CN110551876A - 机动车构件及其制造方法和生产设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机动车构件及其制造方法和生产设备，其中，该机动车构件具有大于1800MPa的抗拉强度Rm，其中，将由具有大于等于0.3％(质量)含碳量的、可硬化的含碳的合金钢构成的板坯(3)在直通式加热炉(4)中加热到大于等于AC3的温度，紧接着，将板坯由直通式加热炉(4)取出并且在热成型和加压淬火模具(8)中进行热成型和加压淬火，在直通式加热炉(4)中的炉气氛中测量按体积百分比的含氧量，并且将氮气输送至直通式加热炉(4)，其中，氮气的量调节地输送，使得在炉气氛中调节出0.5～15％(体积)的氧含量，并且机动车构件具有大于50°的弯曲角度。

Description

机动车构件及其制造方法和生产设备
技术领域
本发明涉及一种用于通过热成型和加压淬火制造机动车构件的方法和生产设备。本发明还涉及一种通过热成型和加压淬火制造的机动车构件。更具体地，本发明涉及用于由具有延展特性的极高强度的合金钢制造机动车构件的方法和生产设备以及该机动车构件。
背景技术
由现有技术可知，机动车构件由可硬化的合金钢制造。为此，采用热成型和加压淬火。在此，由可硬化的合金钢构成的板坯加热到大于等于AC3温度的温度。AC3温度也称为奥氏体化温度并且根据采用的合金钢的不同情况为大于800℃。
如果板坯完全奥氏体化，那么该板坯具有高的成型度。从而在热成型过程中由板坯通过成型来制造机动车构件。
在成型期间并且在成型之后，板坯或者成型的构件这样迅速冷却，使得奥氏体化的材料转变成硬化的材料组织。这是马氏体材料组织。在硬化的材料组织中也可以存在铁素体、珠光体或贝氏体的份额。上述过程也称作加压淬火。
近些年来由现有技术已知的是，制造具有大于1000MPa、尤其大于1200MPa并且优选也大于1500MPa的抗拉强度Rm的机动车构件。
如果现在制造具有还更高的抗拉强度的构件，所述抗拉强度尤其超过1700MPa并且优选超过1800MPa，那么所述构件仅具有小的延展性。在构件上得到大约30°的弯曲角度。在发生事故时，可能发生例如通过焊接固定在该构件上的其它构件的脆裂和/或断开。
发明内容
因此本发明的目的是，制造一种具有极高强度的材料特性的构件，但是该构件同样具有高的延展性，其中，用于制造构件的工艺成本是小的并且尤其可以动用现有的设备技术。
该目的按本发明通过一种用于通过热成型和加压淬火制造机动车构件的方法解决，该机动车构件具有大于1800MPa的抗拉强度Rm，其中，将由具有大于等于0.3％(质量)含碳量的、可硬化的含碳的合金钢构成的板坯在直通式加热炉中加热到大于等于AC3的温度，紧接着，将板坯由直通式加热炉取出并且在热成型和加压淬火模具中进行热成型和加压淬火，其中，在直通式加热炉中的炉气氛中测量按体积百分比的含氧量，并且将氮气输送至直通式加热炉，其中，氮气的量调节地输送，使得在炉气氛中调节出0.5～15％(体积)的氧含量，并且机动车构件具有大于50°的弯曲角度。
该目的还通过一种机动车构件解决，该机动车构件通过热成型和加压淬火由可硬化的合金钢构成的板坯制造，该合金钢具有大于等于0.3％(质量)的含碳量，尤其是通过本发明方法制造的机动车构件，其中，机动车构件具有大于1800MPa、尤其大于1900MPa并且优选大于2000MPa的抗拉强度Rm，并且机动车构件在表面上具有表面脱碳层，所述表面脱碳层具有10～70μm、优选20～40μm的层厚，并且机动车构件具有大于50°、优选大于60°的弯曲角度。
该目的还通过一种用于制造机动车构件的生产设备解决，该机动车构件具有大于1800MPa的抗拉强度Rm并且具有大于50°的弯曲角度，优选用于实施本发明方法，所述生产设备包括直通式加热炉和设置在直通式加热炉下游的热成型和加压淬火模具，由具有大于等于0.3％(质量)含碳量的、可硬化的含碳的合金钢构成的板坯能在直通式加热炉中加热到大于等于AC3的温度，由直通式加热炉取出的板坯能在热成型和加压淬火模具中进行热成型和加压淬火，其中，所述生产设备包括氮气输送装置和调节装置，氮气能通过氮气输送装置输送至直通式加热炉，输送的氮气的量能通过调节装置调节，使得在直通式加热炉中在炉气氛中能调节出0.5～15％(体积)的氧含量。
按本发明的用于制造机动车构件的方法设定，采用热成型和加压淬火工艺。为此，由可硬化的含碳的合金钢构成的板坯至少局部地、尤其完全地加热到超过AC3温度。含碳量大于等于0.3％(质量)。但是含碳量不应大于1％(质量)。要被加热的板坯在直通式加热炉中进行加热。已加热的板坯由直通式加热炉取出并且转移到热成型和加压淬火模具中。在热成型和加压淬火模具中执行热成型过程以及加压淬火工艺。
在此，采用极高强度的合金钢，通过该合金钢可能的是，在加压淬火工艺结束之后提供具有至少1800MPa的抗拉强度Rm的机动车构件。
为了具有极高强度特性的所述机动车构件(也称作构件)同样具有高度的延展性，尤其具有大于50°、优选大于60°的弯曲角度，在直通式加热炉中的加热期间执行表面脱碳。尤其在根据VDA238-100标准的板弯曲试验中得到所述弯曲角度。
设定，在直通式加热炉内的炉气氛通过输送环境空气以及工业纯度的氮气来调节。在直通式加热炉中，测量在炉气氛中的按体积百分比的含氧量。在此按本发明，在炉气氛中含氧量在0.5～15％(体积)之间、优选在0.5～10％(体积)之间、尤其在0.5～5％(体积)之间并且特别优选在0.5～3％(体积)之间进行调节。含氧量通过在炉气氛中调节氮气体积流量来进行调节。
按本发明已经证实，因此可能的是，在要被加热的板坯上执行表面脱碳，使得碳原子在要被加热的板坯的相应的表面层中与氧化合。通过所述相应表面脱碳层，后来通过热成型和加压淬火制造的构件具有较高的延展性。同样基本上避免了表面生成氧化皮。
环境空气的输送能通过空气从外部导入炉的内室中实现。但是优选在炉的内室中的空气或者氧气来自直通式加热炉的直接的环境。
在此，按本发明有利地已经证实，相应在构件的两侧调节表面脱碳层，该层具有10～70μm的层厚，优选在10～50μm之间的并且优选20～40μm的层厚，那么能制造具有大于1800MPa的抗拉强度Rm和大于50°、尤其大于60°的弯曲角度的机动车构件。
另外可能的是，在现有的生产设备上执行按本发明的方法，方式为，在现有的直通式加热炉中加装氮气输送以及用于调节在炉气氛中的含氧量的调节方法。
直通式加热炉通常用在喷射管中的气体燃烧器运行。燃烧过程本身与调节炉气氛的含氧量分开地进行。替选地，喷射管能以电阻加热的方式构成。
另外特别优选，导入到直通式加热炉中的氮气体积流量可以具有每小时一定的数值，例如以m3为单位。所述数值优选处于直通式加热炉的炉容积的2倍与4倍之间，优选2.5倍与3.5倍之间，并且尤其优选该数值等于直通式加热炉的炉容积的3倍。
另外已经证实为有利的是，参考空间方向，氮气在要被加热的板坯上方导入到直通式加热炉中。因此在直通式加热炉内产生氮气的对流行为，使得不需要炉内气氛的其它的通混。
通过按本发明的方法，可以优选加工拼接板(tailored blank)。拼接板尤其是滚轧的板坯。但是也可以加工拼接成型板(tailored formed blank)或拼焊板(tailoredwelded blank)。同样，当然也可以加工具有恒定壁厚的板坯。
另外，通过本发明的方法同样可能的是，在制造的构件上执行附加的涂层。在此尤其涉及事后施加的防腐蚀涂层、例如阴极电泳涂漆或者锌扩散涂层。
另外已经证实为有利的是，板坯在从120秒至10分钟、尤其从120秒至400秒、尤其优选从160秒至200秒并且尤其大约180秒的时间上穿过直通式加热炉。
另外设定，在直通式加热炉本身中产生在910℃与980℃之间的温度、尤其930℃～960℃的温度。
替选地或者补充地可以设定，在直通式加热炉中的温度在比采用的合金钢的AC3温度高至少5％、优选至少10％、尤其至少11％、优选至少12％。但是炉内温度不应比采用的钢材料的AC3温度超过30％、尤其优选不超过20％。
在本发明的范围中已经证实为尤其有利的是，采用合金钢，该合金钢除了铁和由熔炼引起的杂质之外还具有如下用质量百分比表示的合金元素：
C(碳) 0.3～0.4 优选 0.32～0.38
Si(硅) 0.15～1 优选 0.2～0.5
Mn(锰) 0.5～2 优选 0.8～1.5
P(磷) 最大0.05 优选 最大0.02
S(硫) 最大0.01 优选 最大0.005
N(氮) 最大0.01 优选 最大0.005
Cr(铬) 0.05～1 优选 0.1～0.5
Ni(镍) 最大0.3 优选 最大0.1
Cu(铜) 最大0.1 优选 最大0.05
Mo(钼) 最大0.5 优选 最大0.3
Al(铝) 最大0.1 优选 最大0.06
Nb(铌) 0.02～0.1 优选 0.02～0.06
V(钒) 最大0.06 优选 最大0.05
Ti(钛) 最大0.1 优选 最大0.01
B(硼) 0.001～0.01 优选 0.001～0.005
在此，含碳量导致在制造的构件中的强度/硬度。硅带来转变延迟并且促进回火稳定性。锰同样通过奥氏体的稳定化而带来转变延迟。铬同样带来转变延迟以及抗氧化性。硼也导致转变延迟。铌在材料组织中产生细粒性。
从而在本发明的范围中，本方法优选可以用在表格中描述的合金钢实施。但是本方法也能用其它的含碳的合金钢实施，所述合金钢尤其具有大于0.3％(质量)的含碳量。下面描述的机动车构件同样可以由上述合金钢制造。但是含碳量不应超过1％(质量)。
另外本发明涉及一种机动车构件，该机动车构件通过热成型和加压淬火由板坯制成。板坯本身由可硬化的合金钢制成。尤其机动车构件根据上述按本发明的方法进行制造。
机动车构件按本发明特征在于，该机动车构件具有大于1800MPa、尤其大于1900MPa、优选大于2000MPa的抗拉强度Rm。该抗拉强度尤其不应超过2500MPa。
另外，机动车构件具有高的延展性。该延展性的特征在于，在机动车构件上，弯曲角度大于50°、尤其大于60°。通常机动车构件具有在0.7mm与3.5mm之间的厚度。在机动车构件的每个表面上优选构成表面脱碳层，该表面脱碳层具有10～70μm、优选20～40μm的层厚。
从表面脱碳层至非表面脱碳层的层边界的特征在于，在表面脱碳层中，相对于制造的机动车构件的核心层、即中间层，碳含量最大为50％。这意味着，从表面开始，表面脱碳层在如下位置上结束，即在该位置上含碳量朝机动车构件的内部的方向超过机动车构件的中间层的含碳量的50％。这些说明对于上述制造方法同样有效。
附图说明
本发明通过下面的解释来继续说明并且通过示意的附图来描述，这些解释和附图应该用于简单地理解本发明。其中：
图1显示用于制造机动车构件的示意的方法流程图，
图2显示以B柱形式的按本发明制造的机动车构件，和
图3显示按本发明的机动车构件的横截面图。
具体实施方式
在各附图中采用对照或附图标记，即使由于简化原因而省略重复的说明。
图1显示用于制造机动车构件的按本发明的热成型生产线，该机动车构件通过热成型和加压淬火来制造。
首先板坯3置入到直通式加热炉4中。为了调节在直通式加热炉4内的炉气氛，将环境空气U输送至直通式加热炉4。另外，将工业纯度的氮气N2输送至直通式加热炉4。输送的工业纯度的氮气N2的量尤其根据在炉气氛内测量的氧气体积百分比份额进行调节。为此例如可以在直通式加热炉3内设置多个测量点，这些测量点测量氧气的体积百分比份额。于是由这些测量点可以构成平均值。这样加热的板坯5在每个表面6、7上具有已经表面脱碳层。所述加热的板坯5然后转送到热成型和加压淬火模具8中并且在此进行热成型和加压淬火。制成的机动车构件2由热成型和加压淬火模具8取出并且输送至进一步加工。
图2以透视图的形式显示机动车构件2。在此例如涉及机动车柱、尤其机动车的B柱。但是其它的机动车构件2、尤其机动车结构构件可以通过按本发明的方法制造。这些其它的机动车构件2是机动车车身的构件，例如纵梁、横梁、大梁、车顶支架、车门槛或类似构件。
图3显示制造的机动车构件2的按图2的剖面线III的横截面图。机动车构件2具有壁厚W。表面脱碳层10、11从机动车构件2的每个表面6、7延伸直至中间层9(或者也称为核心层)。表面脱碳层10、11具有层厚12。层厚12尤其优选为20～40μm。从表面脱碳层10、11至未表面脱碳的材料的层边界13的特征在于，在表面脱碳层中的碳含量是中间层9的碳含量的50％。从而如果从制造的机动车构件的表面6、7出发碳含量超过50％，那么在本发明的范围中不再可以谈及表面脱碳层。
本发明的另一优点是，制造的热成型和加压淬火的机动车构件或者板坯在加热期间以可忽略不计的程度氧化。
附图标记列表
1 热成型生产线
2 机动车构件
3 板坯
4 直通式加热炉
5 加热的板坯
6 表面
7 表面
8 热成型和加压淬火模具
9 中间层
10 表面脱碳层
11 表面脱碳层
12 层厚
U 环境空气
N2 氮气
W 壁厚

Claims (11)

1.一种用于通过热成型和加压淬火制造机动车构件(2)的方法，该机动车构件具有大于1800MPa的抗拉强度Rm，其中，将由具有大于等于0.3％(质量)含碳量的、可硬化的含碳的合金钢构成的板坯(3)在直通式加热炉(4)中加热到大于等于AC3的温度，紧接着，将板坯由直通式加热炉(4)取出并且在热成型和加压淬火模具(8)中进行热成型和加压淬火，其特征在于，在直通式加热炉(4)中的炉气氛中测量按体积百分比的含氧量，并且将氮气输送至直通式加热炉(4)，其中，氮气的量调节地输送，使得在炉气氛中调节出0.5～15％(体积)的氧含量，并且机动车构件具有大于50°的弯曲角度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，含氧量在0.5％与10％(体积)之间、优选在0.5％与5％(体积)之间并且尤其优选在0.5％与3％(体积)之间进行调节。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，氮气具有每小时一定数值的体积流量，该数值等于直通式加热炉(4)的炉容积的2倍与4倍之间、优选2.5倍至3.5倍之间并且优选3倍。
4.根据权利要求1至3所述的方法，其特征在于，参考空间方向，氮气在要被加热的板坯(3)上方导入到直通式加热炉(4)中。
5.根据权利要求1至4所述的方法，其特征在于，加工拼焊板，和/或在下一个加工步骤中给已成型的构件施加涂层。
6.根据权利要求1至5所述的方法，其特征在于，板坯(3)在优选120秒至10分钟、优选120秒至360秒、尤其优选160秒至200秒并且特别优选180秒的时间上通过直通式加热炉(4)。
7.根据权利要求1至6所述的方法，其特征在于，在直通式加热炉(4)中产生在910℃与980℃之间、优选930℃至950℃之间的温度，和/或在直通式加热炉(4)内的温度比钢材料的AC3温度高出优选超过5％、尤其超过10％。
8.根据权利要求1至7所述的方法，其特征在于，采用合金钢，该合金钢除了铁和由熔炼引起的杂质之外还具有如下用质量百分比表示的合金元素：
C(碳) 0.3～0.4 优选 0.32～0.38 Si(硅) 0.15～1 优选 0.2～0.5 Mn(锰) 0.5～2 优选 0.8～1.5 P(磷) 最大0.05 优选 最大0.02 S(硫) 最大0.01 优选 最大0.005 N(氮) 最大0.01 优选 最大0.005 Cr(铬) 0.05～1 优选 0.1～0.5 Ni(镍) 最大0.3 优选 最大0.1 Cu(铜) 最大0.1 优选 最大0.05 Mo(钼) 最大0.5 优选 最大0.3 Al(铝) 最大0.1 优选 最大0.06 Nb(铌) 0.02～0.1 优选 0.02～0.06 V(钒) 最大0.06 优选 最大0.05 Ti(钛) 最大0.1 优选 最大0.01 B(硼) 0.001～0.01 优选 0.001～0.005
9.一种机动车构件(2)，该机动车构件通过热成型和加压淬火由可硬化的合金钢构成的板坯制造，该合金钢具有大于等于0.3％(质量)的含碳量，尤其是通过具有权利要求1的特征的方法制造的机动车构件，其特征在于，机动车构件(2)具有大于1800MPa、尤其大于1900MPa并且优选大于2000MPa的抗拉强度Rm，并且机动车构件在表面(5、2)上具有表面脱碳层(10、11)，所述表面脱碳层具有10～70μm、优选20～40μm的层厚，并且机动车构件具有大于50°、优选大于60°的弯曲角度。
10.根据权利要求9所述的机动车构件(2)，其特征在于，从表面脱碳层(10、11)至非表面脱碳层的分层的特征在于，在表面脱碳层(10、11)中的含碳量低于机动车构件(2)的中间层(9)的含碳量的50％。
11.一种用于制造机动车构件(2)的生产设备，该机动车构件具有大于1800MPa的抗拉强度Rm并且具有大于50°的弯曲角度，优选用于实施根据权利要求1至10中任一项所述的方法，所述生产设备包括直通式加热炉(4)和设置在直通式加热炉下游的热成型和加压淬火模具(8)，由具有大于等于0.3％(质量)含碳量的、可硬化的含碳的合金钢构成的板坯(3)能在直通式加热炉中加热到大于等于AC3的温度，由直通式加热炉(4)取出的板坯能在热成型和加压淬火模具(8)中进行热成型和加压淬火，其特征在于，所述生产设备包括氮气输送装置和调节装置，氮气能通过氮气输送装置输送至直通式加热炉(4)，输送的氮气的量能通过调节装置调节，使得在直通式加热炉(4)中在炉气氛中能调节出0.5～15％(体积)的氧含量。
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