CN108283003A - 用于制造高强度钢件的方法 - Google Patents

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Abstract

用于制造可通过参考热处理获得的具有期望机械性能的高强度钢件的方法，所述参考热处理包括第一参考处理和至少包括过时效的最终参考处理，所述方法包括在至少包括过时效装置的设备上进行热处理的步骤，对于所述过时效装置可以设置至少一个操作点，所述最终处理包括过时效，对于所述过时效可以根据过时效装置的操作点计算两个最终处理参数OAP1和OAP2。确定最小OAP1min和最大OAP2max最终处理参数以获得期望的性能，确定过时效区段装置的至少一个操作点使得OAP1≥OAP1min且OAP2≤OAP2max。相应地对所述件进行热处理。所述参数与时间t处的温度T(t)应用于式(I)中。

Description

用于制造高强度钢件的方法
本发明涉及制造高强度钢件，特别是在连续退火线上的制造。
特别地，为了提高汽车的能量效率，需要减轻重量。这可以通过使用具有改善的屈服强度和拉伸强度的钢件或钢板来制造车身部件来实现。这样的钢还必须具有良好的延展性以易于成形。
为此，已提出使用由C-Mn-Si钢制成的件，对其进行热处理以具有至少包含马氏体和残留奥氏体的组织。热处理至少包括退火步骤、淬火步骤和碳配分步骤。退火在高于钢的Ac1转变点的温度下进行以获得至少部分奥氏体初始组织。淬火通过快速冷却至初始至少部分奥氏体组织的Ms转变温度至Mf转变温度之间的淬火温度来进行，以获得至少包含一些马氏体和一些残留奥氏体，剩余部分为铁素体和/或贝氏体的组织。优选地，考虑到退火温度，选择淬火温度以获得尽可能最高的残留奥氏体比例。当退火温度高于钢的Ac3转变点时，初始组织完全为奥氏体，并且由在Ms至Mf之间的温度下淬火直接得到的组织仅包含马氏体和残留奥氏体。
碳配分(在本发明的上下文中也将被称为“过时效”)通过从淬火温度加热至高于淬火温度但低于钢的Ac1转变温度的温度来进行。这使得可以在马氏体与奥氏体之间配分碳，即，使碳从马氏体扩散到奥氏体中而不形成碳化物。配分程度随着过时效步骤的持续时间的增加而增加。因此，选择足够长的过时效持续时间以提供尽可能完全的配分。然而，太长的持续时间可导致奥氏体分解和太高的马氏体配分，并且因此，导致机械性能降低。因此，限制过时效的持续时间以尽可能避免形成铁素体。
此外，可以对件进行热浸涂，所述热浸涂产生另外的热处理。因此，如果在初始热处理之后必须对件进行热浸涂，则当确定初始热处理的条件时，必须考虑热浸涂的影响。
所述件可以是在连续退火线上制造的钢板，其中所述板的平移速度取决于其厚度。当连续退火线的长度固定时，特定板的热处理持续时间取决于其平移速度，即，取决于其厚度。因此，对于每个板必须不仅根据其化学组成而且根据其厚度确定热处理条件，并且更具体地，过时效的温度和持续时间。
由于板的厚度可在一定范围内变化，因此必须进行非常大量的测试以确定在特定线上制造的多种板的热处理条件。
或者，件也可以是成型后在炉中进行热处理的热成型坯料。在这种情况下，所述件从淬火温度到过时效温度的加热取决于所述件的厚度和尺寸。因此，还需要大量的测试来确定由相同钢制成的多种不同的件的处理条件。
本发明的一个目的是提供减少必须进行的测试次数以用特定设备(例如特定的退火线或特定的炉)生产由相同钢制造但具有多种不同的厚度和尺寸的钢件的手段。
因此，本发明涉及用于通过在至少包括过时效区段或炉(对于其，可设置至少一个操作点)的设备上热处理钢件来制造高强度钢件的方法，以获得板的期望的机械性能，所述热处理至少包括最终处理，所述最终处理至少包括过时效步骤，对于所述过时效步骤可以至少根据至少操作点，即，根据至少一个操作点计算两个最终处理参数OAP1和OAP2，其中对于过时效区段可以设置至少一个操作点，其特征在于，其包括以下步骤：
-分别确定最小第一最终处理参数OAP1min和最大第二最终处理参数OAP2max以获得期望的机械性能，
-至少确定过时效区段的操作点，使得由操作点得到的所述第一最终处理参数OAP1和所述第二最终处理参数OAP2满足：
OAP1≥OAP1min
且
OAP2≤OAP2max
-以及在根据所确定的操作点运行的设备上对所述件进行热处理。
所述方法是用于制造具有期望的机械性能的高强度钢件的方法，所述件由钢制成，对于所述钢可知可以通过参考热处理获得所述期望的机械性能，所述参考热处理包括赋予钢件限定组织的第一参考处理和至少包括过时效的最终参考处理。所述用于制造高强度钢件的方法包括在至少包括过时效装置的设备上热处理该件以获得该件的期望的机械性能的步骤。热处理步骤至少包括对钢件进行的最终处理，所述钢件具有与由所述第一参考处理得到的限定组织相同的组织。最终处理至少包括在所述过时效装置上进行的过时效步骤，对于所述过时效装置可以设置至少一个操作点，对于所述操作点可以根据所述过时效装置的至少一个操作点计算两个最终处理参数OAP1和OAP2。所述方法包括以下步骤：
-分别确定最小第一最终处理参数OAP1min和最大第二最终处理参数OAP2max以获得期望的机械性能，
-至少确定所述过时效区段装置的至少一个操作点，使得由操作点得到的第一最终处理参数OAP1和第二最终处理参数OAP2满足：
OAP1≥OAP1min
且
OAP2≤OAP2max
-以及在根据所确定的操作点运行的设备上对所述件进行热处理
-其中，如果T(t)是钢件在时间t处以℃表示的温度，t0是最终处理开始时的时间且tf是最终处理结束时的时间：
-则对应的第一过时效参数OAP1为：
-其中
-Q＝碳扩散的活化能
-R＝理想气体常数，
-且第二过时效参数OAP2为：
-T0是在时间t0处的温度。
根据本发明的另一些有利方面，单独考虑或根据任何技术上可能的组合，所述方法可以包括以下特征中的一个或更多个：
-期望的机械性能是至少一牵拉性能(例如屈服强度和/或拉伸强度)以及至少一延展性能(例如总延伸率和/或均匀延伸率和/或扩孔率和/或弯曲性能)的最小值，
-第一参考处理包括在高于钢的Ac1转变点的温度下退火，以在淬火之前获得包含至少50％的奥氏体的组织，并且淬火至低于所述钢的Ms转变点的温度QT，以在刚刚淬火后获得包含至少马氏体和奥氏体的组织，并且过时效在不低于所述淬火温度QT但低于所述钢的Ac1转变点的温度下进行，
-在高于Ac3的温度下进行退火，以在淬火之前获得完全奥氏体的组织，
-所述淬火温度QT使得由最终处理得到的组织包含至少10％的奥氏体，
-过时效基于将所述件从所述淬火温度QT加热至低于由淬火得到的组织的Ac1转变温度的过时效温度TOA，在此温度下的保持步骤，所述过时效具有持续时间tOA；
-热处理包括在最终处理之前在高于钢的Ac1转变温度的退火温度AT下进行退火，从而赋予钢部分或完全奥氏体初始组织，降至低于所述初始组织的Ms转变温度的淬火温度QT的淬火步骤，以获得至少包含马氏体和残留奥氏体的淬火组织；
-最终处理还包括过时效步骤、热浸涂步骤，例如镀锌步骤或镀锌扩散退火步骤，
-钢件是在连续线上制造的钢板，并且过时效装置是连续退火线的过时效区段，在进入过时效区段之前，所述板经历根据所述第一参考处理的退火和淬火，
-所述板以速度V移动，并且所确定的操作点包括以下操作点中的至少之一：板的速度、热功率和过时效温度；
-所述钢件是热成型件，并且所述过时效装置是所述件保持于其中的炉，并且在即将进入炉中之前，热成型件的组织与在所述第一参考处理之后的件的组织相同，
-所确定的操作点包括以下操作点中的至少一个：所述件在炉中的保持持续时间、热功率和过时效温度；
-为了确定最小第一最终处理参数和最大第二最终处理参数，进行了多个实验，其中过时效在于优选以大于10℃/秒的加热速度从温度QT非常快速地加热至保持温度Th，在保持温度Th下保持多个持续时间tm的保持步骤，以及优选以高于10℃/秒但不过高以免在组织中形成新鲜马氏体的冷却速度非常快速地冷却至室温，
-为了确定最小第一最终处理参数和最大第二最终处理参数，在连续退火线上进行实验，例如用厚度为e的板，
-以重量％计，所述钢的化学组成包含：
0.1％≤C≤0.5％
0.5％≤Si≤2％
1％≤Mn≤7％
Al≤2％
P≤0.02％
S≤0.01％
N≤0.02％
任选的选自Ni、Cr、Mo、Cu、Nb、V、Ti、Zr和B中的一种或更多种元素，其含量使得：
Ni≤0.5％,
0.1％≤Cr≤0.5％,
0.1％≤Mo≤0.03％
Cu≤0.5％
0.02％≤Nb≤0.05％
-Q＝148000J/mol，R＝8.314J/(mol.K)，时间以秒表示，a＝b＝0.016。这些值使得可以计算最终组织的屈服强度的降低，以MPa表示。
现在将参照以下附图更详细而非限制性地描述本发明，其中：
-图1是在实验室设备上进行的热处理计划表的示意性时间/温度曲线。
-图2是在无热浸涂的连续退火线上进行的具有不同厚度的两个板的热处理的示意性时间/温度曲线。
-图3是在包括镀锌步骤的连续线上进行的板的热处理的时间/温度曲线。
-图4是在包括另外的镀锌扩散退火步骤的连续线上制造的板的热处理时间/温度曲线。
在本领域中，公知当本领域技术人员期望制造由钢制成的具有期望性能的件时，其知晓如何选择合适的钢和能够赋予所述钢所希望的性能的热处理。但是其必须使热处理适应于每个特定件和将用于制造所述件的设备。
如果所述件是待在连续线上制造的板，则该设备例如是本身已知的至少包括过时效区段的连续退火线。如果需要对板进行热浸涂，则该设备还包括至少一个可与连续退火线分离或包括在连续退火线中的热浸涂装置。
如果通过热成型和热处理制造所述件，则设备至少包括过时效炉。
在所有情况下，过时效装置是如本领域中公知的设定点固定的炉。这些设定点例如是一个或更多个温度、加热功率、件在炉中停留的持续时间、板对于连续线的平移速度等。对于每个设备，本领域技术人员知晓必须固定哪些设定点，以及如何确定必须固定到这些设定点的值，以实现由件所经受的热循环限定的特定热处理。
如前所述，本发明的目的是向制造具有期望性能的特定件并且知晓何种钢使用何种类型的热处理(特别是淬火和配分处理)的本领域技术人员提出一种方法，通过所述方法本领域技术人员可以容易地确定如何使用特定设备来实现该件的合适的热处理。
在连续退火线上通过退火、部分淬火和过时效制造的高强度可成形钢件通常由钢制成，以重量％计，所述钢包含：
-0.1％≤C≤0.5％。不小于0.1％的碳含量对于确保令人满意的强度和使残留奥氏体(其是获得良好的可成形性所必需的)稳定是必需的。如果碳含量超过0.5％，则可焊接性不足。
-0.5％≤Si≤2％以使所述奥氏体稳定，以提供固溶强化和延迟过时效期间碳化物的形成。当Si含量超过2％时，可在板的表面上出现硅氧化物，这对于涂布性能是有害的。
-1％≤Mn≤7％以具有足够的淬透性，从而获得具有足够马氏体比例的组织，并且使奥氏体稳定，从而促进其在室温下的稳定性。对于一些应用，Mn含量优选小于4％。
-Al≤2％-在低含量(小于0.5％)下，铝用于使钢脱氧。在较高的含量下，Al延迟碳化物的形成，这对于碳配分到奥氏体中和用于在组织中获得高比例的残留奥氏体是有用的。优选地，Al含量不应小于0.001％以避免昂贵的材料选择。
-P≤0.02％-磷可以减少碳化物形成，从而促进碳到奥氏体中的再分配。然而，太高的磷含量在热轧温度下使板脆化并降低马氏体韧性。优选地，P含量不应低于0.001％，以避免昂贵的脱磷处理。
-S≤0.01％。硫含量必须受到限制，因为其可能使中间体或最终产品脆化。优选地，S含量不应低于0.0001％以避免昂贵的脱硫处理。
-N≤0.02％。该元素由冶炼(elaboration)得到。氮可与铝结合形成氮化物，所述氮化物限制退火期间奥氏体晶粒尺寸的粗化。制造N含量低于0.001％的钢更困难并且不提供额外的益处。
-任选地，钢可以包含：Ni≤0.5％，0.1％≤Cr≤0.5％；0.1％≤Mo≤0.3％且Cu≤0.5％。Ni、Cr和Mo能够提高淬透性，这使得可以在生产线中获得期望的组织。然而，这些元素昂贵，因此其含量受到限制。Cu(常常作为残余元素存在)能够使钢硬化并且当以过高的含量存在时可以降低热轧温度下的延展性。
-任选地，0.02％≤Nb≤0.05％，0.02％≤V≤0.05％，0.001％≤Ti≤0.15％，0.002％≤Zr≤0.3％。Nb可用于在热轧期间使奥氏体晶粒细化。V可与C和N结合以形成细的强化析出物。Ti和Zr可用于在显微组织的铁素体组分中形成细的析出物，从而提高强度。此外，如果钢包含B，则Ti或Zr可保护硼以免与N结合。为了不使延展性劣化，Nb+V+Ti+Zr/2之和应保持小于0.2％。
-任选地，0.0005％≤B≤0.005％。硼可用于提高淬透性和防止在从完全奥氏体均热温度冷却时形成铁素体。其含量限于0.005％，因为高于该水平，进一步添加是无效的。
组合物的剩余部分是Fe和由冶炼产生的不可避免的杂质。该组合物作为最常用的钢的实例给出，但不是限制性的。
用这样的钢，为了获得期望的性能，例如屈服强度、拉伸强度、均匀延伸率、总延伸率、扩孔率、弯曲性能等，制造诸如轧制板或热冲压件的件并进行热处理。这些性能取决于化学组成并取决于由热处理得到的显微组织。
对于在本发明中考虑的板，期望的组织(即，在完全热处理之后的最终组织)必须至少包含马氏体和残留奥氏体，剩余部分为铁素体和任选的一些贝氏体。通常，马氏体含量大于10％且优选大于30％，并且残留奥氏体大于5％且优选大于10％。
如前所述，该组织由热处理得到，所述热处理包括退火步骤以获得初始全部或部分奥氏体组织，部分淬火(即，在Ms至Mf的温度下淬火)，之后随后紧接着是过时效，并且任选地接着是浸涂步骤，即热浸涂步骤。铁素体的比例由退火温度得到。马氏体和残留奥氏体的比例由淬火温度(即，停止淬火的温度)得到。本领域技术人员知晓如何通过实验室试验或通过计算确定由热处理得到的组织和机械性能，其时间/温度曲线示于图1。该热处理由以下组成：
-加热步骤(1)，直至高于钢的Ac1转变点(即，在加热时奥氏体开始出现的温度)的退火温度AT，优选地，选择退火温度以使得在退火温度下的组织包含至少50％的奥氏体，并且常常高于Ac 3转变点以获得完全奥氏体组织，并且优选地，该退火温度小于1050℃，以免使奥氏体的晶粒尺寸太过粗化，
-在该温度下的保持步骤(2)，
-淬火步骤(3)，降至由退火产生的奥氏体的Ms(马氏体起始)转变温度至Mf(马氏体结束)转变温度的淬火温度QT，以在刚刚淬火之后获得包含马氏体和残留奥氏体的组织；为此，淬火必须在足以获得马氏体转变的冷却速度下进行，本领域技术人员知晓如何确定这样的冷却速度，
-最终热处理，其在这种情况下由如下组成：直至过时效温度PTo的快速加热(4)，在时间Pto期间在此温度下的保持步骤(5)，以及降至室温的冷却步骤(6)。在这种情况下，快速加热例如可以从10℃/秒到500℃/秒变化。
优选地，选择淬火温度以使得刚刚淬火后的组织包含至少10％的马氏体和至少5％的奥氏体。当退火温度高于钢的Ac3转变点时，即，退火温度下的组织完全为奥氏体时，淬火温度被优选地选择为使得刚刚淬火后的组织包含至少10％的奥氏体和至少50％的马氏体。
本领域技术人员知晓如何针对每种钢确定退火条件(退火温度和保持持续时间)以及淬火条件(淬火温度和冷却速度)，利用所述退火条件和淬火条件可以获得期望的组织。他们还知晓如何确定参考最终热处理和通过这样的处理获得的机械性能。因此，对于每种特定的钢，本领域技术人员能够确定通过这种样的热处理可获得哪种水平的机械性能。机械性能是例如牵拉性能，例如屈服强度和拉伸强度，或者延展性能，例如总延伸率、均匀延伸率、扩孔率、弯曲性能。但是，由于在特定生产设备上生产的特定产品(例如板或件)的实际热处理条件并不总是与参考热处理相同，因此每个特定生产设备上的每个特定产品的制造条件需要相应地改变。
为了确定制造条件，即，在轧制之后的特定连续退火线上或在热成型(例如热冲压)之后的特定炉中能够实现期望的机械性能的热处理条件，例如使用用于再现如上所述热处理的实验室设备(热模拟器)进行实验，以确定能够获得期望性能的参考热处理。该参照热处理由退火温度AT、淬火温度QT、过时效温度PT0和在此过时效温度下的保持持续时间Pto定义。
能够实现这样的热处理的实验室装置(被称为热模拟器)是本领域技术人员公知的。
如前所述，在温度PT0下的最终热处理的效果是将碳配分到奥氏体中。这种配分导致碳从马氏体扩散到奥氏体相中的转移。这种转移取决于温度以及取决于保持持续时间。对于对应于在时间t期间在温度T下的保持的热处理，即，理想的“矩形”热循环，可以通过第一最终处理参数OAP1来评估效率，所述第一最终处理参数OAP1等于碳在保持温度下的扩散系数D(T)与保持持续时间t的乘积：
OAP1＝D(T)×t (1)。
参数值越高，配分越高级，并且通常，延展性能(例如总延伸率或均匀延伸率或扩孔率)得到改善或没有劣化。
此外，在最终处理期间，马氏体的屈服强度由最终处理之前的值YS0降低到最终处理之后的值YSova(其取决于最终处理的热循环)。本发明人已确定，新鲜马氏体(即，未经历进一步热处理的马氏体)的屈服强度YS0可以通过下式由钢的化学组成来评估：
YS0＝1740*C*(1+Mn/3.5)+622 (2)
其中YS0以MPa表示，且C和Mn是以重量％表示的钢的碳含量和锰含量。
本发明人还新注意到，对于基于在持续时间t期间在温度T下的保持步骤的热循环，屈服强度，即，最终处理后的马氏体的屈服强度，可以通过下式计算：
其中T：保持温度，以℃表示，
t：在温度T下的保持持续时间，以秒表示。
利用该式，可以确定第二最终处理参数OAP2，对于矩形热循环，其为：
由于由多种成分(例如马氏体和奥氏体)组成的组织的屈服强度由这些成分的屈服强度产生，故参数OAP2越高，最终组织的屈服强度降低越高。
由于基本上是受配分影响的马氏体的屈服强度，故碳配分对包含除马氏体之外的显著的其他成分(例如奥氏体和铁素体)的组织的屈服强度的影响取决于组织中的马氏体的比例。在这种情况下，如果M％是组织中的马氏体的比例(以％表示)，并且如果可以认为仅必须考虑马氏体的比例影响，则组织的屈服强度的降低为OAP2×(M％/100)。
通常期望，由热处理产生的配分至少足以获得良好的延展性并且优选地尽可能最高级，并且屈服强度保持足够高。
因此，可以确定最小第一最终处理参数OAP1min和最大第二最终处理参数OAP2max，而不是确定参考处理，使得对应于这些参数的热处理给予板期望的性能。并且认为，用于制造板的实际热处理可以对应于高于最小第一最终处理参数OAP1min的第一过时效参数OAP1和对应于低于最大第二最终处理参数OAP2max的第二过时效参数OAP2。
可以注意到，两个参数OAP1和OAP2仅取决于热处理的时间/温度表，并且不代表钢的性能。
为了确定第一和第二最终处理参数，可以如下进行。使用本领域公知的热模拟器进行包括退火、淬火至淬火温度和过时效的热处理。退火和淬火对应于参考处理并且使得获得所希望的组织。过时效是矩形(或大致矩形)热循环，其包括以至少10℃/秒的加热速度从淬火温度快速加热至保持温度Toa，在此温度下保持持续时间thol以及以至少10℃/秒但不太高(以免形成新鲜马氏体)的冷却速度冷却至室温。本领域技术人员知晓如何确定这样的冷却速度。例如，用不同的保持持续时间thol1、thol2、tho13进行多个处理，并且测量机械性能。利用这些结果，确定获得所希望的延展性能所需的最小保持持续时间tholmin，并确定屈服强度保持高于最小希望值YSmini的最大保持持续时间tholmax。本领域技术人员知晓如何确定这些最大和最小保持持续时间。然后，如下确定最小第一最终热处理参数和最大第二最终热处理参数：
-OAP1min＝D(Toa)x tholmin
-OAP2 max＝YS0-YSmini＝0.016＊Toa＊(1+tholmax1/2)
或者，如果必须考虑马氏体含量M％：
-OAP2 max＝YSO-YSmini＝0.016＊Toa＊(1+tholmax1/2)/(M％/100)。
因此，在确定了退火温度、淬火温度、最小第一最终处理参数OAP1min和最大第二最终处理参数OAP2max之后，可以确定给定钢件的实际热处理(其在工业条件下在特定设备(例如特定的连续退火线或特定的炉)上进行)的最终处理条件，退火温度和淬火温度等于先前确定的温度。
对于工业条件下的最终处理，应当注意，热循环不是矩形的，而是包括逐渐升温至最大值，然后在该值下保持，该步骤通常接着是冷却至室温。热循环的形状取决于用于实施最终处理的设备的操作点以及被处理的产品的几何特征的操作点。对于板，几何特征是厚度和宽度。本领域技术人员知晓根据产品特征必须考虑哪些参数。
例如，如本领域技术人员已知的，如果在连续退火线上制造板而没有热浸涂，则最终处理是过时效，其总持续时间取决于板的平移速度，所述平移速度取决于板的厚度。板越厚，速度越低，即，过时效步骤的保持持续时间越长。这样的热循环如图2所示。在该图上，第一曲线(10)显示厚度为e0的第一板的热循环。在温度QT下淬火之后的温度升高开始于时间t0，并且保持步骤结束于时间t1(e0)。过时效步骤的持续时间(t1(e0)-t0)等于连续退火线的过时效区段的长度L除以板的平移速度v(e0)：(t1(e0)–t0)＝L/v(e0)。
在同一图上，第二曲线(11)显示具有高于e0的厚度e的第二板的热循环。为了比较，对于第一曲线和第二曲线，配分开始于温度QT的时间是一致的。因此，热循环开始于时间t0并且结束于时间t1(e0)之后出现的时间t1(e)，因为当板的厚度e高于e0时，平移速度v(e)低于所述第一板的平移速度v(e0)。
曲线的对应于加热阶段的部分取决于连续退火线的过时区的加热功率，取决于板的厚度和宽度并且取决于其平移速度。板所达到且在过时效结束时保持板的最大温度由过时效区段的炉温的设定点限定。
本领域技术人员知晓如何计算对应于具有给定厚度和宽度的板对于给定的平移速度、加热功率和过时效区段的设定点温度的从时间t0开始的(温度/时间)曲线。
这对于从板上切下的坯料也是如此。本领域技术人员知晓如何计算具有给定厚度和尺寸的坯料对于在炉中的给定保持持续时间和操作点(例如加热功率和设定点温度)的理论(温度/时间)曲线。
为了确定为实际最终处理特征的第一和第二最终处理参数OAP1和OAP2，可以注意到，对应于两个矩形热循环的第一最终处理参数OAP1是相加的，即，对应于应用两个矩形循环的最终处理的第一最终处理参数等于两个对应的第一最终处理参数之和。因此，可以通过在整个热循环内对参数积分来计算第一最终处理参数OAP1。因此，如果t代表时间，t0是最终处理循环的开始时间，t1是其结束时间，并且T(t)是板在时间t处的温度，则所述循环的第一最终处理参数OAP1为：
其中：
-R＝8.314J/(mol.k)
-Q＝碳扩散的活化能。对于具有根据本发明的优选组成的钢，Q＝148000J/摩尔。
-T＝温度，以℃表示。
在该式中，可以根据具体条件选择t0和t1，即，t0可以是例如加热开始或保持开始，并且t1可以例如是保持结束或者冷却至室温结束。本领域技术人员知晓如何根据情况选择t0和t1。
更简单地，该式可以写成：
其中，tf是所考虑的处理循环的结束时间。
由于可以由板的速度、加热功率和过时效温度的设定点计算热循环T(t)，因此可以确定加热功率和最终处理温度的设定点使得：
OAP1>OAP1min。
以相同的方式，必须计算任何热循环的OAP2参数。为此，必须考虑对于矩形循环，T0是初始温度，即，在循环开始时快速加热件的温度，OAP2可如下计算：
(OAP2-a＊T0)2＝(YS0-YSova-a＊T0)2＝b2＊T2＊t (6)
其中如果YS以MPa表示，T以℃表示且t以秒表示，则a＝b＝0.016。
对于矩形循环，T＝T0，该式完全等同于式(3)。但是，与不可积分的式(3)相反，可以使用其来计算任何循环的OAP2。
在两个温度T1和T2下的两个连续保持持续时间段t1和t2的影响是累积的，并且对应于两次保持之和的量(OAP2-a*T0)2等于各保持期间的量(OAP2-a*T0)2之和：
[OAP2(在T1下的t1)+(在T2下的t2)-a*T0]2＝[OAP2(在T1下的t1)-a*T0]2+[OAP2(在T2下的t2)-a*T0]2
因此，由于热循环是已知的，故可以计算对应于任何特定热循环的最终处理的第二最终处理参数。
如果T(t)是在时间t处的温度T，并且如果t0和tf分别是循环初始时间和最终时间，则可以计算：
并且参数OAP2为：
在该式中，T0是在t＝t0处的温度。
这些参数仅取决于热处理的实际温度/时间计划表。对于在特定设备上进行热处理的特定板或件，该温度/时间计划表直接取决于该设备的操作点和取决于所述板或件的几何形状。本领域技术人员知晓如何计算操作点(例如加热功率和设定点温度)使得：
OAP1≥OAP1min且OAP2≤OAP2max。
可以注意到，当使用其中板为平移的连续线进行处理时，本领域技术人员知晓必须考虑板的平移速度和板的厚度以及最后板的宽度。
对于在连续退火线上制造的板，当确定热处理参数，即，板的平移速度、退火温度、淬火温度、加热功率和设定点过时效温度时，相应地制造了板。
当在过时效后对板进行热浸涂时，最终处理包括涂覆，并且必须考虑对应于涂覆的热循环。
例如，当在过时效之后对板进行镀锌时，在通常为5秒至15秒的时间tg期间，将板保持在镀锌温度TG下，通常，该温度为约470℃(参见图3)。
在这种情况下，可以计算对应于时间t0之后的整个热循环(即，包括涂覆和任选地冷却至环境温度)的第一和第二最终处理参数OAP1和OAP2，并且必须考虑这些参数。加热功率和设定点过时效温度必须使得：
OAP1(过时效步骤和涂覆步骤)≥OAP1min
OAP2(过时效步骤和涂覆步骤)≤OAP2max
任选地，钢板可以经镀锌扩散退火，即，在镀锌之后进行热循环，这导致铁扩散到锌镀层中。对应的循环(参见图4)包括在温度Tg下持续时间tg的保持步骤和在温度Tga下持续时间tga的后续保持步骤，根据上述表达式(5)和(8)，必须考虑在温度Tg和Tga下的这些保持步骤以用于计算OAP1和OAP2。
在本发明的前述实施方案中，基于实验室测试来确定热处理的特征。然而，根据本发明的另一个实施方案，还可以由用厚度为e0的板在实际连续退火线上的测试来确定参考热处理。通过这些任选地由实验室测试完成的测试，可以确定退火温度、淬火温度和最小第一过时效参数和最大第二过时效参数。因此，可以确定用于任意厚度的板的连续退火线的设置。
刚刚描述的方法涉及在连续退火线上进行的热处理。但是本领域技术人员能够对该方法进行调整以适合于制造这样的板或件的任何其他方法。
作为一个实例，已经通过实验室实验确定，用包括在850℃(>Ac3)下退火，250℃的淬火温度和快速加热至460℃的温度下的过时效步骤持续至少10秒的持续时间的热处理，包含0.21％C、2.2％Mn、1.5％Si的钢板可以获得大于1100MPa的屈服强度，大于1300MPa的拉伸强度，至少12％的总延伸率。钢的组织由马氏体和约10％的残留奥氏体组成。对于三个不同的配分时间确定实验实施例：10秒、100秒和300秒。由处理得到的条件、组织和机械性能列于表I中。
在实验室实验的基础上，可以使用以下公式针对每个配分时间确定最终处理参数OAP1和OAP2：
OAP1exp.＝[exp(-148000/(8.314＊(460+273)))]＊t
OAP2exp.＝(0.016＊460)+(0.016＊460＊t0,5)
所获得的OAP1exp.和OAP2exp.的值也列于表1中。
结果表明，用对应于测试1的热处理，获得了所希望的性能。由于该测试具有最低的参数OAP1，这意味着参数的相应值可以选择为OAP1mini。
在实验室实验的基础上确定的OAP1min的值为：
OAP1min.＝[exp(-148000/(8.314＊(460+273)))]＊10＝2.84＊10-10，
根据式(2)，新鲜马氏体的屈服强度YS0为：
YS0＝1740＊0.21＊(1+2.2/3.5)+622＝1217MPa。
在这种情况下，由于该组织包含约90％的马氏体，因此可以考虑，最大第二最终处理参数OAP2max为：
OAP2max＝1217-1100＝117。
该值高于实施例1和2的参数OAP2exp.但低于实施例3的参数OAP2exp.。用实验处理1和2获得的屈服强度高于1100MPa，实施例1和2遵守条件OAP2＜117，然而，相反，实施例3表现出高于117的OAP2值，因此屈服强度未达到1100MPa的值。
最后，实施满足以下条件的过时效循环：OAP1≥2.84×10-10且OAP2＜117，使得可以达到所研究的组合物的期望的机械性能。
表1
例如，考虑待在连续线上制造的两个板，一个厚度为0.8mm，另一个厚度为1.2mm，所述连续线具有包括用于第一加热的第一部分和用于第二加热的第二部分的过时效区段。对于过时效区段的每个部分，必须确定对应于在所述区段中加热板的温度的设定点。此外，板的运行速度被限定使得当厚度为0.8mm时，将板保持在所述第一部分中的时间为50秒，而在第二部分中的时间为100秒，当厚度为1.2mm，在第一部分中的时间为70秒，而在第二部分中的时间为140秒。
用这些条件可以容易地计算出，对于厚度为1.2mm的板，设定点可以为对于第一部分290℃和对于第二部分390℃，而对于厚度为0.8mm的板，设定点可以为对于第一部分350℃和对于第二部分450℃。用这样的设定点，参数使得OAP1>OAP1min.＝2.84*10-10且OAP2<OAP2max＝117。更具体地，对于厚度为1.2mm的板，OAP1＝3.07*10-10且OAP2＝117，而对于厚度为0.8mm的板，OAP1＝2.04*10-9且OAP2＝117。
当这些设定点已确定时，可以在相应地运行的线上制造板。
根据另一个实例，考虑待在连续线上制造的两个板，一个厚度为0.8mm，另一个厚度为1.2mm，所述连续线具有包括用于加热的部分的过时效区段和包括在镀锌温度TG＝470℃下的镀锌区段的镀锌扩散退火区段，以及在温度Tga＝520℃下的合金化区段。对于参考处理，过时效温度为460℃且在过时效温度下的时间为220秒。对于过时效区段、镀锌区段和合金化区段，必须确定对应于在所述区段中加热板的温度的设定点。此外，板的运行速度被限定使得当厚度为0.8mm时，将板的一部分保持在过时效区段中的时间为270秒，将板的一部分保持在镀锌区段中的时间为8秒，且将板的一部分保持在合金化区段中的时间为25秒。当厚度为1.2mm时，过时效区段中的时间为180秒，镀锌区段中的时间为5秒且合金化区段中的时间为15秒。
用这些条件可以容易地计算出，对于厚度为1.2mm的板，设定点可以为对于过时效区段480℃，使得OAP1＝1.26.10-8且OAP2＝117，而对于厚度为0.8mm的板，设定点可以为对于过时效区段410℃，使得OPA1＝6.06.10-9且OAP2＝117。

Claims (12)

1.一种用于制造具有期望的机械性能的高强度钢件的方法，所述件由钢制成，对于所述钢可知可以通过参考热处理而获得所述期望的机械性能，所述参考热处理包括赋予所述钢件限定的组织的第一参考处理和至少包括过时效的最终参考处理，用于制造高强度钢件的所述方法包括在至少包括过时效装置的设备上对所述件进行热处理以获得所述件的期望的机械性能的步骤，所述热处理步骤至少包括对具有与由所述第一参考处理得到的限定组织相同的组织的钢件进行的最终处理，所述最终处理至少包括在所述过时效装置上进行的过时效步骤，对于所述过时效装置可以设置至少一个操作点，对于所述操作点根据所述过时效装置的所述至少一个操作点可以计算两个最终处理参数OAP1和OAP2，其特征在于包括以下步骤：
-分别确定最小第一最终处理参数OAP1min和最大第二最终处理参数OAP2max，以便获得所述期望的机械性能，
-至少确定过时效区段装置的所述至少一个操作点，使得由操作点得到的所述第一最终处理参数OAP1和所述第二最终处理参数OAP2满足：
OAP1≥OAP1min
且
OAP2≤OAP2max
-以及在根据所确定的操作点运行的设备上对所述件进行热处理，
-其中，如果T(t)是所述钢件在时间t处以℃表示的温度，t0是所述最终处理开始时的时间，tf是所述最终处理结束时的时间：
则相应的第一过时效参数OAP1为：
其中Q＝碳扩散的活化能，R＝理想气体常数，
并且所述第二过时效参数OAP2为：
T0是在时间t0处的温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述期望的机械性能是对于至少牵拉性能如屈服强度和/或拉伸强度的最小值，以及对于至少延展性能如总延伸率和/或均匀延伸率和/或扩孔率和/或弯曲性能的最小值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一参考处理包括在高于所述钢的Ac1转变点的温度下退火以在淬火之前获得包含至少50％的奥氏体的组织，以及淬火至低于所述钢的Ms转变点的温度QT以在刚刚淬火后获得至少包含马氏体和奥氏体的组织；以及所述过时效是在不低于所述淬火温度QT并低于所述钢的Ac1转变点的温度下进行的。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述退火在高于Ac3的温度下进行以在淬火之前获得完全奥氏体的组织。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述淬火温度QT为使得由所述最终处理得到的组织包含至少10％的奥氏体。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述最终处理包括继所述过时效步骤之后的热浸涂步骤，例如镀锌步骤或镀锌扩散退火步骤。
7.根据权利要求1至6所述的方法，其特征在于，所述钢件是在连续线上制造的钢板，所述过时效装置是连续退火线的过时效区段，在进入所述过时效区段之前，所述板经历根据所述第一参考处理的退火和淬火。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述钢件是热成型件，所述过时效装置是所述件保持于其中的炉，在即将进入所述炉中之前，所述热成型件的组织与所述第一参考处理后的所述件的组织相同。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，为了确定所述最小第一最终处理参数和所述最大第二最终处理参数，进行多个实验，其中过时效在于以大于10℃/秒的加热速度从所述温度QT加热到保持温度Th，在所述保持温度Th下保持多个持续时间tm的保持步骤，以及以高于10℃/秒但不过高以免在组织中形成新鲜马氏体的冷却速度冷却至室温。
10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，为了确定所述最小第一最终处理参数和所述最大第二最终处理参数，在连续退火线上进行实验。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，以重量％计，所述钢的化学组成包含：
0.1％≤C≤0.5％
0.5％≤Si≤2％
1％≤Mn≤7％
Al≤2％
P≤0.02％
S≤0.01％
N≤0.02％
任选的选自Ni、Cr、Mo、Cu、Nb、V、Ti、Zr和B中的一种或更多种元素，其含量使得：
Ni≤0.5％,
0.1％≤Cr≤0.5％,
0.1％≤Mo≤0.03％
Cu≤0.5％
0.02％≤Nb≤0.05％
0.02％≤V≤0.05％
0.001％≤Ti≤0.15％
0.2％≤Zr≤0.3％
0.0005％≤B≤0.005％
其中：Nb+V+Ti+Zr/2≤0.2％
剩余部分为Fe和不可避免的杂质。
12.根据权利要求11的方法，其特征在于，Q＝148000J/mol，R＝8.314J/(mol.K)，a＝b＝0.016，t以秒表示。
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