对经再加热的钢坯进行热轧；卷绕热轧钢坯以制造热轧卷材；将热轧卷材展开，随后进行冷轧，从而制造冷轧钢板；以及对冷轧钢板进行退火。
在一个实施方案中，退火可以包括以下步骤：在810℃和850℃之间的温度下加热冷轧钢板；以及以10至50℃/秒的冷却速率冷却经加热的冷轧钢板。
在一个实施方案中，卷绕可以在620至660℃的卷绕温度下进行。
有益效果
当使用根据本发明的用于制造模制品的方法时，能够使在模制品的不同部分之间的取决于热压工艺参数的物理性能(例如拉伸强度和伸长率)变化最小化，并且制得的模制品将具有优良的刚性和成形性。由于使得随着工艺参数变化的性能变化最小化，所以模制品具有优良的生产率和经济效率，并由此适合用作碰撞能量吸收器的材料。
附图说明
图1示出根据本发明实施方案的用于制造模制品的方法。
图2示出根据本发明的制造接合钢板的工序。
图3示出根据本发明的接合钢板。
图4A示出本发明的实施例中最终的微结构随着热压模具转移时间变化的变化，图4B示出本发明的比较例中最终的微结构随着热压模具转移时间变化的变化。
图5示出在本发明的实施例和本发明的比较例中拉伸强度随着热压模具转移时间变化的变化图。
图6示出在本发明的实施例和本发明的比较例中伸长率随着热压模具转移时间变化的变化图。
图7示出本发明的实施例中在不同热压模具转移时间下的表面结构。
具体实施方式
在下文中，将详细描述本发明。在以下描述中，当相关的已知技术或构造的详细描述可不必要地模糊本发明的主题名称时，其将被省略。
另外，在以下描述中使用的术语是考虑到它们在本发明中的功能来定义的术语，并且可以根据用户或操作者的意图或者根据惯例来改变。因此，这些术语的定义必须基于整个说明书的内容来制定。
本发明的一个方面涉及用于制造模制品的方法。图1示出根据本发明的一个实施方案的用于制造模制品的方法。参考图1，用于制造模制品的方法包括以下步骤：(S10)制造钢板；(S20)制造接合钢板；(S30)加热接合钢板；(S40)制造中间模制品；以及(S50)冷却中间模制品。更具体而言，用于制造模制品的方法包括以下步骤：(S10)制造第一钢板和第二钢板；(S20)将第一钢板与第二钢板彼此接合，从而制造接合钢板；(S30)在910℃和950℃之间的温度下加热接合钢板；(S40)使经加热的接合钢板经受热压成型，从而制造中间模制品；以及(S50)冷却中间模制品。
在下文中，将详细说明根据本发明用于制造模制品的方法的每一步骤。
(S10)制造钢板的步骤
该步骤是制造第一钢板和第二钢板的步骤。
在本发明中使用的第一钢板具有的拉伸强度(TS)高于第二钢板的拉伸强度(TS)。在一个实施方案中，第一钢板可以使用硼钢制得。在此，硼钢是含有用以提高淬透性的硼(B)的钢。硼钢具有优良的韧性和抗冲击性。特别地，其可以具有高强度、高硬度和优良的耐磨性。
在一个实施方案中，第一钢板可以含有0.2至0.3重量％的碳(C)，0.2至0.5重量％的硅(Si)，1.0至2.0重量％的锰(Mn)，大于0重量％但不大于0.02重量％的磷，大于0重量％但不大于0.001重量％的硫(S)，大于0重量％但不大于0.05重量％的铜(Cu)，大于0重量％但不大于0.05重量％的铝(Al)，0.01至0.10重量％的钛(Ti)，0.1至0.5重量％的铬(Cr)，0.1至0.5重量％的钼(Mo)，0.001至0.005重量％的硼(B)，以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质。当第一钢板含有在上述范围内的合金元素时，其可具有优良的韧性和抗冲击性，并且特别具有高强度、高硬度和优良的耐磨性。
在一个实施方案中，第一钢板可以具有1300至1600MPa的拉伸强度、900至1200MPa的屈服强度以及4至8％的伸长率。同时，第二钢板可以具有600至950MPa的拉伸强度、300至700MPa的屈服强度以及8至18％的伸长率。在这样的范围内，本发明的模制品能够适于用作汽车的碰撞能量吸收器等。
在一个实施方案中，第二钢板能够通过包括以下步骤的方法来制造：钢坯再加热步骤；热轧步骤；卷绕步骤；冷轧步骤；以及退火步骤。更具体而言，第二钢板能够通过包括以下步骤的方法来制造：在1200至1250℃的温度下，再加热含有0.04至0.06重量％的碳(C)、0.2至0.4重量％的硅(Si)、1.6至2.0重量％的锰(Mn)、大于0重量％但不大于0.018重量％的磷(P)、大于0重量％但不大于0.003重量％的硫(S)、0.1至0.3重量％的铬(Cr)、0.0009至0.0011重量％的硼(B)、0.01至0.03重量％的钛(Ti)、0.04至0.06重量％的铌(Nb)以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质的钢坯；对经再加热的钢坯进行热轧；卷绕热轧钢坯以制造热轧卷材；将热轧卷材展开，随后进行冷轧，从而制造冷轧钢板；以及对冷轧钢板进行退火。
在下文中，将详细描述用于制造第二钢板的方法的每一步骤。
钢坯再加热步骤
该步骤是再加热钢坯的步骤，所述钢坯含有0.04至0.06重量％的碳(C)、0.2至0.4重量％的硅(Si)、1.6至2.0重量％的锰(Mn)、大于0重量％但不大于0.018重量％的磷(P)、大于0重量％但不大于0.003重量％的硫(S)、0.1至0.3重量％的铬(Cr)、0.0009至0.0011重量％的硼(B)、0.01至0.03重量％的钛(Ti)、0.04至0.06重量％的铌(Nb)以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质。
在下文中，将详细描述在用于第二钢板的钢坯中含有的成分的作用和含量。
碳(C)
碳(C)是决定钢的强度和硬度的主要元素，并且是为了确保热压工艺之后的钢的拉伸强度而被添加的。
在一个实施方案中，以钢坯的总重量计，含有的碳量可以为0.04至0.06重量％。如果碳的添加量小于0.04重量％，则根据本发明的模制品的性能将变差，而如果碳的添加量大于0.06重量％，则第二钢板的韧性将降低。
硅(Si)
硅(Si)用作有效的脱氧剂，并且是作为用以提高基体中铁素体形成的主要元素而被添加的。
在一个实施方案中，以钢坯的总重量计，含有的硅量可以为0.2至0.4重量％。如果含有的硅量小于0.2重量％，则其添加效果将不显著，而如果含有的硅量大于0.4重量％，则其可降低钢的韧性和成形性，由此降低钢的锻造性能和加工性。
锰(Mn)
锰(Mn)是为了增加热处理过程中的淬透性和强度而被添加的。
在一个实施方案中，以钢坯的总重量计，含有的锰量为1.6至2.0重量％。如果含有的锰量小于1.6重量％，则可降低淬透性和强度，而如果含有的锰量大于2.0重量％，则由于锰偏析，可降低延展性和韧性。
磷(P)
磷(P)是容易偏析并降低钢的韧性的元素。在一个实施方案中，以钢坯的总重量计，含有的磷(P)量可以大于0重量％但不大于0.018重量％。当含有的磷量在该范围内时，能够防止钢的韧性降低。如果含有的磷量大于0.018重量％，则其可在加工过程中引起裂纹，并且可形成能够降低韧性的磷化铁。
硫(S)
硫(S)是降低加工性和物理性能的元素。在一个实施方案中，以钢坯的总重量计，含有的硫量可以大于0重量％但不大于0.003重量％。如果含有的硫量大于0.003重量％，则其可降低热加工性，并且可形成能够引起表面缺陷(例如裂纹)的大夹杂物。
铬(Cr)
铬(Cr)是为了改进第二钢板的淬透性和强度而被添加的。在一个实施方案中，以钢坯的总重量计，含有的铬量为0.1至0.3重量％。如果含有的铬量小于0.1重量％，则铬的添加效果将不显著，而如果含有的铬量大于0.3重量％，则可降低第二钢板的韧性。
硼(B)
硼是为了代替昂贵的硬化元素钼来补偿淬透性而被添加的，并具有通过增加奥氏体晶粒生长温度来细化晶粒的作用。
在一个实施方案中，以钢坯的总重量计，含有的硼量可以为0.0009至0.0011重量％。如果含有的硼量小于0.0009重量％，则硬化效果将不显著，而如果含有的硼量大于0.0011重量％，则可使得钢的伸长率降低的风险增加。
钛(Ti)
钛(Ti)在高温下形成诸如Ti(C，N)的析出相，并且有效地促进奥氏体晶粒细化。在一个实施方案中，以钢坯的总重量计，含有的钛量为0.01至0.03重量％。如果含有的钛量小于0.01重量％，则其添加效果将不显著，而如果含有的钛量大于0.03重量％，则由于产生过量的析出物，其可引起表面裂纹。
铌(Nb)
铌(Nb)是为了减小马氏体包尺寸以增加钢的强度和韧性而被添加的。
在一个实施方案中，以钢坯的总重量计，含有的铌量为0.04至0.06重量％。如果含有的铌量小于0.04重量％，则细化晶粒的效果将不显著，而如果含有的铌量大于0.06重量％，则其可形成粗析出物，并将在生产成本方面是不利的。
在一个实施方案中，可以将钢坯在1200℃和1250℃之间的板坯再加热温度(SRT)下加热。在上述板坯再加热温度下，有利地实现合金元素的均质化。如果将钢坯在低于1200℃的温度下再加热，则使合金元素均质化的效果将降低，而如果将钢坯在高于1250℃的温度下再加热，则工艺成本可增加。例如，可以将钢坯在1220℃和1250℃之间的板坯再加热温度下加热。
热轧步骤
该步骤是在860℃至900℃的精轧温度(FDT)下对经再加热的钢坯进行热轧的步骤。当在上述精轧温度下对经再加热的钢坯进行热轧时，第二钢板的刚性和成形性都能够是优良的。
卷绕步骤
该步骤是卷绕热轧钢坯以制造热轧卷材的步骤。在一个实施方案中，能够在620℃和660℃之间的卷绕温度(CT)下卷绕热轧钢坯。在一个实施方案中，可以将热轧钢坯冷却至上述卷绕温度，然后进行卷绕。当使用上述卷绕温度时，由于过热引起的低温相部分将增加，从而防止由于添加Nb而导致的钢的强度增加，并且同时，冷轧过程中的轧制负荷能够得以防止。在一个实施方案中，冷却可以通过剪切淬火来进行。
冷轧步骤
该步骤是将热轧卷材展开、然后进行冷轧以制造冷轧钢板的步骤。在一个实施方案中，可以将热轧卷材展开，然后进行酸洗，随后是进行冷轧。为了除去在热轧卷材的表面上形成的鳞皮，可以进行酸洗。
在一个实施方案中，冷轧可以以60至80％的压下率进行。当以该压下率进行冷轧时，热轧结构的变形将较小，并且钢板将具有优良的伸长率和成形性。
退火步骤
该步骤是对冷轧钢板进行退火的步骤。在一个实施方案中，退火可以包括加热步骤和冷却步骤。更具体而言，退火可以包括以下步骤：在810℃和850℃之间的温度下加热冷轧钢板；以及以10至50℃/秒的速率冷却经加热的冷轧钢板。
当在上述条件下进行退火时，高加工效率以及优良的强度和成形性全都能够得以实现。
(S20)制造接合钢板的步骤
该步骤是通过将第一钢板与第二钢板彼此接合来制造接合钢板的步骤。图2是将第一钢板与第二钢板彼此接合以制造接合钢板的工序，图3示出通过将第一钢板与第二钢板接合而获得的接合钢板。
参考图2和图3，在一个实施方案中，第一钢板10和第二钢板20可以对齐以彼此邻接，然后通过激光焊接而彼此接合，从而制造接合钢板。在一个实施方案中，第一钢板10和第二钢板20可以具有不同的厚度。例如，第二钢板20可以比第一钢板10厚。在上述条件下，能够确保稳定的碰撞能量吸收性能。
参考图2和图3，第一钢板10可以构成接合钢板的上部，而第二钢板20可以构成接合钢板的下部。
(S30)加热接合钢板的步骤
该步骤是在910℃和950℃之间的温度下加热接合钢板的步骤。在一个实施方案中，可以将接合钢板在910℃至950℃的温度下加热4至6分钟。
在上述范围内，能够确保接合钢板的成形性。如果加热温度低于910℃，则将难以确保接合钢板的成形性，而如果加热温度高于950℃，则生产率将降低，并且将产生在能量消耗方面的不利情况。
如果加热时间短于4分钟，则将难以确保接合钢板的成形性，而如果加热时间超过6分钟，则将产生在能量消耗方面的不利情况。
(S40)制造中间模制品的步骤
该步骤是使经加热的接合钢板经受热压成型以制造中间模制品的步骤。
在一个实施方案中，在热压成型中，可以在5至20秒内将经加热的接合钢板转移至热压模具，并且在其中经受热压成型。当将经加热的接合钢板在上述时间范围内转移时，能够使接合钢板的不同位置之间的性能变化最小化。例如，转移时间可以是9至11秒。
(S50)冷却步骤
该步骤是冷却中间模制品的步骤。在一个实施方案中，可以通过以50至150℃/秒的速率冷却中间模制品来进行冷却。
当以上述冷却速率冷却中间模制品时，中间模制品的微结构能够转变为完全的马氏体相，并由此能够使中间模制品具有优良的物理性能如韧性。
当使用根据本发明的用于制造模制品的方法时，能够使在模制品的不同部分之间的取决于热压工艺参数的物理性能(例如拉伸强度和伸长率)变化最小化，制得的模制品将具有优良的刚性和成形性，并且模制品的韧性也能够得以改进。由于使得随着工艺参数变化的性能变化最小化，所以模制品具有优良的生产率和经济效率，并由此适合用作碰撞能量吸收器的材料。
在下文中，将参考优选的实施例更详细地描述本发明的构造和操作。然而，这些实施例仅是本发明的优选实施例，并不旨在以任何方式限制本发明的范围。
实施例和比较例
制造第一钢板。第一钢板含有0.2至0.3重量％的碳(C)、0.2至0.5重量％的硅(Si)、1.0至2.0重量％的锰(Mn)、大于0重量％但不大于0.02重量％的磷、大于0重量％但不大于0.001重量％的硫(S)、大于0重量％但不大于0.05重量％的铜(Cu)、大于0重量％但不大于0.05重量％的铝(Al)、0.01至0.10重量％的钛(Ti)、0.1至0.5重量％的铬(Cr)、0.1至0.5重量％的钼(Mo)、0.001至0.005重量％的硼(B)、以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质，并且其具有的拉伸强度为1510MPa。
将含有表1所示的合金元素及其含量以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质的钢坯在1220℃的板坯再加热温度下再加热，在880℃的精轧温度下热轧，然后在650℃的卷绕温度下卷绕以制造热轧卷材。将热轧卷材展开，酸洗，然后冷轧以制造冷轧钢板。将冷轧钢板在810℃下加热，然后以33℃/秒的速率冷却，随后是退火，从而制造第二钢板。
如在图2和图3中所示，通过激光焊接将第一钢板10和第二钢板20彼此接合，从而制造接合钢板。将接合钢板在930℃下加热5分钟。将经加热的接合钢板在10秒内转移至热压模具，并在其中经受热压成型，从而制造中间模制品。以50至150℃/秒的速率冷却中间模制品，从而制得模制品。
表1
Figure GDA0001595267060000101
对于实施例和比较例的模制品，测量对应于第二钢板的部分的拉伸强度、屈服强度和伸长率，并将测量结果示于下表2中。
表2
Figure GDA0001595267060000102
图4A示出本发明的实施例中对应于第二钢板的部分的最终微结构随着热压模具转移时间变化的变化，图4B示出比较例中对应于第二钢板的部分的最终微结构随着热压模具转移时间变化的变化。
参考上面的表2以及图4A和图4B，能够看出，取决于接合钢板加热后的热压模具转移时间的变化以及取决于中间模制品和模具的冷却速率，与实施例相比，比较例的第二钢板中的马氏体和铁素体部分急剧变化，这表明在比较例中模制品的不同部分之间很可能发生了性能变化，并且比较例的模制品不适合用作汽车碰撞能量吸收器的部件。
相反，在实施例的第二钢板的情况中，能够看出，模制品的不同部分之间的性能变化能够得以防止，这是由于添加了硼(B)、铬(Cr)和铌(Nb)用以增加淬透性，从而防止取决于工艺参数(例如难以控制的热压模具转移时间)的模制品性能变化的发生，并且还由于降低了碳(C)含量以减少马氏体部分，从而在热压工艺参数(热压模具转移时间)的范围内稳定地确保贝氏体结构。此外，能够看出，与比较例的第二钢板相比，实施例的第二钢板显示出优良的韧性而不必含有昂贵的钼(Mo)，并由此具有优良的经济效率。
图5示出与实施例和比较例各自的模制品中的第二钢板对应的部分的拉伸强度随着热压模具转移时间变化的变化。参考图5，能够看出，与实施例相比，比较例显示出在转移时间的变化情况下拉伸强度极大地变化，而实施例显示出在转移时间的变化情况下拉伸强度很小地变化。
图6示出与实施例和比较例各自的模制品中的第二钢板对应的部分的伸长率随着热压模具转移时间变化的变化。参考图5，能够看出，在比较例中，随着转移时间变化的伸长率变化大于实施例，而在实施例中，随着转移时间变化的伸长率变化很小。
图7示出与实施例的第二钢板对应的部分在不同热压模具转移时间下的表面结构。参考图7，能够看出，在实施例中，随着转移时间变化的微结构变化很小。
本领域技术人员能够容易地对本发明进行简单的变型或改变，并且这样的变型或改变都被认为落入本发明的范围内。

Claims (6)

1.用于制造模制品的方法，其包括以下步骤：
制造第一钢板和第二钢板；
将第一钢板与第二钢板彼此接合，从而制造接合钢板；
在910℃和950℃之间的温度下加热接合钢板；
使经加热的接合钢板经受热压成型，从而制造中间模制品；以及
冷却中间模制品，
其中，第一钢板具有的拉伸强度(TS)高于第二钢板的拉伸强度(TS)，第二钢板通过包括以下步骤的方法制得：
在1200℃和1250℃之间的温度下再加热钢坯，所述钢坯含有0.04至0.06重量％的碳(C)、0.2至0.4重量％的硅(Si)、1.6至2.0重量％的锰(Mn)、大于0重量％但不大于0.018重量％的磷(P)、大于0重量％但不大于0.003重量％的硫(S)、0.1至0.3重量％的铬(Cr)、0.0009至0.0011重量％的硼(B)、0.01至0.03重量％的钛(Ti)、0.04至0.06重量％的铌(Nb)、以及余量的铁(Fe)和不可避免的杂质；
对经再加热的钢坯进行热轧；
卷绕热轧钢坯以制造热轧卷材；
将热轧卷材展开，随后进行冷轧，从而制造冷轧钢板；以及
对冷轧钢板进行退火。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，冷却包括以50至150℃/秒的冷却速率冷却中间模制品。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，热压成型包括在5至20秒内将经加热的接合钢板转移至热压模具。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，第一钢板具有1300至1600MPa的拉伸强度，第二钢板具有600MPa或更高的拉伸强度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，退火包括以下步骤：
在810℃和850℃之间的温度下加热冷轧钢板；以及
以10至50℃/秒的冷却速率冷却经加热的冷轧钢板。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，卷绕在620至660℃的卷绕温度下进行。
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