CN115305412B

CN115305412B - 具有优异耐腐蚀性和超高强度的组合的压制硬化钢

Info

Publication number: CN115305412B
Application number: CN202110487225.4A
Authority: CN
Inventors: 卢琦; 赖庆全; 王建锋; 王聪婕
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2021-05-05
Filing date: 2021-05-05
Publication date: 2024-02-06
Anticipated expiration: 2041-05-05
Also published as: US20220356540A1; DE102021129464A1; CN115305412A

Abstract

本发明公开了具有优异耐腐蚀性和超高强度的组合的压制硬化钢。提供了一种钢组合物。所述钢组合物包含0.02‑0.45重量%的碳(C)、0‑8重量%的锰(Mn)、0‑8重量%的镍(Ni)、11‑17重量%的铬(Cr)、1‑3重量%的硅(Si)和余量的铁(Fe)。所述Mn和Ni的组合浓度为2‑8重量%。所述钢组合物被配置为在经受压制硬化之后形成包含Cr或Si中的至少一种的氧化物的表面氧化物层。还提供了由所述钢组合物制造的压制硬化钢(PHS)和由所述钢组合物制造(PHS)部件的方法。

Description

具有优异耐腐蚀性和超高强度的组合的压制硬化钢

技术领域

本发明涉及压制硬化钢，更具体地涉及具有优异耐腐蚀性和超高强度的组合的压制硬化钢。

背景技术

本章节提供了与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。

压制硬化钢(Press-hardened steel, PHS)，也称为“热冲压钢”或“热成型钢”，是用于汽车车身结构应用的最强钢之一，具有约1500 MPa的抗拉强度性质。这种钢具有合意的性质，包括形成强度重量比显著增加的钢部件。PHS部件在各种行业和应用中已经变得越来越普遍，包括一般制造、建筑设备、汽车或其它运输行业、房屋或工业结构等。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所期望的；因此，PHS部件的使用日益增加。PHS部件通常用于形成承载部件，例如车门防侧撞杆(door beams)，其通常需要高强度材料。因此，这些钢的成品状态被设计成具有高强度和足够的延性以抵抗外力，例如抵抗对乘客舱的侵入而不破裂，从而为乘客提供保护。此外，镀锌的PHS部件可提供阴极保护。

许多PHS工艺涉及在炉中对钢板坯料进行奥氏体化，随后立即在模具中对板进行压制和淬火。奥氏体化通常在高于850℃的温度下进行。PHS工艺可以是直接的或间接的。在直接法中，PHS部件在模具之间同时成型和压制，这对钢进行了淬火。在间接法中，PHS部件在奥氏体化和随后的压制和淬火步骤之前冷成型为中间部分形状。PHS部件的淬火通过将显微组织从奥氏体转变成马氏体而使部件硬化。当部件由未镀覆的钢制成时，在炉加热和从炉转移至模具的过程中，不连续的氧化物层通常形成在部件的表面上。因此，在淬火之后，必须从PHS部件和模具上去除氧化物。氧化物通常通过喷丸处理来去除，即去氧化皮(descaled)。

PHS部件可由裸露的或经镀覆的合金制成。用例如锌(Zn)或铝-硅(Al-Si)镀覆PHS部件为下面的钢部件提供了保护层。例如，Zn镀层提供阴极保护；镀层充当牺牲层，并且代替钢部件而腐蚀，即使在钢被暴露之处也是如此。在Zn镀覆的PHS部件的表面上产生的氧化物必须通过喷丸处理或其它去氧化皮工艺去除。由具有优异机械性能和长期耐腐蚀性的无镀层不锈钢PHS制造部件将是有益的。以下公开内容涉及这样的PHS。

发明内容

本章节提供了本公开的总体概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。

本公开涉及具有优异耐腐蚀性和超高强度的组合的压制硬化钢。

在各个方面，本技术提供了一种钢组合物，其包含浓度为大于或等于约0.02重量%至小于或等于约0.45重量%的碳(C)、浓度为大于或等于0重量%至小于或等于约8重量%的锰(Mn)、浓度为大于或等于0重量%至小于或等于约8重量%的镍(Ni)、浓度为大于或等于约11重量%至小于或等于约17重量%的铬(Cr)、浓度为大于或等于约1重量%至小于或等于约3重量%的硅(Si)、以及余量的铁(Fe)，其中所述Mn和所述Ni的组合浓度为大于或等于约2重量%至小于或等于约8重量%。

在一个方面，所述钢组合物还包含浓度为大于0重量%至小于或等于约5重量%的钼(Mo)、浓度为大于0重量%至小于或等于约5重量%的钨(W)、浓度为大于0重量%至小于或等于约5重量%的铝(Al)、浓度为大于0重量%至小于或等于约5重量%的铜(Cu)、或其组合，其中，当所述Cu和所述Mo都存在于所述钢组合物中时，所述Cu和所述Mo的组合浓度为小于或等于约5重量%。

在一个方面，所述钢组合物包含Cu，其中在经受压制硬化之后表面氧化物层还包含所述Cu的氧化物。

在一个方面，所述钢组合物还包含浓度为大于0重量%至小于或等于约0.5重量%的钒(V)、浓度为大于0重量%至小于或等于约0.5重量%的铌(Nb)、浓度为大于0重量%至小于或等于约0.5重量%的钛(Ti)、或其组合，其中，当所述钢组合物中存在所述V、所述Nb或所述Ti中的至少两种时，所述V、所述Nb或所述Ti中的所述至少两种的组合浓度为小于或等于约0.5重量%。

在一个方面，所述钢组合物为卷取板(coiled sheet)形式。

在各个方面，本技术还提供了一种PHS，其包括合金芯部和在PHS的热成型过程中在所述合金芯部的表面上形成的氧化物层，所述合金芯部具有浓度为大于或等于约0.02重量%至小于或等于约0.45重量%的碳(C)、浓度为大于或等于0重量%至小于或等于约8重量%的锰(Mn)、浓度为大于或等于0重量%至小于或等于约8重量%的镍(Ni)、浓度为大于或等于约11重量%至小于或等于约17重量%的铬(Cr)、浓度为大于或等于约1重量%至小于或等于约3重量%的硅(Si)、浓度为大于0重量%至小于或等于约5重量%的钼(Mo)、浓度为大于0重量%至小于或等于约5重量%的钨(W)、浓度为大于0重量%至小于或等于约5重量%的铝(Al)、浓度为大于0重量%至小于或等于约5重量%的铜(Cu)、以及余量的铁(Fe)，其中所述Mn和所述Ni的组合浓度为大于或等于约2重量%至小于或等于约8重量%，并且其中所述Cu和所述Mo的组合浓度为大于0重量%至小于或等于约5重量%，所述氧化物层包含所述Cr、所述Si或所述Cu中的至少一种的氧化物。

在一个方面，所述Cr和所述Si的组合浓度为大于或等于约15重量%至小于或等于约20重量%。

在一个方面，所述PHS还包含选自浓度为大于0重量%至小于或等于约0.5重量%的钒(V)、浓度为大于0重量%至小于或等于约0.5重量%的铌(Nb)、浓度为大于0重量%至小于或等于约0.5重量%的钛(Ti)、及其组合的元素，其中，当所述钢组合物中存在所述V、所述Nb或所述Ti中的至少两种时，所述V、所述Nb或所述Ti中的所述至少两种的组合浓度为小于或等于约0.5重量%。

在一个方面，所述氧化物层是均匀且连续的。

在一个方面，所述氧化物层具有大于或等于约5 nm至小于或等于约10μm的厚度。

在一个方面，所述PHS的强度为大于或等于约500 MPa至小于或等于约2000 MPa。

在一个方面，所述合金芯部包含小于或等于约20μm的原奥氏体晶粒尺寸。

在各个方面，本技术还包括一种汽车零部件，其包括所述PHS。

在各个方面，本技术还进一步包括制造PHS部件的方法，所述方法包括将坯料加热到大于或等于约850℃至小于或等于约950℃的温度以形成经加热的坯料，所述坯料包含钢组合物，所述钢组合物包含浓度为大于或等于约0.02重量%至小于或等于约0.45重量%的碳(C)、浓度为大于或等于0重量%至小于或等于约8重量%的锰(Mn)、浓度为大于或等于0重量%至小于或等于约8重量%的镍(Ni)、浓度为大于或等于约11重量%至小于或等于约17重量%的铬(Cr)、浓度为大于或等于约1重量%至小于或等于约3重量%的硅(Si)、浓度为大于0重量%至小于或等于约5重量%的钼(Mo)、浓度为大于0重量%至小于或等于约5重量%的钨(W)、浓度为大于0重量%至小于或等于约5重量%的铝(Al)、浓度为大于0重量%至小于或等于约5重量%的铜(Cu)、以及余量的铁(Fe)，其中所述Mn和所述Ni的组合浓度为大于或等于约2重量%至小于或等于约8重量%，并且其中所述Cu和所述Mo的组合浓度为大于0重量%至小于或等于约5重量%；将所述经加热的坯料通过空气转移至模具，其中在所述转移过程中所述经加热的坯料冷却了大于或等于约150℃至小于或等于约250℃；将所述经加热的坯料压入模具中以形成具有预定形状的结构体；以及将所述结构体淬火至小于或等于约所述钢组合物的马氏体相变结束(M_f)温度且大于或等于约室温的温度以形成所述PHS部件，其中所述PHS部件具有包含C、Mn、Ni、Cr、Si、Cu、Mo和Fe的合金芯部以及在所述合金芯部的表面上形成的氧化物层，所述氧化物层是连续且均匀的并且包含Cr、Si或Cu中的至少一种的氧化物，并且其中所述PHS部件在不进行去氧化皮的情况下形成并且不含镀层。

在一个方面，所述钢组合物和所述合金芯部还包含选自浓度为大于0重量%至小于或等于约0.5重量%的钒(V)、浓度为大于0重量%至小于或等于约0.5重量%的铌(Nb)、浓度为大于0重量%至小于或等于约0.5重量%的钛(Ti)、及其组合的元素，其中，当所述钢组合物中存在所述V、所述Nb或所述Ti中的至少两种时，所述V、所述Nb或所述Ti中的所述至少两种的组合浓度为小于或等于约0.5重量%。

在一个方面，所述方法在淬火之后不包括二次热处理。

在一个方面，所述方法还包括热处理所述PHS部件，所述热处理包括将所述PHS部件加热到大于或等于约100℃至小于或等于约300℃的温度持续大于或等于约1分钟至小于或等于约100分钟。

在一个方面，所述坯料基本上不含镀层。

在一个方面，所述PHS部件是选自电池托盘部件、货箱垫(bed liner)、车轮、车柱(pillar)、托架(bracket)、保险杠、上边梁(roof rail)、下边梁(rocker rail)、门槛(rocker)、控制臂、杆(beam)、通道(tunnel)、踏步板(step)、副车架构件(subframemember)、底壳(pan)、板件(panel)和加强板件的汽车零部件。

从本文提供的描述中，进一步的适用领域将变得显而易见。本发明内容中的描述和具体实例仅意在用于说明的目的，而非意在限制本公开的范围。

附图说明

本文描述的附图仅用于所选实施例而非所有可能实施方式的说明性目的，并且不旨在限制本公开的范围。

图1是示出根据本技术的各个方面的制造PHS部件的方法的流程图。

图2是显示用于根据本技术的各个方面加工钢组合物的热压方法的温度vs.时间的曲线图。

图3是根据本技术的各个方面的PHS的图示。

图4是具有由根据本技术的钢组合物构成的板件的汽车的图示。

图5是具有由根据本技术的钢组合物构成的货箱垫的皮卡车斗(pickup box)的图示。

图6是具有由根据本技术的钢组合物构成的部件的电池托盘的分解图示。

图7A是由根据本技术的经受在约930℃下加热约6分钟的钢组合物得到的应力-应变曲线图。

图7B是由根据本技术的经受在约850℃下加热约10分钟的钢组合物得到的应力-应变曲线图。

图8是由根据本技术的分别经受在约930℃下加热约6分钟和在约850℃下加热约10分钟的第一钢组合物和第二钢组合物，以及经受在约930℃下加热约6分钟的对比22MnB5钢得到的极化曲线图。

在附图的几个视图中，相应的附图标记表示相应的零部件。

具体实施方式

提供了示例性实施方案，使得本公开将是彻底的，并将范围充分传达给本领域技术人员。阐述了许多具体细节，如具体组合物、部件、装置和方法的实例，以提供对本公开的实施方案的透彻理解。对于本领域技术人员显而易见的是，不需要采用具体细节，示例性实施方案可以以许多不同的形式来体现，并且均不应当解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施方案中，没有详细描述公知的工艺、公知的装置结构和公知的技术。

本文所用的术语仅为了描述特定的示例性实施方案的目的，而非意在是限制性的。除非上下文清楚地另行指明，否则本文所用的单数形式“一个”、“一种”和“该”意在也可以包括复数形式。术语“包含”、“包括”、“含有”和“具有”是包容性的，因此规定了所述特征、要素、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特征、整数、步骤、操作、要素、组分和/或其集合的存在或加入。尽管开放式术语“包含”要理解为用于描述和要求保护本文阐述的各种实施方案的非限制性术语，但在某些方面，该术语可以替代地理解为更具限制性和约束性的术语，如“由……组成”或“基本由……组成”。因此，对于叙述组合物、材料、组分、要素、特征、整数、操作和/或工艺步骤的任何给定实施方案，本公开还具体包括由或基本由这样叙述的组合物、材料、组分、要素、特征、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，替代实施方案排除任何附加的组合物、材料、组分、要素、特征、整数、操作和/或工艺步骤，而在“基本由……组成”的情况下，从这样的实施方案中排除实质上影响基本和新颖特性的任何附加的组合物、材料、组分、要素、特征、整数、操作和/或工艺步骤，但是在该实施方案中可以包括不会实质上影响基本和新颖特性的任何组合物、材料、组分、要素、特征、整数、操作和/或工艺步骤。

除非明确确定为一定的实施次序，否则本文中描述的任何方法步骤、工艺和操作不应解释为必定要求它们以所论述或例示的特定次序来实施。还要理解的是，除非另行指明，否则可以采用附加或替代的步骤。

当部件、要素或层被提到“位于”、“啮合到”、“接合到”或“连接到”另一要素或层上时，其可以直接位于、啮合到、接合到或连接到该另一部件、要素或层上，或者可能存在中间要素或层。相比之下，当要素被提到“直接位于”、“直接啮合到”、“直接接合到”或“直接连接到”另一要素或层上时，可以不存在中间要素或层。用于描述要素之间的关系的其它词语应以类似方式解释（例如，“在……之间”vs“直接在……之间”，“相邻”vs“直接相邻”等等）。本文所用的术语“和/或”包括相关列举项中的一个或多个的任意和所有组合。

尽管在本文中可以使用术语第一、第二、第三等等来描述各种步骤、要素、部件、区域、层和/或区段，但除非另行指明，否则这些步骤、要素、部件、区域、层和/或区段不应受这些术语限制。这些术语可以仅用于将一个步骤、要素、部件、区域、层或区段与另一步骤、要素、部件、区域、层或区段进行区分。除非上下文清楚地指明，否则术语如“第一”、“第二”和其它数值术语在本文中使用时并不暗示次序或顺序。因此，下文讨论的第一步骤、要素、部件、区域、层或区段可以被称作第二步骤、要素、部件、区域、层或区段，而不背离该示例性实施方案的教导。

为了便于描述，在本文中可以使用空间或时间上相对的术语，如“之前”、“之后”、“内”、“外”、“下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等等描述如图中所示的一个要素或特征与另外一个或多个要素或特征的关系。除了图中描绘的取向之外，空间或时间上相对的术语可以意在涵盖装置或系统在使用或操作中的不同取向。

在本公开通篇中，数值代表近似测量值或范围界限以涵盖与给定值的微小偏差和具有大致所述值的实施方案以及具有确切所述值的实施方案。除了在具体实施方式最后提供的工作实施例中之外，本说明书（包括所附权利要求书）中的参数（例如量或条件）的所有数值要理解为在所有情况下均被术语“约”修饰，无论“约”是否实际出现在该数值前。“约”表示所述数值允许一定程度上的轻微不精确性（一定程度上靠近该值的精确性；大致或合理地接近该值；近乎）。如果由“约”提供的不精确性在本领域中不以这种普通含义另行理解，那么本文所用的“约”至少表示可能由测量和使用此类参数的普通方法引起的变化。例如，“约”可以包含小于或等于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%、以及在某些方面任选小于或等于0.1%的变化。

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

现在将参照附图更充分地描述示例性实施方案。

如上文所讨论的，存在与将未镀覆的PHS去氧化皮和将PHS镀覆相关的某些缺点。此外，一些未镀覆的PHS还经受腐蚀。因此，本技术提供了一种钢组合物，其被配置为热冲压成具有预定形状而不含镀层且不需要进行去氧化皮并且表现出长期耐腐蚀性的压制硬化部件。

所述钢组合物为卷材或片材的形式，并且包含碳(C)、锰(Mn)和/或镍(Ni)、铬(Cr)、硅(Si)和铁(Fe)。在一些方面，所述钢组合物还包含铌(Nb)、钒(V)或钛(Ti)中的至少一种。在其它方面，所述钢组合物还进一步包含选自钼(Mo)、钨(W)、铝(Al)、铜(Cu)、及其组合的附加元素。所述钢组合物不含或基本上不含镀层，其中“基本上不含”是指所述钢组合物未经有意镀覆，而是可以含有至少一个不连续部分，所述不连续部分包括作为杂质的不可避免的表面层。在热冲压工艺过程中，Cr、Si、Ni (当存在时)和Cu (当存在时)的部分迁移到所得PHS的表面并与大气氧结合形成包含富含Cr、Si、Ni (当存在时)或Cu (当存在时)中至少一种的部分的一种或多种氧化物的连续氧化物层。所述氧化物层抵抗，即防止、抑制或尽量减少进一步的氧化和腐蚀。换句话说，所述氧化物层保护PHS免受腐蚀性氧化。因此，不需要去氧化皮步骤，例如喷丸处理或喷砂处理。

C以大于或等于约0.02重量%至小于或等于约0.45重量%、大于或等于约0.1重量%至小于或等于约0.45重量%、或者大于或等于约0.1重量%至小于或等于约0.3重量%及其子范围的浓度存在于钢组合物中。在各个方面，所述钢组合物以约0.02重量%、约0.05重量%、约0.075重量%、约0.1重量%、约0.12重量%、约0.14重量%、约0.16重量%、约0.18重量%、约0.2重量%、约0.22重量%、约0.24重量%、约0.26重量%、约0.28重量%、约0.3重量%、0.32重量%、约0.34重量%、约0.36重量%、约0.38重量%、约0.4重量%、约0.42重量%、约0.44重量%或约0.45重量%的浓度包含C。C为钢组合物提供强度和淬透性。

所述组合物以大于或等于约2重量%至小于或等于约8重量%的总组合浓度，例如以约2重量%、约2.5重量%、约3重量%、约3.5重量%、约4重量%、约4.5重量%、约5重量%、约5.5重量%、约6重量%、约6.5重量%、约7重量%、约7.5重量%、或约8重量%的总组合浓度包含Mn或Ni中的至少一种。因此，Mn以大于或等于0重量%至小于或等于约8重量%或者大于或等于约2重量%至小于或等于约8重量%及其子范围的浓度存在于钢组合物中。在各个方面，所述钢组合物以0重量%、约0.5重量%、约1重量%、约1.5重量%、约2重量%、约2.5重量%、约3重量%、约3.5重量%、约4重量%、约4.5重量%、约5重量%、约5.5重量%、约6重量%、约6.5重量%、约7重量%、约7.5重量%或约8重量%的浓度包含Mn。此外，Ni以大于或等于0重量%至小于或等于约8重量%或者大于或等于约2重量%至小于或等于约8重量%及其子范围的浓度存在于钢组合物中。在各个方面中，所述钢组合物以0重量%、约0.5重量%、约1重量%、约1.5重量%、约2重量%、约2.5重量%、约3重量%、约3.5重量%、约4重量%、约4.5重量%、约5重量%、约5.5重量%、约6重量%、约6.5重量%、约7重量%、约7.5重量%、或约8重量%的浓度包含Ni。因此，所述钢组合物包含大于或等于约0重量%至小于或等于约8重量%的Mn和大于或等于约0重量%至小于或等于约8重量%的Ni，条件是Mn和Ni的总组合浓度为大于或等于约2重量%至小于或等于约8重量%。Mn和Ni提供低于常规马氏体不锈钢的奥氏体化温度的奥氏体化温度(A_c3)以及淬透性。Mn还可有效降低马氏体相变开始(M_s)温度，从而促进热成型后有益残余奥氏体的形成。

Cr以大于或等于约11重量%至小于或等于约17重量%及其子范围的浓度存在于钢组合物中。在各个方面，所述钢组合物以约11重量%、约11.5重量%、约12重量%、约12.5重量%、约13重量%、约13.5重量%、约14重量%、约14.5重量%、约15重量%、约15.5重量%、约16重量%、约16.5重量%、或约17重量%的浓度包含Cr。Cr提供抗氧化性和耐腐蚀性以及淬透性。

Si以大于或等于约1重量%至小于或等于约3重量%及其子范围的浓度存在于钢组合物中。在各个方面，所述钢组合物以约1重量%、约1.5重量%、约2重量%、约2.5重量%、或约3重量%的浓度包含Si。Si提供抗氧化性和耐腐蚀性以及淬透性。

在一些方面，所述钢组合物以大于或等于约12重量%至小于或等于约20重量%的总组合浓度，例如以约12重量%、约12.5重量%、约13重量%、约13.5重量%、约14重量%、约14.5重量%、约15重量%、约15.5重量%、约16重量%、约16.5重量%、约17重量%、约17.5重量%、约18重量%、约18.5重量%、约19重量%、约19.5重量%、或约20重量%的总组合浓度包含Cr和Si。Cr和Si的组合添加可以显著地改善在高温和室温下的抗氧化性和耐腐蚀性。

Fe构成所述钢组合物的余量。

在一些方面，所述钢组合物以大于或等于0重量%至小于或等于约0.5重量%、大于或等于约0.01重量%至小于或等于约0.5重量%、或者大于或等于约0.1重量%至小于或等于约0.5重量%及其子范围的单独且独立的浓度包含Nb、V或Ti中的至少一种。在各个方面，所述钢组合物以0重量%、约0.01重量%、约0.02重量%、约0.04重量%、约0.06重量%、约0.08重量%、约0.1重量%、约0.15重量%、约0.2重量%、约0.25重量%、约0.3重量%、约0.35重量%、约0.4重量%、约0.45重量%、或约0.5重量%的单独且独立的浓度包含Nb、V或Ti中的至少一种。在其它方面，所述钢组合物以大于或等于0重量%至小于或等于约0.5重量%、大于或等于约0.01重量%至小于或等于约0.5重量%、或者大于或等于约0.1重量%至小于或等于约0.5重量%及其子范围的总组合浓度包含Nb、V或Ti中的至少一种。在各个方面，所述钢组合物以0重量%、约0.01重量%、约0.02重量%、约0.04重量%、约0.06重量%、约0.08重量%、约0.1重量%、约0.15重量%、约0.2重量%、约0.25重量%、约0.3重量%、约0.35重量%、约0.4重量%、约0.45重量%、或约0.5重量%的总组合浓度包含Nb、V或Ti中的至少一种。

如上文所讨论的，在一些方面，所述钢组合物还可包含选自Mo、W、Al、Cu及其组合的附加元素。所述附加元素以大于或等于约0重量%至小于或等于约5重量%的单独且独立的浓度存在，即以小于或等于约5重量%，包括以0重量%、约0.5重量%、约1重量%、约1.5重量%、约2重量%、约2.5重量%、约3重量%、约3.5重量%、约4重量%、约4.5重量%、或约5重量%的浓度存在。在其它方面，所述钢组合物以大于或等于约0重量%至小于或等于约5重量%的总组合浓度包含附加元素，即以小于或等于约5重量%，包括以0重量%、约0.5重量%、约1重量%、约1.5重量%、约2重量%、约2.5重量%、约3重量%、约3.5重量%、约4重量%、约4.5重量%、或约5重量%的浓度包含附加元素。

所述钢组合物还可包含不可避免的杂质。如本文所用，“杂质”是浓度为小于或等于约0.1重量%的元素，其并非有意添加到钢组合物中。

所述钢组合物可以以其上述各自的浓度包含C、Mn、Ni、Cr、Si、Nb、V、Ti、Mo、W、Al、Cu和Fe (其中C、Mn和/或Ni、Cr、Si和Fe是所需的组分)的各种组合。在一些方面，所述钢组合物基本上由C、Mn、Ni、Cr、Si和Fe (以及任选的Nb、V或Ti中的至少一种和任选的附加元素)或C、Mn、Cr、Si和Fe (以及任选的Nb、V或Ti中的至少一种和任选的附加元素)或C、Ni、Cr、Si和Fe (以及任选的Nb、V或Ti中的至少一种和任选的附加元素)组成。如上所述，术语“基本上由……组成”是指钢组合物不包含实质上影响钢组合物(例如当成型为PHS部件时不需要镀层或去氧化皮并表现出长期耐腐蚀性的钢组合物)的基本和新颖特性的另外的组合物、材料、组分、元素和/或特征，但可以包含实质上不影响钢组合物的基本和新颖特性的任何组合物、材料、组分、元素和/或特征，例如如上定义的杂质。因此，作为非限制性实例，当所述钢组合物基本上由C、Mn、Ni、Cr、Si、Nb、V、Ti、Cu和Fe组成时，所述钢组合物还可以以小于或等于约0.1重量%的浓度包含任何其它元素，包括本文未讨论的那些，条件是它们不会实质上影响钢组合物的基本和新颖特性。

在一个方面，所述钢组合物包含C、Mn、Ni、Cr、Si、Nb、V、Ti、Mo、W、Al、Cu和Fe，基本上由其组成，或由其组成。

在一个方面，所述钢组合物包含C、Mn、Ni、Cr、Si、V、Ti、Mo、W、Al、Cu和Fe，基本上由其组成，或由其组成。

在一个方面，所述钢组合物包含C、Mn、Ni、Cr、Si、Nb、Ti、Mo、W、Al、Cu和Fe，基本上由其组成，或由其组成。

在一个方面，所述钢组合物包含C、Mn、Ni、Cr、Si、Nb、V、Mo、W、Al、Cu和Fe，基本上由其组成，或由其组成。

在一个方面，所述钢组合物包含C、Mn、Ni、Cr、Si、Nb、V、Ti、W、Al、Cu和Fe，基本上由其组成，或由其组成。

在一个方面，所述钢组合物包含C、Mn、Ni、Cr、Si、Nb、V、Ti、Mo、Al、Cu和Fe，基本上由其组成，或由其组成。

在一个方面，所述钢组合物包含C、Mn、Ni、Cr、Si、Nb、V、Ti、Mo、W、Cu和Fe，基本上由其组成，或由其组成。

在一个方面，所述钢组合物包含C、Mn、Ni、Cr、Si、Nb、V、Ti、Mo、W、Al和Fe，基本上由其组成，或由其组成。

在一个方面，所述钢组合物包含C、Mn、Cr、Si、Nb、V、Ti、Mo、W、Al、Cu和Fe，基本上由其组成，或由其组成。

在一个方面，所述钢组合物包含C、Mn、Cr、Si、V、Ti、Mo、W、Al、Cu和Fe，基本上由其组成，或由其组成。

在一个方面，所述钢组合物包含C、Mn、Cr、Si、Nb、Ti、Mo、W、Al、Cu和Fe，基本上由其组成，或由其组成。

在一个方面，所述钢组合物包含C、Mn、Cr、Si、Nb、V、Mo、W、Al、Cu和Fe，基本上由其组成，或由其组成。

在一个方面，所述钢组合物包含C、Mn、Cr、Si、Nb、V、Ti、W、Al、Cu和Fe，基本上由其组成，或由其组成。

在一个方面，所述钢组合物包含C、Mn、Cr、Si、Nb、V、Ti、Mo、Al、Cu和Fe，基本上由其组成，或由其组成。

在一个方面，所述钢组合物包含C、Mn、Cr、Si、Nb、V、Ti、Mo、W、Cu和Fe，基本上由其组成，或由其组成。

在一个方面，所述钢组合物包含C、Mn、Cr、Si、Nb、V、Ti、Mo、W、Al和Fe，基本上由其组成，或由其组成。

在一个方面，所述钢组合物包含C、Ni、Cr、Si、Nb、V、Ti、Mo、W、Al、Cu和Fe，基本上由其组成，或由其组成。

在一个方面，所述钢组合物包含C、Ni、Cr、Si、V、Ti、Mo、W、Al、Cu和Fe，基本上由其组成，或由其组成。

在一个方面，所述钢组合物包含C、Ni、Cr、Si、Nb、Ti、Mo、W、Al、Cu和Fe，基本上由其组成，或由其组成。

在一个方面，所述钢组合物包含C、Ni、Cr、Si、Nb、V、Mo、W、Al、Cu和Fe，基本上由其组成，或由其组成。

在一个方面，所述钢组合物包含C、Ni、Cr、Si、Nb、V、Ti、W、Al、Cu和Fe，基本上由其组成，或由其组成。

在一个方面，所述钢组合物包含C、Ni、Cr、Si、Nb、V、Ti、Mo、Al、Cu和Fe，基本上由其组成，或由其组成。

在一个方面，所述钢组合物包含C、Ni、Cr、Si、Nb、V、Ti、Mo、W、Cu和Fe，基本上由其组成，或由其组成。

在一个方面，所述钢组合物包含C、Ni、Cr、Si、Nb、V、Ti、Mo、W、Al和Fe，基本上由其组成，或由其组成。

参照图1，本技术还提供了制造PHS部件20的方法10。更具体地，该方法包括热压上述钢组合物以形成PHS部件。钢组合物以裸露形式加工，即不含任何镀层，例如Al-Si或Zn(镀锌)镀层。此外，该方法不会导致在PHS部件上形成氧化皮，并且不包括去氧化皮步骤，即不包括喷丸处理、喷砂处理或任何其它用于制备光滑和均质表面的方法。

方法10包括获得根据本技术的钢组合物的卷材12和从卷材12切割坯料14。坯料14可以替代地从不是卷材形式的钢组合物的片材切割。所述钢组合物是裸露的，即未镀覆的。方法10还包括热压坯料14。在这方面，方法10包括通过在炉16中将坯料14加热到高于其下临界温度(A_c1)或上临界温度(A_c3)的温度来奥氏体化坯料14，以至少部分地(即，部分或完全地)奥氏体化钢组合物。在A_c1和A_c3之间的温度下，所述钢组合物被部分地奥氏体化，包含铁素体、奥氏体和碳化物。所述钢组合物可在高于A_c3的温度下完全或部分地奥氏体化，例如包含奥氏体和富Cr碳化物。将坯料14加热到大于或等于约850℃至小于或等于约950℃的温度，例如加热到约850℃、约860℃、约870℃、约880℃、约890℃、约900℃、约910℃、约920℃、约930℃、约940℃、或约950℃。将经加热的坯料14转移至模具或压机18，任选地通过机械臂(未示出)来进行。所述转移在空气中进行，由此经加热的坯料14的温度降低了大于或等于约150℃至小于或等于约250℃，例如降低了约150℃、约175℃、约200℃、约225℃、或约250℃的温度。然后，方法10包括在模具或压机18中冲压坯料14以形成具有预定形状的结构体，并在空气中、在水中或者在模具或压机18中将该结构体淬火至小于或等于约所述钢组合物的马氏体相变结束(M_f)温度且大于或等于约室温或环境温度的温度以形成PHS部件20。临界冷却速率，即最小冷却速率，为约2℃/s。因此，淬火包括在空气中、在水中或者在模具或压机18中以大于或等于约2℃/s的速率使所述结构体的温度降低。

方法10不包括去氧化皮步骤。因此，方法10不包括例如喷丸处理或喷砂处理的步骤。由于所述钢组合物是裸露的，因此PHS部件20不含且不包括例如不连续氧化物层、Zn层或Al-Si镀层。如本文所用，“不连续氧化物层”是应当通过例如去氧化皮或喷丸处理从PHS部件的表面去除的不均匀的层或多个氧化物层簇或岛。

在一些方面，方法10在淬火之后也不进行热处理。然而，在其它方面，方法10包括热处理PHS部件20(即热处理)。热处理包括将PHS部件加热到大于或等于约100℃至小于或等于约300℃的温度，例如加热到约100℃、约125℃、约150℃、约175℃、约200℃、约225℃、约250℃、约275℃、或约300℃的温度。加热进行大于或等于约1分钟至小于或等于约100分钟的时间段，例如加热约1分钟、约10分钟、约20分钟、约30分钟、约40分钟、约50分钟、约60分钟、约70分钟、约80分钟、约90分钟、或约100分钟。

如下面更详细地讨论的，PHS部件20包括包含合金基体(具有钢组合物的组分)以及在合金基体上形成的包含Cr、Si或当存在时的Cu中的至少一种的氧化物的均匀且连续的氧化物层的PHS。“连续的”是指氧化物层覆盖了PHS部件的全部或基本上全部(即大于或等于约90%)的暴露表面。“均匀的”是指氧化物层的厚度变化小于或等于约20%。

图2显示了提供关于图1的方法10的附加细节的曲线图50。曲线图50具有表示温度的y轴52和表示时间的x轴54。曲线图50上的线56表示热压过程中的加热条件。在此，将坯料14在炉16中加热到高于钢组合物的上临界温度(A_c3) 60的最终温度58，以至少部分地奥氏体化钢组合物并形成经加热的坯料14。最终温度58为大于或等于约850℃至小于或等于约950℃。然后，将经加热的坯料14转移至模具或压机18。在转移过程中，经加热的坯料14的温度可降低大于或等于约150℃至小于或等于约250℃，即，经加热的坯料14被部分冷却。因此，经加热的坯料的温度降低到约A_c3温度60或更低，或者降低到比A_c3温度60低大于或等于约150℃至小于或等于约250℃的温度，此时将部分冷却的经加热的坯料14冲压或热成型为具有预定形状的结构体，然后以大于或等于约2℃s^-1、大于或等于约30℃s^-1、大于或等于约10℃s^-1、或者大于或等于约25℃s^-1的速率冷却，例如以约2℃s^-1、约4℃s^-1、约6℃s^-1、约8℃s^-1、约10℃s^-1、约12℃s^-1、约14℃s^-1、约16℃s^-1、约18℃s^-1、约20℃s^-1、约22℃s^-1、约24℃s^-1、约26℃s^-1、约28℃s^-1、约30℃s^-1、或更快的速率冷却，直到温度降低到低于马氏体相变结束(M_f)温度66，由此形成PHS部件20。

在一些方面，热压，即加热、冲压和淬火，在有氧气氛中进行。在其它方面，热压可以在无氧气氛中进行，例如通过将惰性气体供应到炉16或者模具或压机18中的至少一个中。惰性气体可以是本领域已知的任何惰性气体，作为非限制性实例，例如氮气(N)或氩气(Ar)。此外，PHS部件20可任选地经受热处理以进一步改善韧性和延性，如上文所讨论的。

PHS部件20包括PHS 80，如参照图3所示。PHS 80由通过上述方法热压上述钢组合物而得到。因此，通过上述方法制造的PHS部件20由PHS 80构成。

PHS 80包括包含钢组分的基体82 (也称为“合金基体”)和在基体的至少一个表面上形成的氧化物层84，其中氧化物层84是连续且均匀的。应当理解，图3仅显示了PHS 80的一部分的横截面图示，并且氧化物层84包围或覆盖了全部或基本上全部的基体82。合金基体82是由上述钢组合物形成的体相合金组合物。合金基体82也可称为“合金芯部”或“合金体”。PHS 80的极限抗拉强度(UTS)为大于或等于约500 MPa、大于或等于约750 MPa、大于或等于约1000 MPa、大于或等于约1250 MPa、大于或等于约1600 MPa、大于或等于约1700MPa、或者大于或等于约1800 MPa。在一些方面，PHS 80的UTS为大于或等于约500 MPa且小于或等于约2000 MPa。

基体82包含上述钢组合物的以其相应浓度的组分，并且具有包含小于或等于约20μm的原奥氏体晶粒尺寸的显微组织。

在热压工艺过程中，氧化物层84作为连续且均匀的层形成在基体82上并直接设置在其上，并且包含富含Cr、Si或当存在时的Cu中的至少一种的氧化物，包括Cr氧化物、Si氧化物、和/或Cu氧化物。

氧化物层84具有大于或等于约5 nm至小于或等于约10μm的厚度T_OL，例如约5 nm、约10 nm、约50 nm、约100 nm、约150 nm、约250 nm、约300 nm、约350 nm、约400 nm、约450nm、约500 nm、约550 nm、约600 nm、约650 nm、约700 nm、约750 nm、约800 nm、约850 nm、约900 nm、约950 nm、约1μm、约1.5μm、约2μm、约2.5μm、约3μm、约3.5μm、约4μm、约4.5μm、约5μm、约5.5μm、约6μm、约6.5μm、约7μm、约7.5μm、约8μm、约8.5μm、约9μm、约9.5μm、或约10μm的厚度。

在某些变型中，氧化物层84是连续的、均匀的且均质的。因此，氧化物层84提供了不含或基本上不含(即，包括小于或等于约10%的暴露表面)不连续氧化物层的暴露表面，并且不需要通过例如喷丸处理或喷砂处理对其进行去氧化皮。PHS 80不包括或不含并非由如上文所讨论的钢组合物或基体82形成的任何层。此外，PHS 80抵抗(即防止、抑制或尽量减少)进一步的表面氧化和长期腐蚀，并且在930℃下比在850℃下表现出更高的耐腐蚀性。基体82表现出相对于经受930℃持续6分钟的对比22MnB5钢改善的耐腐蚀性，并且其随着基体82被加热而改善。例如，在850℃下，基体82表现出约10^-4A/cm²的腐蚀电流密度，这与裸露的22MnB5钢类似。然而，在约930℃下，基体82表现出约10^-5A/cm²的较低腐蚀电流密度，其比在850℃下和裸露的22MnB5钢低一个数量级。此外，基体82在930℃下表现出相对于基体82在850℃下或裸露的22MnB5钢更高的腐蚀电位，后者表现出最低的腐蚀电位。

包括PHS 80的PHS部件20可以是通常通过热冲压制成的任何部件，例如交通工具零部件。具有适合通过本方法生产的零部件的交通工具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、移动房屋、露营车、滑翔机、飞机和坦克。在各个方面，PHS部件是选自电池托盘部件、货箱垫、车轮、车柱、托架、保险杠、上边梁、下边梁、门槛、控制臂、杆、通道、踏步板、副车架构件、底壳、板件和加强板件的汽车零部件。图4是具有可以包括PHS 80的板件的汽车100的图示，所述板件例如行李箱盖102、后保险杠104、门槛106、车门108、前保险杠110、挡泥板112和车顶114。图5显示了具有货箱垫122的皮卡车斗120，其也可以包括PHS 80。图6是电池托盘150的分解视图，其包括下护板152、托架154、框架156、闭式冷却系统(clodded cooling system)158、横向构件160和顶盖162。下护板152、托架154、框架156、闭式冷却系统158、横向构件160或顶盖162中的至少一个可以包括PHS部件20。

通过以下非限制性实施例进一步说明本技术的实施方案。

实施例

对包含0.18重量% C、6.3重量% Mn、15.9重量% Cr、1.9重量% Si、0.23重量% V和0.006重量% N的示例性钢组合物进行如本文所讨论的热压以形成PHS。将PHS的第一样品加热到约930℃持续约6分钟，并将PHS的第二样品加热到约850℃持续约10分钟。作为对比样品，将22MnB5裸钢加热到约930℃持续约6分钟。然后，对第一样品和第二样品以一式三份施以负荷，在此过程中测量应力和应变。图7A和7B分别是标距长度为5 mm的第一样品和第二样品的应力-应变曲线图。每个曲线图具有表示工程应力(MPa)的y轴200和表示工程应变的x轴202。图7A的曲线204、206和208表示从第一样品获得的一式三份的结果。第一样品的平均抗拉强度和总伸长率分别为1170 MPa和20%。图7B的曲线210、212和214表示从第二样品获得的一式三份的结果。第二样品的平均抗拉强度和总伸长率分别为1000 MPa和21%。图8是具有表示电位(V)的y轴220和表示对数电流密度(log current density, A/cm²)的x轴222的极化曲线图。第一曲线224代表第一样品，第二曲线226代表第二样品，且第三曲线228代表对比样品。如由第一曲线224、第二曲线226和第三曲线228可以看出，相对于第二样品经受更强烈加热的第一样品，相对于第二样品和对比样品，表现出优异的耐腐蚀性。

出于说明和描述的目的，已经提供了前面的实施方案的描述。其并非意在为详尽的或限制本公开。特定实施方案的各个要素或特征通常不限于该特定实施方案，而是在适当的情况下可以互换，并且即使未具体示出或描述也可以在所选实施方案中使用。其也可以以许多方式变化。这样的变化不应被认为是背离本公开，并且所有这样的修改意在被包括在本公开的范围内。

Claims

1.制造压制硬化钢(PHS)部件的方法，所述方法包括：

将坯料加热到大于或等于850℃至小于或等于950℃的温度以形成经加热的坯料，所述坯料包含钢组合物，所述钢组合物包含：

浓度为大于或等于0.02重量％至小于或等于0.45重量％的碳(C)；

浓度为大于或等于0重量％至小于或等于8重量％的锰(Mn)；

浓度为大于或等于0重量％至小于或等于8重量％的镍(Ni)；

浓度为大于或等于11重量％至小于或等于17重量％的铬(Cr)；

浓度为大于或等于1重量％至小于或等于3重量％的硅(Si)；

浓度为大于0重量％至小于或等于5重量％的钼(Mo)；

浓度为大于0重量％至小于或等于5重量％的钨(W)；

浓度为大于0重量％至小于或等于5重量％的铝(Al)；

浓度为大于0重量％至小于或等于5重量％的铜(Cu)；以及

余量的铁(Fe)，

其中所述Mn和所述Ni的组合浓度为大于或等于2重量％至小于或等于8重量％，和

其中所述Cu和所述Mo的组合浓度为大于0重量％至小于或等于5重量％；

将所述经加热的坯料通过空气转移至模具，其中在所述转移过程中所述经加热的坯料冷却了大于或等于150℃至小于或等于250℃；

将所述经加热的坯料压入模具中以形成具有预定形状的结构体；以及

将所述结构体淬火至小于或等于所述钢组合物的马氏体相变结束(M_f)温度且大于或等于室温的温度以形成所述PHS部件，

其中所述PHS部件包括：

合金芯部，其包含C、Mn、Ni、Cr、Si、Cu、Mo和Fe；以及

在所述合金芯部的表面上形成的氧化物层，所述氧化物层是连续且均匀的，并且包含Cr、Si或Cu中的至少一种的氧化物，和

其中所述PHS部件在不进行去氧化皮的情况下形成并且不含镀层。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述钢组合物和所述合金芯部还包含选自以下的元素：

浓度为大于0重量％至小于或等于0.5重量％的钒(V)；

浓度为大于0重量％至小于或等于0.5重量％的铌(Nb)；

浓度为大于0重量％至小于或等于0.5重量％的钛(Ti)；以及

它们的组合，

其中，当所述V、所述Nb或所述Ti中的至少两种存在于所述钢组合物中时，所述V、所述Nb或所述Ti中的所述至少两种的组合浓度为小于或等于0.5重量％。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括热处理所述PHS部件，所述热处理包括：

将所述PHS部件加热到大于或等于100℃至小于或等于300℃的温度持续大于或等于1分钟至小于或等于100分钟。