CN117337338A - 制造钢部件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于制造钢部件的方法，其包括以下顺序步骤：提供具有以下组成和以下显微组织的钢板：所述组成以重量百分比计包含C：0.05％至0.25％、Mn：3.5％至8％、Si：0.1％至2％、Al：0.01％至3％、S≤0.010％、P≤0.020％、N≤0.008％，以及任选地以重量百分比计包含以下元素中的一者或更多者：Cr：0％至0.5％、Mo：0％至0.25％，所述组成的剩余部分为铁和由熔炼产生的不可避免的杂质，所述显微组织以表面分数计包含10％至50％的残余奥氏体、50％或更多的铁素体、贝氏体和回火马氏体之和、少于5％的新鲜马氏体、少于2％的碳化物和严格多于0.4％且严格少于0.7％的奥氏体中碳[C]A含量；将所述钢板切割成预定形状以获得钢坯件；将钢坯件加热至(Md30‑150℃)至(Md30‑50℃)的温度T加温；在所述T加温温度下对经热处理的钢坯件进行冲压或剪切和成形以获得钢部件。
Description
本发明涉及用于由在热加工期间具有高扩孔率的钢板制造钢部件的方法。
为了制造各种产品例如用于机动车辆的车身结构件和车身面板的部件，已知使用由DP(Dual Phase，双相)钢或TRIP(Transformation Induced Plasticity，相变诱发塑性)钢制成的板。
TRIP钢的切割边缘的强度高度依赖于残余奥氏体的稳定性。事实上，当部件被切割时，不稳定的奥氏体可能失稳成马氏体，从而成为损害开始的潜在位点。为了限制这种影响，炼钢工业不断开发新的高强度钢和方法以获得具有改善的屈服强度和拉伸强度、良好的延性和可成形性，更具体地，良好的拉伸凸缘性的钢部件。
出版物WO2017131052公开了具有优异的热加工性和热加工之后的残余延性的可热加工的高强度钢板。该经退火的钢板在150℃的温度下的延伸率大于27％。为了实现这样的特性，奥氏体中的碳含量必须控制在0.4重量％以下，这是特殊的限制。事实上，为了确保残余奥氏体中的该低碳水平，经退火的钢板的冷却必须分两步来控制和进行：一步以50℃/秒的平均冷却速率冷却最高至500℃以及在该温度下的保持步骤例如电镀，以及以不小于10℃/秒的平均冷却速率从Ms冷却至室温的一个冷却步骤。此外，没有给出关于拉伸凸缘性(其是制造钢部件的关键特征)的信息。
因此，本发明的目的是解决上述问题并提供在常规工艺路线上容易加工的方法以由在热加工期间具有大于或等于25％的高扩孔率的钢获得钢部件。
本发明的目的通过提供根据权利要求1所述的方法来实现。所述方法还可以包括根据权利要求2至9中任一项所述的特征。
在下文中，术语“热切割(warm cutting)”是指其中在冲压或剪切之前对钢坯件进行加热的过程的一部分。
在下文中，术语“室温”是指20℃的温度。
现在将描述根据本发明的钢的组成，含量以重量百分比表示。
在下文中，Ae1表示平衡转变温度，低于该温度奥氏体完全不稳定，Ae3表示平衡转变温度，高于该温度奥氏体完全稳定，Ms表示马氏体开始温度，即在冷却时奥氏体开始转变为马氏体的温度。这些温度可以根据基于相应元素的重量百分比的式来计算：
Ae1＝670+15＊％Si-13＊％Mn+18＊％Al
Ae3＝890-20＊√％C+20＊％Si-30＊％Mn+130＊％Al
Ms＝560-(30＊％Mn+13＊％Si-15＊％Al+12＊％Mo)-600＊(1-exp(-0,96＊％C))
根据本发明，碳含量为0.05％至0.25％。高于0.25％的碳，奥氏体中的碳量高于目标值，消除了热切割的积极效果。此外，钢板的可焊性可能降低。如果碳含量低于0.05％，残余奥氏体分数不够稳定，无法获得足够的室温下的延伸率。在本发明的一个优选实施方案中，碳含量为0.05％至0.2％。更优选地，碳含量为0.1％至0.2％。
锰含量为3.5％至8％以获得足够的延伸率以及奥氏体的稳定。高于8％的添加，中心偏析的风险增加，不利于钢板和钢部件的延性。低于3.5％，最终组织包含不足的残余奥氏体分数，使得无法实现期望的延性。优选地，锰含量为3.5％至7％。更优选地，锰含量为3.5％至5％。
根据本发明，硅含量为0.1％至2％以使足够量的残余奥氏体稳定。高于2％，在表面处形成硅氧化物，这损害钢的可涂覆性。在本发明的一个优选实施方案中，硅含量为0.3％至1.5％。
根据本发明，铝含量为0.01％至3％，因为铝是用于在加工期间使呈液相的钢脱氧并增加退火工艺窗口的非常有效的元素。铝含量可以被添加最高至3％的最大值以避免出现夹杂物并避免氧化问题。
任选地，一些元素可以被添加到根据本发明的钢的组成中。
铬可以任选地被添加最高至0.5％。高于0.5％，注意到饱和效应，并且添加铬既无用又昂贵。
钼可以任选地被添加最高至0.25％以增加韧性。高于0.25％，考虑到所需要的特性，添加钼是昂贵且无效的。
钢的组成的剩余部分为铁和由熔炼产生的杂质。在这方面，P、S和N至少被认为是残余元素，其是不可避免的杂质。其含量对于S低于或等于0.010％，对于P低于或等于0.020％，对于N低于或等于0.008％。
现在将描述根据本发明的钢板的显微组织。所述钢板具有以表面分数计由以下组成的显微组织：10％至50％的残余奥氏体、50％或更多的铁素体、贝氏体和回火马氏体之和、少于5％的新鲜马氏体、少于2％的碳化物、严格多于0.4％且严格少于0.7％的奥氏体中碳[C]A含量，以及氮％N、硅％Si、锰％Mn、铬％Cr、镍％Ni、铜％Cu、钼％Mo的重量百分比和奥氏体中的碳[C]A使得Md30为200℃至350℃，Md30被定义为
Md30(℃)＝551-462＊([C]A+％N)-9.2＊％Si-8.1＊％Mn-13.7＊％Cr-29＊(％Ni+％Cu)-18.5＊(％Mo)
钢板的显微组织包含10％至50％的残余奥氏体以确保钢在室温下的高延性。
奥氏体中的碳含量严格高于0.4％以确保奥氏体的稳定性、大于10％的室温下的延伸率，并确保钢部件可以达到目标的扩孔率。高于0.7％，奥氏体过于稳定，并且钢坯件的热切割对扩孔率没有影响。该碳含量在热切割之前用XRD衍射来测量。
钢板的显微组织包含50％或更多的铁素体、贝氏体和回火马氏体之和。铁素体在钢板的均热期间形成。
在其中所提供的钢板为经历冷却和配分过程的经冷轧的钢板的本发明的优选实施方案中，回火马氏体在经冷轧的钢板的配分期间形成。在其中所提供的钢板为经热轧的钢板的本发明的优选实施方案中，回火马氏体是在高于经热轧的钢板的Ms的冷却期间形成的自回火马氏体。
如果铁素体、贝氏体和回火马氏体分数之和低于50％，则室温下的延伸率无法达到10％。
钢板的显微组织包含少于5％的新鲜马氏体。高于5％，新鲜马氏体使钢板的韧性降低。新鲜马氏体在钢板冷却至室温期间形成。此外，本发明的钢板的显微组织包含少于2％的碳化物。
氮％N、硅％Si、锰％Mn、铬％Cr、镍％Ni、铜％Cu、钼％Mo的重量百分比和奥氏体中的碳[C]A使得Md30为200℃至350℃。该Md30温度对应于在30％的变形之后50％的残余奥氏体转变为马氏体的温度。
根据本发明的钢部件可以通过任何合适的制造方法来生产，并且本领域技术人员可以限定一种制造方法。然而，优选使用根据本发明的方法，其包括以下步骤：
提供具有前述组成和显微组织的钢板并切割成预定形状以获得钢坯件。
然后将钢坯件加热至(Md30-150℃)至(Md30-50℃)的温度T加温以获得经热处理的钢坯件，以及在所述T加温温度下进行冲压或剪切，然后在所述T加温温度下进行成形以获得钢部件。高于(Md30-50℃)，奥氏体太稳定而不能获得扩孔率的改善。低于(Md30-150℃)，奥氏体失稳成马氏体并成为损害开始的潜在位点，导致低的扩孔率。
在本发明的一个优选实施方案中，为制造钢部件而提供的钢板通过以下顺序步骤来生产：
对具有上述组成的钢锭进行热轧以获得经热轧的钢板。然后将经热轧的钢板卷取至200℃至700℃的温度T卷取。在卷取之后，可以对所述板进行酸洗以除去氧化物。然后将经热轧的钢板退火至500℃至680℃的退火温度THBA以获得经热轧和退火的钢板。由于碳化物或奥氏体中的碳和锰浓度，该退火引起钢软化和最终退火之后奥氏体的稳定性。
然后对经热轧和退火的钢板进行冷轧以获得经冷轧的钢板。冷轧压下率优选为20％至80％。低于20％，随后的热处理期间的再结晶是不利的，这可能损害钢板的延性。高于80％，在冷轧期间存在边缘开裂的风险。
然后将经冷轧的钢板加热至高于或等于680℃且低于温度T1(T1为这样的温度：高于该温度在冷却之后形成多于5％的马氏体)的温度T均热并在所述均热温度T均热下保持短于500秒的均热时间t均热以保持细的残余奥氏体晶粒尺寸，并因此实现高强度和延性。
然后将经热处理的钢板冷却至室温以获得具有上述显微组织的钢板。
在本发明的另一个优选实施方案中，为制造钢部件而提供的钢板通过以下顺序步骤来生产：
对具有上述组成的钢锭进行热轧以获得经热轧的钢板。然后将经热轧的钢板卷取至200℃至700℃的温度T卷取。在卷取之后，可以对所述板进行酸洗以除去氧化物。然后将经热轧的钢板退火至500℃至680℃的退火温度THBA以获得经热轧和退火的钢板。由于碳化物或奥氏体中的高碳和锰浓度，该退火使得钢软化并有助于在最终退火期间使奥氏体稳定。
然后对经热轧和退火的钢板进行冷轧以获得经冷轧的钢板。冷轧压下率优选为20％至80％。低于20％，随后的热处理期间的再结晶是不利的，这可能损害钢板的延性。高于80％，在冷轧期间存在边缘开裂的风险。
然后将经冷轧的钢板加热至高于或等于780℃的温度T均热并在所述均热温度T均热下保持短于500秒的均热时间t均热以保持细的残余奥氏体晶粒尺寸，并因此实现高延性。
然后将经热处理的钢板冷却至20℃至(Ms-50℃)的温度TQ以及加热至150℃至550℃的配分温度TP并在所述配分温度TP下保持1秒至1800秒的配分时间tP。然后将经热处理的钢板冷却至室温以获得具有上述显微组织的钢板。
在另一个优选实施方案中，为制造钢部件而提供的钢板通过以下顺序步骤来生产：
对具有上述组成的钢锭进行热轧以获得经热轧的钢板。然后，将经热轧的钢板卷取至200℃至700℃的温度T卷取，然后冷却至室温。
根据本发明，加热至T加温的经热处理的钢的扩孔率HERT加温和所述钢在20℃下的扩孔率HER20℃使得(HERT加温-HER20℃)/HER20℃大于或等于50％。
优选地，加热至150℃的T加温的经热处理的钢的扩孔率HER150℃和所述钢在20℃下的扩孔率HER20℃使得(HER150℃-HER20℃)/HER20℃大于或等于50％。
HER根据ISO 16630来测量。
根据本发明，钢在室温下的延伸率El大于或等于10％。El根据ISO标准ISO 6892-1来测量。
在本发明的一个优选实施方案中，钢的HER20℃大于或等于10％。在本发明的另一个优选实施方案中，经热处理的钢的HER150℃大于或等于25％。
实施例
将其组成汇总在表1中的3个等级铸造成半成品并加工成钢板。
表1-组成
测试的组成汇总在下表中，其中元素含量以重量百分比表示。
钢A和B是根据本发明的，钢C在本发明之外
表2-钢板的工艺参数
将铸造的钢半成品在1200℃下再加热，热轧，然后在450℃下卷取。然后将经热轧的钢板加热至500℃至680℃的温度THBA并在所述温度下持续保持时间tHBA。然后以50％的压下率对经热轧和热处理的钢板进行冷轧，然后加热至均热温度T均热并在所述温度下持续保持时间t均热。在试验3和4中，将经热处理的钢板在低于Ms-50℃下淬火，然后加热至配分温度TP并在所述TP温度下持续保持时间tP。
然后将钢板冷却至室温。应用以下特定条件以获得经热处理的钢板：
带下划线的值：不能获得目标特性的参数
对钢板进行分析，对应的显微组织汇总在表3中。
表3-钢板的显微组织
确定钢板的显微组织：
带下划线的值：在本发明之外
[C]A对应于以重量百分比计奥氏体中的碳量。其用X射线衍射来测量。
显微组织中的相的表面分数通过以下方法来确定：从钢板中切割试样，抛光并用本身已知的试剂蚀刻以露出显微组织。此后通过扫描电子显微镜，例如用具有场发射枪的扫描电子显微镜(“FEG-SEM”，Field Emission Gun，Scanning Electron Microscope)在二次电子模式下以大于5000倍的放大倍数来检查截面。
铁素体的表面分数的确定通过在Nital或Picral/Nital试剂蚀刻之后的SEM观察来进行。
残余奥氏体的体积分数的确定通过X射线衍射来进行。
马氏体的类型的确定可以通过扫描电子显微镜来完成和量化。
碳化物的百分比通过用具有场发射枪的扫描电子显微镜(“FEG-SEM”)检查的板的截面和以大于15000倍的放大倍数的图像分析来确定。
然后将钢板切割以获得钢坯件。在室温(20℃)下分析钢坯件，对应的机械特性汇总在表4中。
然后将钢坯件再加热至150℃的温度T加温，然后在所述T加温温度下冲压或剪切。
对经热处理的钢坯件进行分析，对应的机械特性汇总在表4中。
表4-钢坯件的机械特性
带下划线的值：在本发明之外
nd：未确定的值
在试验1至3中，组成和制造条件对应于本发明。因此，获得期望的特性。与室温下的扩孔率HER20℃相比，150℃下的扩孔率HER150℃的增加特别突出了钢坯件的热切割的效果。
在试验4中，钢板的碳含量太高，使得奥氏体中的碳含量高。这意味着使奥氏体稳定，消除了热切割对扩孔率的影响。
与试验1和2相比，在试验5中，在更高的温度下对钢进行退火。因此，在内部形成了具有低碳含量的大量奥氏体，并因此比试验1和2更不稳定。因此，在冷却和热切割期间该奥氏体转变成新鲜马氏体。该量的新鲜马氏体使钢部件在室温下的延伸率小于10％。
Claims (9)
1.一种用于制造钢部件的方法，包括以下顺序步骤：
-提供具有以下组成和以下显微组织的钢板：所述组成以重量百分比计包含
C：0.05％至0.25％
Mn：3.5％至8％
Si：0.1％至2％
Al：0.01％至3％
S≤0.010％
P≤0.020％
N≤0.008％
以及任选地以重量百分比计包含以下元素中的一者或更多者：
Cr：0％至0.5％
Mo：0％至0.25％
所述组成的剩余部分为铁和由熔炼产生的不可避免的杂质，所述显微组织以表面分数计包含
-10％至50％的残余奥氏体
-50％或更多的铁素体、贝氏体和回火马氏体之和
-少于5％的新鲜马氏体
-少于2％的碳化物
-严格多于0.4重量％且严格少于0-7重量％的奥氏体中碳[C]A含量，
氮％N、硅％Si、锰％Mn、铬％Cr、镍％Ni、铜％Cu、钼％Mo的重量百分比和奥氏体中的碳[C]A使得Md30为200℃至350℃，Md30被定义为
Md30(℃)＝551-462＊([C]A+％N)-9.2＊％Si-8.1＊％Mn-13.7＊％Cr-29＊(％Ni+％Cu)-18.5＊(％Mo)
-将所述钢板切割成预定形状以获得钢坯件，
-将所述钢坯件加热至(Md30-150℃)至(Md30-50℃)的温度T加温以获得经热处理的钢坯件，
-在所述T加温温度下对所述经热处理的钢坯件进行冲压或剪切，
-在所述T加温温度下使所述经热处理的钢坯件成形以获得钢部件。
2.根据权利要求1所述的用于制造钢部件的方法，其中通过以下顺序步骤来提供所述钢板：
-对具有根据权利要求1所述的组成的钢锭进行热轧以获得经热轧的钢板，
-在200℃至700℃的卷取温度T卷取下对所述经热轧的钢板进行卷取，
-将所述经热轧的钢板退火至500℃至680℃的退火温度THBA以获得经热轧和退火的钢板，
-对所述经热轧和退火的钢板进行冷轧以获得经冷轧的钢板，
-将所述经冷轧的钢板加热至高于或等于680℃且低于温度T1的温度T均热并将所述经冷轧的钢板在所述均热温度T均热下保持短于500秒的均热时间t均热以获得经热处理的钢板，T1为这样的温度：高于该温度在冷却之后形成多于5％的马氏体，
-将所述经热处理的钢板冷却至室温。
3.根据权利要求1所述的用于制造钢部件的方法，其中通过以下顺序步骤来提供所述钢板：
-对具有根据权利要求1所述的组成的钢锭进行热轧以获得经热轧的钢板，
-在200℃至700℃的卷取温度T卷取下对所述经热轧的钢板进行卷取，
-将所述经热轧的钢板退火至500℃至680℃的退火温度THBA以获得经热轧和退火的钢板，
-对所述经热轧和退火的钢板进行冷轧以获得经冷轧的钢板，
-将所述经冷轧的钢板加热至高于或等于780℃的温度T均热并将所述经冷轧的钢板在所述均热温度T均热下保持短于500秒的均热时间t均热以获得经热处理的钢板，
-将所述经热处理的钢板冷却至20℃至(Ms-50℃)的温度TQ以及将所述经热处理的钢板加热至150℃至550℃的配分温度TP并将所述钢板在所述配分温度TP下保持1秒至1800秒的配分时间tP，
-将所述经热处理的钢板冷却至室温。
4.根据权利要求1所述的用于制造钢部件的方法，其中通过以下顺序步骤来提供所述钢板：
-对具有根据权利要求1所述的组成的钢锭进行热轧以获得经热轧的钢板，
-在200℃至700℃的卷取温度T卷取下对所述经热轧的钢板进行卷取，
-将所述经热轧的钢板冷却至室温。
5.根据权利要求1所述的用于制造钢部件的方法，其中所述T加温温度为50℃至250℃。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的用于制造钢部件的方法，其中所述经热处理的钢在T加温下的扩孔率HERT加温和所述钢在20℃下的扩孔率HER20℃使得
(HERT加温-HER20℃)/HER20℃≥50％。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的用于制造钢部件的方法，其中所述钢在20℃下的延伸率El大于或等于10％。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于制造钢部件的方法，其中所述钢的HER20℃大于或等于10％。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的用于制造钢部件的方法，其中所述经热处理的钢的HER150℃大于或等于25％。
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