CN111542635B

CN111542635B - 具有增强的抗氧化性的用于热冲压的钢

Info

Publication number: CN111542635B
Application number: CN201780098042.5A
Authority: CN
Inventors: 卢琦; 庞佳琛; 王建锋
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-12-28
Filing date: 2017-12-28
Publication date: 2022-07-01
Anticipated expiration: 2037-12-28
Also published as: US20210087661A1; CN111542635A; WO2019127240A1

Abstract

提供一种合金组合物。所述合金组合物包含大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约9重量%的浓度的铬(Cr)、大于或等于大约0.15重量%至小于或等于大约0.5重量%的浓度的碳(C)、大于或等于大约0重量%至小于或等于大约3重量%的浓度的锰(Mn)、大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约2重量%的浓度的硅(Si)，且所述合金组合物的余量是铁。还提供由所述合金组合物制造成型钢物体的方法。

Description

具有增强的抗氧化性的用于热冲压的钢

引言

这一节提供与本公开有关的背景信息，其不一定是现有技术。

冲压硬化钢（Press-hardening steel）（PHS），也称为“热冲压钢”或“热成形钢”是用于汽车车身结构用途的强度最大的钢之一，其具有大约1,500兆帕(MPa)的拉伸强度性质。这样的钢具有理想的性质，包括形成具有强度/重量比的显著提高的钢组件。PHS组件在各种工业和用途中变得越来越普遍，包括通用制造、施工设备、汽车或其它交通运输工业、住宅或工业结构等。例如，当制造交通工具，尤其是汽车时，燃料效率和性能的持续改进是理想的，因此越来越多地使用PHS组件。PHS组件常用于形成承载组件，如门梁，其通常需要高强度材料。因此，这些钢的成品状态被设计为具有高强度和足够的延性以抵抗外力，例如无破裂地防止侵入客舱，从而为乘员提供保护。此外，镀锌PHS组件可提供阴极保护。

许多PHS工艺涉及钢板坯在炉中的奥氏体化，此后钢板立即在模具（dies）中压制和淬火。有两种主要类型的PHS工艺：间接和直接。奥氏体化通常在大约880℃至950℃的范围内进行。在直接法下，PHS组件在冲模之间同时成型和压制，这将钢淬火。在间接法下，在奥氏体化和后续压制和淬火步骤前，将PHS组件冷成型成中间部件形状（intermediatepartial shape）。PHS组件的淬火通过将微结构从奥氏体转化成马氏体而使组件硬化。在从炉转移到冲模的过程中经常形成氧化物层。因此，在淬火后，必须从PHS组件和冲模上除去氧化物。一般通过喷丸(shot blasting)除去氧化物，即除鳞(descaled)。

PHS组件可由裸合金（bare）或铝-硅(Al-Si)合金使用直接法制成或由镀锌(Zn)PHS使用直接法或间接法制成。PHS组件的镀覆(coating)为下方的钢组件提供保护层（例如电流保护（galvanic protection））。锌镀层(coating)提供阴极保护；该镀层充当牺牲层并代替钢组件被腐蚀，甚至在暴露出钢的地方也如此。这样的镀层也在PHS组件的表面上生成氧化物，其通过喷丸除去。因此，想要无需镀覆或其它处理的合金组合物。

概述

这一节提供本公开的一般概述并且不是其完整范围或其所有特征的全面公开。

在各种方面中，本技术提供一种合金组合物，其包括大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约9重量%的浓度的铬(Cr)；大于或等于大约0.15重量%至小于或等于大约0.5重量%的浓度的碳(C)；大于或等于大约0重量%至小于或等于大约3重量%的浓度的锰(Mn)；大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约2重量%的浓度的硅(Si)；且所述合金组合物的余量是铁。

在一个方面中，所述合金组合物包括大于或等于大约0.6重量%至小于或等于大约1.5重量%的浓度的Si。

在一个方面中，所述合金组合物包括大于或等于大约2重量%至小于或等于大约3重量%的浓度的Cr。

在一个方面中，所述合金组合物进一步包括大于或等于大约0重量%至小于或等于大约5重量%的浓度的铝(Al)。

在一个方面中，所述合金组合物进一步包括大于或等于大约0重量%至小于或等于大约0.01重量%的浓度的氮(N)。

在一个方面中，所述合金组合物进一步包括以下至少一种：大于或等于大约0重量%至小于或等于大约1重量%的浓度的钼(Mo)；大于或等于大约0重量%至小于或等于大约1重量%的浓度的镍(Ni)；大于或等于大约0重量%至小于或等于大约0.01重量%的浓度的硼(B)；大于或等于大约0重量%至小于或等于大约0.5重量%的浓度的铌(Nb)；和大于或等于大约0重量%至小于或等于大约0.5重量%的浓度的钒(V)。

在一个方面中，所述合金组合物为合金卷材的形式。

在一个方面中，所述合金卷材包括铁素体、马氏体和残余奥氏体(RA)。

在一个方面中，所述合金组合物已经过淬火和配分（partitioning）过程。

在一个方面中，提供一种形成成型钢物体的热冲压法。所述热冲压法包括将具有所述合金组合物的坯料奥氏体化、冲压所述奥氏体化坯料以形成成型物体和将所述成型物体淬火以形成成型钢物体。

在一个方面中，提供一种形成成型钢物体的冷冲压法。所述冷冲压法包括从具有所述合金组合物的卷材上切割坯料，其中所述合金组合物已经过淬火和配分过程；和在环境温度下将所述坯料冲压成预定形状以形成成型钢物体。

在各种方面中，本技术还提供一种形成成型钢物体的方法；所述方法包括从包括合金组合物的卷材上切割坯料，所述合金组合物具有大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约9重量%的浓度的铬(Cr)、大于或等于大约0.15重量%至小于或等于大约0.5重量%的浓度的碳(C)、大于或等于大约0重量%至小于或等于大约3重量%的浓度的锰(Mn)、大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约2重量%的浓度的硅(Si)，且所述合金组合物的余量是铁；将所述坯料加热到高于合金组合物的上限临界温度(Ac3)的温度以形成具有奥氏体的加热坯料；将所述加热坯料冲压成预定形状以形成冲压物体；和将所述冲压物体淬火以形成成型钢物体，其中所述成型钢物体包括马氏体。

在一个方面中，淬火包括以大于或等于大约15℃/s的速率降低冲压物体的温度直至所述冲压物体达到低于合金组合物的马氏体转变终了(Mf)温度的温度。

在一个方面中，所述方法不存在预氧化合金组合物、镀覆成型钢物体和喷丸。

在一个方面中，淬火具有淬火和配分过程，其中淬火和配分过程包括降低冲压物体的温度直至所述冲压物体具有在合金组合物的马氏体转变开始(Ms)温度和合金组合物的马氏体转变终了(Mf)温度之间的温度；在配分温度下培养(incubating)所述冲压物体，其中碳(C)从马氏体配分到奥氏体中；和降低奥氏体Mf温度到低于室温的温度。

在一个方面中，淬火和配分过程形成成型钢物体，其中所述成型钢物体包括铁素体、马氏体和残余奥氏体(RA)。

在一个方面中，所述成型钢物体基本不含渗碳体。

在各种方面中，本技术还提供一种形成成型钢物体的方法；所述方法包括从先进高强度钢(AHSS)的卷材上切割坯料；和在环境温度下将所述坯料冲压成预定形状以形成成型钢物体，其中通过对合金组合物施以淬火和配分过程而制造AHSS，所述合金组合物具有大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约9重量%的浓度的铬(Cr)、大于或等于大约0.15重量%至小于或等于大约0.5重量%的浓度的碳(C)、大于或等于大约0重量%至小于或等于大约3重量%的浓度的锰(Mn)、大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约2重量%的浓度的硅(Si)，且所述合金组合物的余量是铁。

在一个方面中，所述AHSS基本不含氧化物层。

在一个方面中，所述成型钢物体为裸的或镀锌(Zn)的。

由本文中提供的描述显而易见其它适用领域。概述中的描述和具体实例仅意在举例说明而无意限制本公开的范围。

附图

本文中描述的附图仅用于举例说明所选实施方案而非所有可能的实施方式，并且无意限制本公开的范围。

图1是显示传统热冲压法和包括淬火和配分的热冲压法的温度 vs 时间的曲线图。

图2A是由未经预氧化的高铬含量、低硅含量合金制成的钢的图像。

图2B是由经过预氧化的高铬含量、低硅含量合金制成的钢的图像。

图3A是由未经预氧化的根据本技术的各种方面的合金组合物(2% Cr、0.6% Si)制成的钢的图像。

图3B是由未经预氧化的根据本技术的各种方面的合金组合物(3% Cr、0.6% Si)制成的钢的图像。

图3C是由未经预氧化的根据本技术的各种方面的合金组合物(3% Cr、1.5% Si)制成的钢的图像。

图4显示由未经预氧化的根据本技术的各种方面的合金组合物(2% Cr、0.6% Si)制成的钢的横截面图像。

图5A是由未经预氧化的根据本技术的各种方面的合金组合物(2% Cr、0.6% Si)制成的钢的横截面图像。

图5B是由未经预氧化的根据本技术的各种方面的合金组合物(3.1% Cr、0.61%Si)制成的钢的横截面图像。

图5C是由未经预氧化的根据本技术的各种方面的合金组合物(3.2% Cr、1.46%Si)制成的钢的横截面图像。

图6A是显示不含硅的合金体系的热力学的曲线图。

图6B是显示根据本技术的各种方面的包含硅的合金体系的热力学的曲线图。

图7显示根据本技术的各种方面的制造成型钢物体的方法的方面。

在附图的几个视图中，相应的附图标记都是指相应的部件。

详述

提供示例性实施方案以使本公开彻底并向本领域技术人员充分传达其范围。阐述了许多具体细节，例如具体组合物、组分、装置和方法的实例，以提供本公开的实施方案的充分理解。本领域技术人员显而易见的是，不需要使用具体细节，示例性实施方案可以具体体现为许多不同的形式，它们都不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施方案中，没有详细描述公知方法、公知装置结构和公知技术。

本文所用的术语仅为了描述特定的示例性实施方案而无意作为限制。除非上下文清楚地另行指明，本文所用的单数形式“一”和“该”旨在也包括复数形式。术语“包含”、“包括”、“含有”和“具有”是包容性的，因此规定了指定要素、元件、组合物、步骤、整数、操作和/或组分的存在，但不排除一种或多种其它要素、整数、步骤、操作、元件、组分和/或其组合的存在或加入。尽管开放性术语“包含”应被理解为用于描述和请求保护本文所述的各种实施方案的非限制性术语，但在某些方面中，该术语可替代性被理解为更限制性和约束性的术语，如“由…组成”或“基本由…组成”。因此，对于列举了组合物、材料、组分、元件、要素、整数、操作和/或工艺步骤的任何给定实施方案，本公开也明确包括由或基本由这些列举的组合物、材料、组分、元件、要素、整数、操作和/或工艺步骤组成的实施方案。在“由…组成”的情况下，该备选实施方案不包括任何附加组合物、材料、组分、元件、要素、整数、操作和/或工艺步骤，而在“基本由…组成”的情况下，这样的实施方案不包括实质影响基本和新颖特征的任何附加组合物、材料、组分、元件、要素、整数、操作和/或工艺步骤，但在实施方案中可包括不会实质影响基本和新颖特征的任何组合物、材料、组分、元件、要素、整数、操作和/或工艺步骤。

本文中描述的任何方法步骤、工艺和操作不应被解释为必定要求它们以所论述或例示的特定顺序实施，除非明确指定实施顺序。还要理解的是，除非另行指明，可以使用附加或替代的步骤。

当一个组件、元件或层被提到在另一元件或层“上”、“接合”、“连接”或“耦合”到另一元件或层上时，其可以直接在另一组件、元件或层上、直接接合、连接或耦合到另一组件、元件或层上，或可能存在中间元件或层。相反，当一个元件被提到“直接在”另一元件或层上、“直接接合”、“直接连接”或“直接耦合”到另一元件或层上时，不存在中间元件或层。用于描述元件之间关系的其它词语应以类似方式解释（例如“之间”vs“直接在...之间”，“相邻”vs“直接相邻”等）。本文所用的术语“和/或”包括一个或多个相关罗列项的任何和所有组合。

尽管在本文中可能使用术语第一、第二、第三等描述各种步骤、元件、组分、区域、层和/或区段，但除非另行指明，这些步骤、元件、组分、区域、层和/或区段不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个步骤、元件、组分、区域、层或区段区别于另一步骤、元件、组分、区域、层或区段。除非上下文清楚地指示，如“第一”、“第二”之类的术语和其它序数术语在本文中使用时并不暗示次序或顺序。因此，下文论述的第一步骤、元件、组分、区域、层或区段可以被称为第二步骤、元件、组分、区域、层或区段而不背离示例性实施方案的教导。

为了容易描述，在本文中可能使用空间上或时间上相对的术语，如“前”、“后”、“内”、“外”、“下”、“下方”、“下部”、“上”、“上部”等描述如附图中所示的一个元件或构件与另一元件或构件的关系。空间上或时间上相对的术语旨在包含除附图中描绘的取向外该装置或系统在使用或运行中的不同取向。

在本公开通篇中，数值代表近似测量值或范围界限以包含与给定值的轻微偏差和大致具有所列值的实施方案以及确切具有所列值的实施方案。除了在详述最后提供的实施例中外，本说明书（包括所附权利要求书）中的参数（例如量或条件）的所有数值应被理解为在所有情况下被术语“大约”修饰，无论在该数值前是否实际出现“大约”。“大约”是指指定数值允许一定的轻微不精确（接近该值的精确性；大致或合理地接近该值；几乎）。如果由“大约”提供的不精确性在本领域中不以这种普通含义理解，本文所用的“大约”至少是指可能由测量和使用此类参数的普通方法造成的变动。例如，“大约”可包含小于或等于5%、任选小于或等于4%、任选小于或等于3%、任选小于或等于2%、任选小于或等于1%、任选小于或等于0.5%和在某些方面中，任选小于或等于0.1%的变动。

此外，范围的公开包括在整个范围内的所有值和进一步细分范围的公开，包括对这些范围给出的端点和子范围。

现在参考附图更充分描述示例性实施方案。

为了克服镀覆PHS合金的必要性，描述了具有高铬浓度的合金。该高铬浓度合金包含合金组合物的大于或等于大约2重量%至小于或等于大约10重量%的浓度的铬、合金组合物的大于或等于大约0重量%至小于或等于大约5重量%的浓度的铝、合金组合物的大于或等于大约0.15重量%至小于或等于大约0.5重量%的浓度的碳且该高铬浓度合金的余量是铁。尽管高铬浓度合金不需要镀覆或喷丸，但其需要预氧化——通过将高铬浓度合金在大于或等于大约400℃至小于或等于大约700℃的温度下培养大于或等于大约1分钟至小于或等于大约60分钟的时间。

相应地，本技术涉及适用于热和冷冲压用途、对于热冲压用途不需要镀覆或喷丸并抗氧化，即在冲压硬化前不需要预氧化的具有高铬含量的合金组合物。该合金组合物具有高铬含量以排除镀覆要求，也包括高硅(Si)含量改进抗氧化性。高硅含量还允许降低铬浓度。

在本技术的各种方面中，该合金组合物为用于热冲压法的坯料形式。在此，该坯料在热冲压法后形成冲压硬化钢。合金组合物内的组分，例如硼和铬相对于无这些组分时所用的临界冷却速率降低热冲压法中的临界冷却速率。在本技术的另一些方面中，该合金组合物为用于冷冲压法的坯料形式。在此，该坯料是用于冷冲压的先进高强度钢(AHSS)。

本技术的合金组合物包含大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约2重量%、大于或等于大约0.6重量%至小于或等于大约1.8重量%、或大于或等于大约0.8重量%至小于或等于大约1.5重量%的浓度的硅(Si)。例如，在各种实施方案中，该合金组合物包含大约0.5重量%、大约0.6重量%、大约0.7重量%、大约0.8重量%、大约0.9重量%、大约1重量%、大约1.1重量%、大约1.2重量%、大约1.3重量%、大约1.4重量%、大约1.5重量%、大约1.6重量%、大约1.7重量%、大约1.8重量%、大约1.9重量%,或大约2重量%的浓度的Si。合金组合物中的这种高Si量改进抗氧化性、允许加入较低量的铬同时在成型后仍然不需要镀覆或喷丸，并防止、抑制或减少在淬火和配分过程中的渗碳体形成。

该合金组合物还包含铬(Cr)。如果没有高Si量，Cr必须以大约2重量%至大约10重量%的含量加入以防止需要镀覆和/或喷丸。但是，由于高Si量，该合金组合物包含大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约9重量%、大于或等于大约1.5重量%至小于或等于大约8重量%、大于或等于大约1.75重量%至小于或等于大约5重量%、大于或等于大约2重量%至小于或等于大约4重量%、或大于或等于大约2重量%至小于或等于大约3重量%的浓度的Cr。例如，在各种实施方案中，该合金组合物包含大约0.5重量%、大约1重量%、大约1.5重量%、大约2重量%、大约2.5重量%、大约3重量%、大约3.5重量%、大约4重量%、大约4.5重量%、大约5重量%、大约5.5重量%、大约6重量%、大约6.5重量%、大约7重量%、大约7.5重量%、大约8重量%、大约8.5重量%或大约9重量%的浓度的Cr。

该合金组合物还包含大于或等于大约0.15重量%至小于或等于大约0.5重量%；大于或等于大约0.15重量%至小于或等于大约0.45重量%、大于或等于大约0.15重量%至小于或等于大约0.4重量%、大于或等于大约0.15重量%至小于或等于大约0.3重量%、大于或等于大约0.15重量%至小于或等于大约0.25重量%、或大于或等于大约0.15重量%至小于或等于大约0.2重量%的浓度的碳(C)。例如，在各种实施方案中，该合金组合物包含大约0.15重量%、大约0.2重量%、大约0.25重量%、大约0.3重量%、大约0.35重量%、大约0.4重量%、大约0.45重量%或大约0.5重量%的浓度的C。

该合金组合物还可包括大于或等于大约0重量%至小于或等于大约3重量%、大于或等于大约0.25重量%至小于或等于大约2.5重量%、大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约2重量%、大于或等于大约0.75重量%至小于或等于大约1.5重量%、或大于或等于大约1重量%至小于或等于大约1.5重量%的浓度的锰(Mn)。在一些实施方案中，该合金组合物基本不含Mn。本文所用的“基本不含”是指痕量组分含量，如小于或等于大约1.5%、小于或等于大约1%、小于或等于大约0.5%的含量或不可检出的含量。在各种实施方案中，该合金组合物基本不含Mn或包含小于或等于大约0.5重量%、小于或等于大约1重量%、小于或等于大约1.5重量%、小于或等于大约2重量%、小于或等于大约2.5重量%、或小于或等于大约3重量%的浓度的Mn。

在各种实施方案中，该合金组合物进一步包含大于或等于大约0重量%至小于或等于大约5重量%、大于或等于大约0.1重量%至小于或等于大约4.5重量%、大于或等于大约1重量%至小于或等于大约4重量%、大于或等于大约2重量%至小于或等于大约3重量%、大于或等于大约0重量%至小于或等于大约0.1重量%、大于或等于大约0.015重量%至小于或等于大约0.075重量%、或大于或等于大约0.02重量%至小于或等于大约0.05重量%的浓度的铝(Al)。例如，在各种实施方案中，该合金组合物基本不含Al或包含大约小于或等于0.5重量%、小于或等于大约1重量%、小于或等于大约1.5重量%、小于或等于大约2重量%、小于或等于大约2.5重量%、小于或等于大约3重量%、小于或等于大约3.5重量%、小于或等于大约4重量%、小于或等于大约4.5重量%、或小于或等于大约5重量%的浓度的Al。

在各种实施方案中，该合金组合物进一步包含大于或等于大约0重量%至小于或等于大约0.01重量%的浓度的氮(N)。例如，在各种实施方案中，该合金组合物基本不含N或包含小于或等于大约0.001重量%、小于或等于0.002重量%、小于或等于0.003重量%、小于或等于0.004重量%、小于或等于0.005重量%、小于或等于0.006重量%、小于或等于0.007重量%、小于或等于0.008重量%、小于或等于0.009重量%、或小于或等于0.01重量%的浓度的N。

在各种实施方案中，该合金组合物进一步包含大于或等于大约0重量%至小于或等于大约1重量%、或小于或等于大约0.8重量%的浓度的钼(Mo)。例如，在各种实施方案中，该合金组合物基本不含Mo或包含小于或等于大约0.1重量%、小于或等于大约0.2重量%、小于或等于大约0.3重量%、小于或等于大约0.4重量%、小于或等于大约0.5重量%、小于或等于大约0.6重量%、小于或等于大约0.7重量%、小于或等于大约0.8重量%、小于或等于大约0.9重量%、或小于或等于大约1.0重量%的浓度的Mo。

在各种实施方案中，该合金组合物进一步包含大于或等于大约0重量%至小于或等于大约1重量%、或小于或等于大约0.8重量%的浓度的镍(Ni)。例如，在各种实施方案中，该合金组合物基本不含Ni或包含小于或等于大约0.1重量%、小于或等于大约0.2重量%、小于或等于大约0.3重量%、小于或等于大约0.4重量%、小于或等于大约0.5重量%、小于或等于大约0.6重量%、小于或等于大约0.7重量%、小于或等于大约0.8重量%、小于或等于大约0.9重量%、或小于或等于大约1.0重量%的浓度的Ni。

在各种实施方案中，该合金组合物进一步包含大于或等于大约0重量%至小于或等于大约0.01重量%、或小于或等于大约0.005重量%的浓度的硼(B)。例如，在各种实施方案中，该合金组合物基本不含B或包含小于或等于大约0.001重量%、小于或等于大约0.002重量%、小于或等于大约0.003重量%、小于或等于大约0.004重量%、小于或等于大约0.005重量%、小于或等于大约0.006重量%、小于或等于大约0.007重量%、小于或等于大约0.008重量%、小于或等于大约0.009重量%、或小于或等于大约0.01重量%的浓度的B。

在各种实施方案中，该合金组合物进一步包含大于或等于大约0重量%至小于或等于大约0.5重量%、或小于或等于大约0.3重量%的浓度的铌(Nb)。例如，在各种实施方案中，该合金组合物基本不含Nb或包含小于或等于大约0.1重量%、小于或等于大约0.2重量%、小于或等于大约0.3重量%、小于或等于大约0.4重量%、或小于或等于大约0.5重量%的浓度的Nb。

在各种实施方案中，该合金组合物进一步包含大于或等于大约0重量%至小于或等于大约0.5重量%、或小于或等于大约0.3重量%的浓度的钒(V)。例如，在各种实施方案中，该合金组合物基本不含V或包含小于或等于大约0.1重量%、小于或等于大约0.2重量%、小于或等于大约0.3重量%、小于或等于大约0.4重量%、或小于或等于大约0.5重量%的浓度的V。

在各种实施方案中，该合金组合物包含Mn、Al、N、Mo、Ni、B、Nb和V的至少一种，或Mo、Ni、B、Nb,和V的至少一种。

该合金组合物的余量是铁。

表1显示相对于基线高铬冲压硬化钢(PHS)，该合金组合物的组成。

表1. 基线高铬PHS和根据本技术的合金组合物的组成

。

合金组合物可包括Si、Cr、C、Mn、Al、N、Mo、Ni、B、Nb、V和Fe在上述它们各自的浓度下的各种组合。在一些实施方案中，合金组合物基本由Si、Cr、C、Mn和Fe组成。如上文所述，术语“基本由…组成”是指该合金组合物不包括实质影响该合金组合物的基本和新颖特征的附加组合物、材料、组分、元素和/或要素，如该合金组合物在成型为成型物体时不需要预氧化、镀覆或喷丸，但在实施方案中可包括不会实质影响基本和新颖特征的任何组合物、材料、组分、元素和/或要素。因此，当合金组合物基本由Si、Cr、C、Mn和Fe组成时，该合金组合物还可包括不会实质影响该合金组合物的基本和新颖特征的Al、N、Mo、Ni、B、Nb和V的任何组合。在另一些实施方案中，合金组合物由在上述它们各自的浓度下的Si、Cr、C、Mn、Fe和最多痕量，如小于或等于大约1.5%、小于或等于大约1%、小于或等于大约0.5%的含量或不可检出的含量的Al、N、Mo、Ni、B、Nb和V的至少一种组成。也可痕量包括本文中未描述的其它元素，条件是它们不会实质影响该合金组合物的基本和新颖特征。

在一个实施方案中，合金组合物基本由Si、Cr、C、Mn和Fe组成。在另一实施方案中，合金组合物由Si、Cr、C、Mn和Fe组成。

在一个实施方案中，合金组合物基本由Si、Cr、C、Mn、Al和Fe组成。在另一实施方案中，合金组合物由Si、Cr、C、Mn、Al和Fe组成。

在一个实施方案中，合金组合物基本由Si、Cr、C、Mn、Al、Mo和Fe组成。在另一实施方案中，合金组合物由Si、Cr、C、Mn、Al、Mo和Fe组成。

在一个实施方案中，合金组合物基本由Si、Cr、C、Mn、Al、Mo、Nb、V和Fe组成。在另一实施方案中，合金组合物由Si、Cr、C、Mn、Al、Mo、Nb、V和Fe组成。

在一个实施方案中，合金组合物基本由Si、Cr、C、Mn、Al、Mo、Ni、Nb、V和Fe组成。在另一实施方案中，合金组合物由Si、Cr、C、Mn、Al、Mo、Ni、Nb、V和Fe组成。

在一个实施方案中，合金组合物基本由Si、Cr、C、Mn、N、Ni和Fe组成。在另一实施方案中，合金组合物由Si、Cr、C、Mn、N、Ni和Fe组成。

在一个实施方案中，合金组合物基本由Si、Cr、C、Mn、Al、N、Mo、Ni、B、Nb、V和Fe组成。在另一实施方案中，合金组合物由Si、Cr、C、Mn、Al、N、Mo、Ni、B、Nb、V和Fe组成。

在一个实施方案中，合金组合物基本由Si、Cr、C和Fe组成。在另一实施方案中，合金组合物由Si、Cr、C和Fe组成。

在一个实施方案中，合金组合物基本由Si、Cr、C、Mo、B、Nb、V和Fe组成。在另一实施方案中，合金组合物由Si、Cr、C、Mo、B、Nb、V和Fe组成。

在本技术的各种方面中，合金组合物为金属的卷材形式。在这种形式中，可将卷材展开并切割成预定形状或坯料。可使用传统淬火法或通过淬火和配分法热冲压坯料。图1显示具有代表温度的y轴12和代表时间的x轴14的曲线图10。曲线图10上的第一线段16代表传统方法。在此，将坯料奥氏体化，即加热到高于合金组合物的上限临界温度(Ac3) 20的最终温度18。最终温度18大于或等于大约880℃至小于或等于大约950℃。然后在最终温度18和Ac3 20之间的温度22下将奥氏体化坯料冲压或热成形为成型物体，然后以大于或等于大约1℃s^-1、大于或等于大约5℃s^-1、大于或等于大约10℃s^-1、大于或等于大约15℃s^-1、或大于或等于大约20℃s^-1的速率，如以大约1℃s^-1、大约3℃s^-1、大约5℃s^-1、大约10℃s^-1、大约15℃s^-1、大约20℃s^-1、大约25℃s^-1、大约30℃s^-1或更快的速率冷却直至温度降低到低于马氏体转变开始(Ms)温度24和低于马氏体转变终了(Mf)温度26，以使成型物体包含完全或基本完全马氏体微结构。

曲线图10还包括第二线段28，其代表淬火和配分法。在此，坯料在高于合金组合物的Ac3温度20的最终温度18下奥氏体化。然后在最终温度18和Ac3 20之间的温度22下将奥氏体化坯料冲压或热成形为成型物体，然后以上文对传统方法描述的速率冷却。但是，在将温度降低到在Ms温度24和Mf温度26之间的温度时，即在马氏体开始形成后但在该结构完全为马氏体前，温度保持恒定，缓慢提高或降低，以获得配分温度，其中碳(C)从马氏体配分到奥氏体中。然后将温度降低到低于Mf温度26的温度。所得成型物体具有包含马氏体和残余奥氏体(RA)的微结构和包含铬(Cr)和硅(Si)的氧化物薄层的表面。这种氧化物层具有小于或等于大约30 μm、小于或等于大约25 μm、小于或等于大约20 μm、小于或等于大约15 μm、小于或等于大约10 μm、小于或等于大约5 μm、或小于或等于大约1 μm的厚度。合金组合物中的高硅浓度防止、抑制或减少在使用淬火配分法时在最终微结构中形成渗碳体。传统方法和淬火配分法都不需要预氧化步骤或除鳞步骤（如通过喷丸）。

在本技术的各种方面中，将合金组合物奥氏体化并施以淬火和配分过程以形成先进高强度钢（AHSS），然后成型为金属材料的卷材。在此，AHSS卷材包含铁素体、马氏体和残余奥氏体(RA)并基本不含氧化物层。“基本不含”氧化物层是指AHSS包含厚度小于或等于大约5 μm、小于或等于大约2.5 μm、或小于或等于大约1 μm的氧化物层。这种AHSS适合通过在环境温度下的冷冲压制造成型物体。该成型物体可以是裸的或镀锌(Zn)的。

图2A是对照合金（3% Cr和0.3% Si）的图像，其在900℃下加热10分钟，然后以传统方式淬火。在此，对照合金没有预氧化。相反，将高Cr合金组合物加热到900℃ 10分钟并转移到水或油冷却的冲模以压制成形和淬火。图2B显示由对照合金制成的冲压硬化钢的表面的第二个显微照片。在此，对照合金在500℃下预氧化20分钟，冷却，然后在900℃下冲压硬化10分钟，然后冷却。由显微照片可以确定，包含0.3% Si的对照合金需要预氧化才能实现高表面质量。

图3A、图3B和图3C显示分别包含2% Cr和0.6% Si、3% Cr和0.6% Si、和3% Cr和1.5% Si的合金组合物。这些是根据本技术的合金组合物，它们没有预氧化并加热到900℃4–10分钟，然后冷却。各合金组合物的表面质量良好，质量从图3A至图3B至图3C递增。图2A–2B和图3A-3C表明仅含0.3% Si的对照合金需要预氧化，而本技术的合金组合物不需要预氧化。

图4显示图3A中的淬火合金组合物的横截面图像。第一个图像30显示淬火合金组合物上的薄表面层。第二个图像32显示表面层中的铁(Fe)分布。第三个图像34显示表面层中的氧(O)分布。第四个图像36显示表面层中的硅(Si)分布。第五个图像38显示表面层中的铬(Cr)分布。这些图像30、32、34、36、38中的O、Si和Cr的高偏析表明表面层包含Cr和Si的致密氧化物。

图5A、5B和5C显示根据本技术的另外的合金组合物。图5A、5B和5C中的合金组合物分别包含2% Cr和0.6% Si、3.1% Cr和0.61% Si、和3.2% Cr和1.46% Si，它们没有预氧化并加热到900℃ 10分钟，然后冷却。各合金组合物带来高表面质量。显著地，图5A和5B的合金组合物生成大约20 μm厚的薄氧化物层，而图5C的合金组合物具有小于大约1 μm厚的氧化物层。

尽管不受理论限制，但将高含量的Cr添加到合金组合物中，例如该组合物的大约3重量% Cr，降低奥氏体化温度。图6A显示热力学图40，其中x轴42代表0.22%C-1.5% Mn-xCr钢（无Si）的Cr浓度（0–12重量%）且y轴44代表温度（500–1000℃）。显示体心立方(bcc) + 面心立方(fcc) 0.22%C‒1.5%Mn-xCr钢的第一区域46，显示bcc + M₇C₃（碳化物）钢的第二区域48，显示bcc + fcc + M₇C₃（碳化物）钢的第三区域50，显示fcc + M₇C₃（碳化物）钢的第四区域52，并显示bcc + M₂₃C₆（碳化物）钢的第五区域54。显示0.22%C-1.5%Mn-xCr的热冲压区56。根据该图，包括合金组合物的大约3重量%浓度的Cr将热冲压所需的温度从大约800℃的基线温度降低到大约780℃的fcc点。图6B显示热力学图60，其中x轴62代表0.22%C-1.5%Mn-1.6%Si-xCr钢的Cr浓度（0–12重量%）且y轴64代表温度（500–1000℃）。显示bcc + fcc0.22%C‒1.5%Mn-xCr钢的第一区域66，显示bcc + M₇C₃（碳化物）钢的第二区域68，显示bcc +fcc + M₇C₃（碳化物）钢的第三区域70，并显示bcc + M₂₃C₆（碳化物）钢的第四区域72。显示0.22%C-1.5%Mn-1.6%Si-xCr的热冲压区74。图40、60表明添加Si对该合金的Ac3温度具有极小影响。

由该合金组合物制成的硬化钢具有大于或等于大约1200 MPa的极限抗拉强度(UTS)，如大约1200 MPa、大约1250 MPa、大约1300 MPa、大约1350 MPa、大约1400 MPa、大约1450 MPa、大约1500 MPa、大约1550 MPa、大约1600 MPa、大约1650 MPa、大约1700 MPa、大约1750 MPa、大约1800 MPa、大约1850 MPa、大约1900 MPa、大约1950 MPa、大约2000 MPa或更高的UTS。由该合金组合物制成的硬化钢也具有大于或等于大约4%（伸长）至小于或等于大约10%（伸长）的延性（伸长），如在硬化状态下大约4%（伸长）、大约5%（伸长）、大约6%（伸长）、大约7%（伸长）、大约8%（伸长）、大约9%（伸长）或大约10%（伸长）的延性。

参照图7，本技术还提供形成成型钢物体的方法80。该成型钢物体可以是通常通过热冲压制成的任何物体，例如车辆部件。具有适合通过本方法生产的部件的车辆的非限制性实例包括自行车、汽车、摩托车、船、拖拉机、公共汽车、活动房屋、露营车、滑翔机、飞机和坦克。

方法80包含获得具有根据本技术的合金组合物的金属材料的卷材82和从卷材82上切割坯料84。该方法还包含通过在炉86中将坯料加热到高于其Ac3温度的温度而将坯料奥氏体化，以形成包含奥氏体的加热坯料。任选借助机械臂88，将加热坯料转移到压机90。在此，方法80包含将加热坯料冲压成预定形状以形成冲压物体，和将冲压物体淬火以形成成型钢物体92，其中成型钢物体92包含马氏体。方法80不存在预氧化步骤、镀覆步骤和除磷步骤（例如喷丸）。

在一个实施方案中，以传统方式通过以上述速率冷却成型物体直至冲压物体达到低于合金组合物的Mf温度的温度来进行淬火。在此，成型钢物体具有完全马氏体或基本完全马氏体的微结构。“基本完全”是指微结构的大于或等于大约80%、大于或等于大约85%、大于或等于大约90%、或大于或等于大约95%是马氏体。

在另一实施方案中，淬火包含如上所述的淬火和配分过程。在此，该方法包含降低冲压物体的温度直至冲压物体具有在合金组合物的Ms温度和合金组合物的Mf温度之间的温度，在配分温度下培养冲压物体，其中碳(C)从马氏体配分到奥氏体中，然后将奥氏体的Mf温度降低到低于室温。配分温度可以是在Ms和Mf温度之间的停止冷却的温度，高于在Ms和Mf温度之间的停止冷却的温度的温度，或低于在Ms和Mf温度之间的停止冷却的温度的温度。在配分温度下进行配分大于或等于大约0.01 min至小于或等于大约20 min的时间。在淬火和配分过程后，成型钢物体具有包含马氏体和RA的微结构。由于合金组合物的高Si含量，成型钢物体的微结构基本不含渗碳体。本文所用的“基本不含”是指小于或等于大约10%、小于或等于大约5%、或小于或等于大约1%。

在方法80的一个变体中，卷材82包含用于冷冲压的AHSS。在此，如虚线所示，在从卷材82上切割坯料84后，任选借助机械臂88将其转移到压机90。方法80包含在环境温度下将坯料84冲压成预定形状以形成成型钢物体92。尽管成型钢物体可以是裸的，但在各种实施方案中，该方法还包括在成型钢物体上设置锌(Zn)镀层。

为了举例说明提供实施方案的上述描述。其无意穷举或限制本公开。一个特定实施方案的各元素或要素通常不限于该特定实施方案，而是如果适用，可互换并可用于所选实施方案，即使没有明确展示或描述。其也可以许多方式改变。这样的变动不应被视为背离本公开，所有这样的修改旨在包含在本公开的范围内。

Claims

1.一种合金组合物，其包含：

大于或等于0.5重量%至小于或等于9重量%的浓度的铬；

大于或等于0.15重量%至小于或等于0.5重量%的浓度的碳；

大于或等于0重量%至小于或等于2.5重量%的浓度的锰；

大于或等于0.6重量%至小于或等于2重量%的浓度的硅；且

所述合金组合物的余量是铁，

其中所述合金组合物包含铁素体、马氏体和残余奥氏体，并且所述合金组合物包含大于或等于80wt%的马氏体。

2.根据权利要求1的合金组合物，其中所述合金组合物包含大于或等于0.6重量%至小于或等于1.5重量%的浓度的硅。

3.根据权利要求1的合金组合物，其中所述合金组合物包含大于或等于2重量%至小于或等于3重量%的浓度的铬。

4.根据权利要求1的合金组合物，其中所述合金组合物进一步包含：

大于或等于0重量%至小于或等于5重量%的浓度的铝。

5.根据权利要求1的合金组合物，其中所述合金组合物进一步包含：

大于或等于0重量%至小于或等于0.01重量%的浓度的氮。

6.根据权利要求1的合金组合物，其中所述合金组合物进一步包含以下至少一种：

大于或等于0重量%至小于或等于1重量%的浓度的钼；

大于或等于0重量%至小于或等于1重量%的浓度的镍；

大于或等于0重量%至小于或等于0.01重量%的浓度的硼；

大于或等于0重量%至小于或等于0.5重量%的浓度的铌；和

大于或等于0重量%至小于或等于0.5重量%的浓度的钒。

7.根据权利要求1的合金组合物，其中所述合金组合物为合金卷材的形式。

8.根据权利要求7的合金组合物，其中所述合金卷材包含大于或等于95wt%的马氏体。

9.根据权利要求7的合金组合物，其中所述合金组合物已经过淬火和配分过程。

10.一种形成成型钢物体的热冲压法，所述热冲压法包括：

将包含根据权利要求1的合金组合物的坯料奥氏体化；

冲压所述奥氏体化坯料以形成成型物体；和

将所述成型物体淬火以形成成型钢物体。

11.一种形成成型钢物体的冷冲压法，所述冷冲压法包括：

从包含根据权利要求1的合金组合物的卷材上切割坯料，其中所述合金组合物已经过淬火和配分过程；和

在环境温度下将所述坯料冲压成预定形状以形成成型钢物体。

12.一种形成成型钢物体的方法；所述方法包括：

从合金组合物的卷材上切割坯料，所述合金组合物包含：

大于或等于0.5重量%至小于或等于9重量%的浓度的铬，

大于或等于0.15重量%至小于或等于0.5重量%的浓度的碳，

大于或等于0重量%至小于或等于2.5重量%的浓度的锰，

大于或等于0.6重量%至小于或等于2重量%的浓度的硅，且

所述合金组合物的余量是铁；

将所述坯料加热到高于合金组合物的上限临界温度的温度以形成包含奥氏体的加热坯料；

将所述加热坯料冲压成预定形状以形成冲压物体；和

将所述冲压物体淬火以形成成型钢物体，其中所述成型钢物体包含大于或等于80wt%的马氏体。

13.根据权利要求12的方法，其中所述淬火包括以大于或等于15℃/s的速率降低冲压物体的温度直至所述冲压物体达到低于合金组合物的马氏体转变终了温度的温度。

14.根据权利要求12的方法，其中所述方法不存在预氧化合金组合物、镀覆成型钢物体和喷丸。

15.根据权利要求12的方法，其中所述成型钢物体包含大于或等于95wt%的马氏体。

16.根据权利要求12的方法，其中所述成型钢物体具有包含铬和硅的氧化物薄层的表面，其中所述氧化物薄层具有小于或等于10 μm的厚度。

17.根据权利要求12的方法，其中所述淬火包括淬火和配分过程，其中淬火和配分过程包括：

降低冲压物体的温度直至所述冲压物体具有在合金组合物的马氏体转变开始温度和合金组合物的马氏体转变终了温度之间的温度；

在配分温度下培养所述冲压物体，其中碳从马氏体配分到奥氏体中；和

降低奥氏体Mf温度到低于室温。

18.根据权利要求17的方法，其中所述淬火和配分过程形成成型钢物体，其中所述成型钢物体包含铁素体、马氏体和残余奥氏体。

19.根据权利要求18的方法，其中所述成型钢物体基本不含渗碳体。

20.一种形成成型钢物体的方法；所述方法包括：

从先进高强度钢的卷材上切割坯料；和

在环境温度下将所述坯料冲压成预定形状以形成成型钢物体，

其中通过对合金组合物施以淬火和配分过程而制造先进高强度钢，所述合金组合物包含：

大于或等于0.5重量%至小于或等于9重量%的浓度的铬，

大于或等于0.15重量%至小于或等于0.5重量%的浓度的碳，

大于或等于0重量%至小于或等于2.5重量%的浓度的锰，

大于或等于0.5重量%至小于或等于0.6重量%的浓度的硅，且

所述合金组合物的余量是铁。

21.根据权利要求20的方法，其中所述先进高强度钢基本不含氧化物层。

22.根据权利要求20的方法，其中所述成型钢物体是裸的或镀锌的。