DE102018121709A1

DE102018121709A1 - Verfahren zur wärmebehandlung von stahl

Info

Publication number: DE102018121709A1
Application number: DE102018121709.9A
Authority: DE
Inventors: Jiawei Ma; Qi Lu; Li Sun
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2018-09-05
Publication date: 2019-03-07
Also published as: CN109468444A; US20190071747A1

Abstract

Ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Stahlwerkstücks kann zwei Wärmebehandlungsstufen beinhalten. In der ersten Stufe kann das Stahlwerkstück auf eine erste Temperatur größer oder gleich seiner Temperatur A₁, aber kleiner als seine Temperatur A₃ erwärmt werden, um die Mikrostruktur des Stahlwerkstücks in eine mehrphasige Mikrostruktur einschließlich Ferritkörner und Austenitkörner mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser umzuwandeln. In der zweiten Stufe kann das Stahlwerkstück auf eine zweite Temperatur über der ersten Temperatur erwärmt werden, um den durchschnittlichen Korndurchmesser der Austenitkörner zu erhöhen. Danach kann das Stahlwerkstück mit einer Geschwindigkeit auf Umgebungstemperatur abgekühlt werden, die ausreicht, um einen Großteil der in der ersten und zweiten Wärmebehandlungsstufe erhaltenen Austenitkörner zurückzuhalten. Das wärmebehandelte Stahlwerkstück kann eine in einer Ferritmatrixphase bei Umgebungstemperatur dispergierte Restaustenitphase umfassen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Verfahren zur Wärmebehandlung von Stahl und insbesondere auf Verfahren zur Wärmebehandlung von Stahlwerkstücken, um deren Verformungsverhalten zu verbessern.
EINLEITUNG
Stahl wird häufig bei der Herstellung von Karosserieblechen und Tragkonstruktionen für Kraftfahrzeuge verwendet, darunter Rahmen, Schienen, Querträger, Säulen, Dächer, Seitenteile, Motorhauben und Kofferraumdeckel, um nur einige zu nennen. Verschiedene Formgebungsverfahren einschließlich Ziehen, Stanzen und Walzen können verwendet werden, um ein Stahlwerkstück plastisch zu verformen, um es zu verfestigen und/oder in eine gewünschte Form zu bringen. Abhängig von seiner Zusammensetzung und Mikrostruktur kann das Stahlwerkstück in manchen Belastungssituationen eine heterogene plastische Verformung erfahren, wobei sich die verformten Bereiche des Werkstücks unerwünscht als Vertiefungen, sogenannte Lüder-Bänder oder Dehnungsstreifen auf der Oberfläche des Stahlwerkstücks manifestieren. Verschiedene Verfahren zur Förderung der homogenen Verformung von Stahlwerkstücken wurden entwickelt, um die Bildung von Lüder-Bändern oder Dehnungsstreifen bei der Stahlumformung zu vermeiden. Derartige Verfahren führen jedoch häufig zu einem Verlust an Duktilität und/oder mechanischer Festigkeit und können das gleichmäßige Verformungsverhalten des Stahlwerkstücks nur für eine begrenzte Dauer verbessern.
KURZDARSTELLUNG
Ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Stahlwerkstücks mit einer polykristallinen Mikrostruktur. In Schritt (a) kann das Stahlwerkstück auf eine erste Temperatur größer als oder gleich seiner unteren Austenitumwandlungstemperatur A₁, aber kleiner als seine obere Austenitumwandlungstemperatur A₃ erhitzt werden, um die Mikrostruktur des Stahlwerkstücks in eine mehrphasige Mikrostruktur einschließlich Ferritkörner und Austenitkörner mit einem mittleren Korndurchmesser umzuwandeln. In Schritt (b) kann das Stahlwerkstück auf eine zweite Temperatur erhitzt werden, die größer als die erste Temperatur ist, um den durchschnittlichen Korndurchmesser der Austenitkörner im Stahlwerkstück zu erhöhen. In Schritt (c) kann das Stahlwerkstück auf Umgebungstemperatur mit einer Geschwindigkeit abgekühlt werden, die ausreicht, um einen Großteil der in den Schritten (a) und (b) erhaltenen Austenitkörner zurückzuhalten. Die resultierende Mikrostruktur des wärmebehandelten Stahlwerkstücks kann eine Restaustenitphase umfassen, die bei Umgebungstemperatur in einer Ferritmatrixphase dispergiert ist.
Das Stahlwerkstück kann 5-12% Mangan (Mn) und 0,1-0,3 % Kohlenstoff (C) umfassen.
Das Stahlwerkstück kann in Schritt (a) auf eine erste Temperatur von weniger als oder gleich 50 °C unterhalb der A₃ Temperatur des Stahlwerkstücks erwärmt werden.
Das Stahlwerkstück kann in Schritt (b) auf eine zweite Temperatur von mehr als oder gleich 100 °C unterhalb der Temperatur A₃ des Stahlwerkstücks und weniger als oder gleich 20 °C oberhalb der Temperatur A₃ des Stahlwerkstücks erwärmt werden.
Das Stahlwerkstück kann in Schritt (a) für eine Dauer von einer Sekunde bis zu hundert Stunden erwärmt werden. Darüber hinaus kann das Stahlwerkstück in Schritt (b) für eine Dauer von einer Sekunde bis 1000 Sekunden erwärmt werden.
Das Stahlwerkstück kann zwischen den Schritten (a) und (b) auf eine dritte Temperatur abgekühlt werden, die niedriger ist als die erste Temperatur.
Nach Schritt (c) können 10-100 % der Austenitkörner im Stahlwerkstück einen Durchmesser aufweisen, der größer ist als der durchschnittliche Korndurchmesser der Ferritmatrixphase.
Nach Schritt (c) kann die Restaustenitphase mindestens 30 Vol.-% der Mikrostruktur des Stahlwerkstücks ausmachen.
Nach Schritt (c) kann die Ferritmatrixphase mindestens 40 Vol.-% der Mikrostruktur des Stahlwerkstücks ausmachen.
Nach Schritt (c) kann das Stahlwerkstück ≤ 10 Vol.-% Martensit, Bainit, Perlit und/oder Zementit umfassen.
Nach Schritt (c) kann das Stahlwerkstück zu einem Formteil geformt werden, ohne dass während dessen Verformung eine Lüdersdehnung oder Streckgrenzendehnung auftritt.
Das Stahlwerkstück kann als warmgewalztes und kaltgewalztes Stahlblech ausgeführt sein.
Verfahren zur Herstellung eines Stahlteils. Es kann ein warmgewalztes und kaltgewalztes Stahlblech vorgesehen werden. Das Stahlblech kann eine polykristalline Mikrostruktur aufweisen und kann, bezogen auf das Gewicht, 0,1-0,3 % Kohlenstoff (C) und 5-12 % Mangan (Mn) umfassen. Das Stahlblech kann auf eine erste Temperatur von mehr als oder gleich seiner unteren Austenitumwandlungstemperatur A₁, aber kleiner als seine obere Austenitumwandlungstemperatur A₃ erhitzt werden, um die Mikrostruktur des Stahlblechs in eine mehrphasige Mikrostruktur einschließlich Ferritkörner und Austenitkörner mit einem mittleren Korndurchmesser umzuwandeln. Das Stahlblech kann auch auf eine zweite Temperatur erwärmt werden, die größer als die erste Temperatur ist, um den durchschnittlichen Korndurchmesser der Austenitkörner im Stahlblech zu erhöhen. Dann kann das Stahlblech auf Umgebungstemperatur mit einer Geschwindigkeit abgekühlt werden, die ausreicht, um einen Großteil der Austenitkörner in der Mikrostruktur des Stahlblechs zurückzuhalten, sodass das Stahlblech eine Restaustenitphase aufweist, die in einer Ferritmatrixphase bei Umgebungstemperatur dispergiert ist. Danach kann das Stahlblech zu einem Stahlformteil umgeformt werden.
Das warmgewalzte und kaltgewalzte Stahlblech kann eine Dicke im Bereich von 0,5 mm bis 6 mm aufweisen.
Das Stahlblech kann zu einem Stahlformteil geformt werden, ohne dass während dessen Verformung eine Lüdersdehnung oder Streckgrenzendehnung auftritt.
Nach der Umformung kann eine Außenfläche des Stahlformteils frei von Lüders-Bändern oder Spannungsstreifenmarkierungen sein.
Das Stahlformteil kann ein Karosserieblech oder eine Tragstruktur eines Kraftfahrzeugs umfassen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines mehrstufigen Prozesses zur Wärmebehandlung eines kohlenstoffarmen, mittelmanganhaltigen Stahlwerkstücks gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung eines Stahlformteils aus einem warmgewalzten, kaltgewalzten und wärmebehandelten Stahlwerkstück gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
3 ist eine Grafik der Temperatur über der Zeit, die einen Prozess zur Herstellung eines Werkstücks aus Manganstahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt veranschaulicht, der einen mehrstufigen Wärmebehandlungsprozess gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet;
4 ist eine Grafik der Temperatur über der Zeit, die einen Prozess zur Herstellung eines Werkstücks aus Manganstahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt darstellt, der einen mehrstufigen Wärmebehandlungsprozess gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung beinhaltet;
5 ist ein Elektronenrückstreubild (EBSD), das die Mikrostruktur eines kohlenstoffarmen, mittleren Manganstahlblechs veranschaulicht, das einem einstufigen Wärmebehandlungsprozess unterzogen wurde;
6 ist ein Elektronenrückstreubild (EBSD), das die Mikrostruktur eines kohlenstoffarmen, mittleren Manganstahlblechs veranschaulicht, das einem mehrstufigen Wärmebehandlungsprozess unterzogen wurde; und
7 ist eine Grafik der technischen Spannung (MPa) vs. der technischen Dehnung (%), die das Verformungsverhalten der in Walzrichtung geschnittenen Stahlproben aus den in den 5 und 6 dargestellten Stahlblechen veranschaulicht.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Mit dem gegenwärtig offenbarten Wärmebehandlungsverfahren kann ein kohlenstoffarmes, mittelhartes Manganstahlwerkstück mit einer mehrphasigen Mikrostruktur hergestellt werden, die dem Werkstück eine hervorragende Kombination aus hoher mechanischer Festigkeit und Duktilität und die Fähigkeit verleiht, durch eine Vielzahl von Warm- und Kaltumformverfahren ohne die Bildung von Lüder-Bändern oder Dehnungsstreifen auf einer Außenfläche desselben in eine gewünschte Form gebracht zu werden.
1 bildet schematisch ein mehrstufiges Verfahren 10 zur Wärmebehandlung eines Stahlwerkstücks 12 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ab. Das in 1 abgebildete Stahlwerkstück 12 umfasst ein endloses Blech oder Band aus warmgewalztem und kaltgewalztem Stahl, das von einer Ablaufhaspel 14 abgewickelt, kontinuierlich von einer Stufe des Verfahrens 10 zu einer anderen durch eine Vielzahl von Walzen 16 geführt und anschließend von einer Ablaufhaspel 18 aufgewickelt wird. In anderen Ausführungsformen kann das Stahlwerkstück 12 jedoch einen einzelnen Stahlrohling umfassen, der in Kombination mit einem oder mehreren anderen Stahlrohlingen im kontinuierlichen oder Batch-Verfahren wärmebehandelt werden kann. Das Stahlwerkstück 12 kann aus einer Stahlplatte (nicht dargestellt) gebildet werden, die bei einer Temperatur im Bereich von 800-900 °C bis zu einer Dicke im Bereich von 6 mm bis 10 mm warmgewalzt, auf Umgebungstemperatur (20 °C) abgekühlt und anschließend auf eine Dicke im Bereich von 0,5 mm bis 6 mm kaltgewalzt wurde. Den Stahlwerkstücken 12 kann Korrosionsbeständigkeit verliehen werden, indem eine Zinkschicht auf mindestens eine Hauptoberfläche aufgebracht wird. Die Schicht(en) aus Zink können durch ein Elektrogalvanisierungs-, Wärmegalvanisierungs- oder Feuergalvanisierungsverfahren aufgebracht werden, wobei die Stahlwerkstücke 12 in ein Bad aus geschmolzenem Zink eingetaucht werden.
Das Stahlwerkstück 12 kann eine Stahllegierung mit einem oder mehreren Legierungselementen und dem Rest aus Eisen (Fe) umfassen. So kann beispielsweise das Stahlwerkstück 12 eine Legierung aus Eisen (Fe), Kohlenstoff (C) und Mangan (Mn) umfassen, wobei Kohlenstoff und Mangan die größten Bestandteile der Legierung sind, mit Ausnahme von Eisen. Das Vorhandensein von Kohlenstoff und Mangan in der Legierung kann dazu beitragen, die thermische Stabilität von Austenitkörnern im Werkstück 12 während des gegenwärtig offenbarten Wärmebehandlungsverfahrens zu verbessern, wodurch eine Austenitphase in der Mikrostruktur des Stahlwerkstücks 12 bei Umgebungstemperatur zurückgehalten werden kann. In einer Form kann das Stahlwerkstück 12 eine Stahl- oder Eisenlegierung umfassen, die 0,1-0.3 Gew.-% Kohlenstoff (C) und 5-12 Gew.-% (Mn) umfasst. Stahllegierungen, die mehr als 5 Gew.-% Mangan, aber weniger als 12 Gew.-% Mangan umfassen, können als „mittlere Mn-Stähle“ bezeichnet werden. Stahllegierungen mit einem Kohlenstoffgehalt von ≤ von 0,3 % können als „kohlenstoffarme“ Stähle bezeichnet werden. In einem konkreten Beispiel kann das Stahlwerkstück 12 in Gewichtsprozent 0,14 % Kohlenstoff und 7,0 % Mangan umfassen. Das Stahlwerkstück 12 kann ein oder mehrere zusätzliche Legierungselemente umfassen. In einer Form kann das Stahlwerkstück 12 aus ≤ 2 Gew.-% Chrom (Cr), Molybdän (Mo), Vanadium (V), Niob (Nb), Nickel (Ni), Silizium (Si), Phosphor (P), Aluminium (Al), Stickstoff (N), Bor (B) und Kombinationen derselben bestehen. So kann beispielsweise das Stahlwerkstück 12 0,1-2 Gew.-% Silizium und/oder 0,01-0,5 Gew.-% Chrom umfassen.
Das in 1 abgebildete Verfahren 10 beinhaltet eine erste Wärmebehandlungsstufe 20, eine zweite Wärmebehandlungsstufe 22 und eine nachfolgende Kühlstufe 24. Das Verfahren 10 kann auch eine Reinigungsstufe 26 vor der ersten Wärmebehandlungsstufe 20 beinhalten, um Fett und Sand vom Werkstück 12 zu entfernen. Darüber hinaus kann das Verfahren 10 einen Einlaufspeicher oder Akkumulator 28 und einen Entnahmespeicher oder Akkumulator 30 beinhalten, um den kontinuierlichen und gleichmäßigen Betrieb der Wärmebehandlungs- und Kühlstufen 20, 22, 24 zu gewährleisten, auch wenn der Abwickelhaspel 14 und/oder der Aufwickelhaspel 18 angehalten werden oder mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten arbeiten. Die Wärmebehandlungs- und Kühlstufen 20, 22, 24 können in einem einzigen Ofen 32 mit drei (3) miteinander verbundenen Kammern durchgeführt werden. Oder die Wärmebehandlungs- und Kühlstufen 20, 22, 24 können in mehreren diskreten Öfen (nicht dargestellt) durchgeführt werden, um die Einbeziehung einer oder mehrerer Zwischenstufen zwischen der ersten und zweiten Wärmebehandlungsstufe 20, 22 und/oder zwischen der zweiten Wärmebehandlungsstufe 22 und der Kühlstufe 24 zu ermöglichen.
Vor der ersten Wärmebehandlungsstufe 18 kann das Stahlwerkstück 12 eine polykristalline Mikrostruktur mit einer oder mehreren der folgenden Phasen aufweisen: Martensit, Ferrit, Bainit, Restaustenit, Perlit und/oder Zementit. In einer Form kann die polykristalline Mikrostruktur des Stahlwerkstücks 12 ≥ 50 Vol.- % Martensit umfassen. So kann beispielsweise das Stahlwerkstück 12 vor der ersten Wärmebehandlungsstufe 18 eine martensitische Mikrostruktur aufweisen und im Wesentlichen aus Martensit bestehen. Die Wärmebehandlungs- und Kühlstufen 20, 22, 24 sind so konfiguriert, dass sie die Mikrostruktur des Stahlwerkstücks 12 verändern und eine gewünschte mehrphasige Mikrostruktur innerhalb des Werkstücks 12 erzeugen. Insbesondere die Wärmebehandlungs- und Kühlstufen 20, 22, 24 sind so konfiguriert, dass innerhalb des Werkstücks 12 eine mehrphasige Mikrostruktur entsteht, die eine dispergierte Phase aus Restaustenit (γ-Fe) und eine Matrixphase aus Ferrit (a-Fe) nach dem Abkühlen des Werkstücks 12 auf Umgebungstemperatur enthält. ie Wärmebehandlungs- und Abkühlungsstufen 20, 22, 24 können in manchen Situationen auch zur Bildung einer oder mehrerer der folgenden zusätzlichen Phasen im Stahlwerkstück 12 bei Umgebungstemperatur führen: Martensit, Bainit, Perlit und/oder Zementit. Diese zusätzlichen Phasen können weniger als 10 Vol.- % des Stahlwerkstücks 12, vorzugsweise weniger als 5 Vol.- % des Stahlwerkstücks 12 ausmachen. Die resultierende mehrphasige Mikrostruktur des Stahlwerkstücks 12 kann dem Werkstück 12 eine Kombination aus hoher Festigkeit und Duktilität verleihen, die auf ein Phänomen zurückgeführt werden kann, das allgemein als transformations-induzierte Plastizität (TRIP) bezeichnet wird. Insbesondere bei der plastischen Verformung des wärmebehandelten mehrphasigen Stahlwerkstücks 12 können sich die Austenitkörner innerhalb der Mikrostruktur des Stahlwerkstücks 12 in relativ harte, spröde Martensitkörner verwandeln. Diese Umwandlung von Austenit in Martensit kann dazu beitragen, Energie aufzunehmen und die Kaltverfestigung des Werkstücks 12 zu verbessern, was den Beginn der lokalen Einschnürung verzögern und eine höhere gleichmäßige Dehnung ermöglichen kann. Gleichzeitig können die relativ weichen Ferritkörner innerhalb der mehrphasigen Mikrostruktur des wärmebehandelten Stahlwerkstücks 12 dem Werkstück 12 eine hervorragende Duktilität verleihen.
Die Wärmebehandlungs- und Kühlstufen 20, 22, 24 sind ebenfalls so konfiguriert, dass die Mikrostruktur des Stahlwerkstücks 12 so angepasst werden kann, dass eine anschließende Verformung des wärmebehandelten mehrphasigen Stahlwerkstücks 12 im Wesentlichen homogen oder gleichmäßig erfolgen kann, ohne die unerwünschte Bildung von Lüder-Bändern, die als Rauheit, Falten oder Vertiefungen an der Oberfläche eines Formteils auftreten können. Ohne die Absicht, theoretisch gebunden zu sein, wird davon ausgegangen, dass die Bildung von Lüder-Bändern innerhalb des wärmebehandelten mehrphasigen Stahlwerkstücks 12 vermieden werden kann - ohne die hohe Festigkeit und Duktilität des Werkstücks 12 zu beeinträchtigen -, indem die Umwandlung von Austenit in Martensit vor (d. h. bei einer geringeren Spannung als) der plastischen Verformung der Ferritkörner innerhalb der Mikrostruktur des Stahlwerkstücks 12 gefördert wird. Und es hat sich herausgestellt, dass die Günstigkeit der Austenit-Martensit-Umwandlung durch Erhöhen der Korngröße der Austenitphase erhöht werden kann (wodurch die Stabilität der Austenitphase verringert wird), während die ultrafeine Korngröße der Ferritphase erhalten bleibt (wodurch die Festigkeit der Ferritphase und die mechanische Festigkeit des Werkstücks 12 erhalten bleiben).
Die Temperaturen, bei denen die Wärmebehandlungs- und Abkühlungsstufen 20, 22, 24 des Verfahrens 10 durchgeführt werden, sind hierin mit Bezug auf die untere Austenitumwandlungstemperatur A₁ (d. h. die Anfangstemperatur, bei der sich Austenitkörner innerhalb der Mikrostruktur des Werkstücks 12 beim Erwärmen zu bilden beginnen) und die obere Austenitumwandlungstemperatur A₃ (d. h. die Temperatur, bei der die Umwandlung von Ferritkörnern zu Austenitkörnern innerhalb der Mikrostruktur des Werkstücks 12 beim Erwärmen abgeschlossen ist) beschrieben. Diese Umwandlungstemperaturen A₁, A₃ können abhängig von der spezifischen chemischen Zusammensetzung des Stahlwerkstücks 12 variieren. Diese Temperaturen A₁, A₃ können von Personen oder gewöhnlichen Fachleuten in diesem Bereich basierend auf der chemischen Zusammensetzung des Stahlwerkstücks 12 leicht bestimmt werden.
Die erste Wärmebehandlungsstufe 20 kann einen ersten Erwärmungsschritt und einen anschließenden ersten Einweichschritt umfassen. Während des ersten Erwärmungsschritts wird das Stahlwerkstück 12 mit einer geeigneten Geschwindigkeit auf eine erste Temperatur (T₁) erwärmt, die größer oder gleich der unteren Austenitumwandlungstemperatur A₁ und kleiner als die obere Austenitumwandlungstemperatur A₃ ist (d. h. A₁ ≤ T₁ ≤ A₃). So kann beispielsweise das Stahlwerkstück 12 auf eine erste Temperatur von mehr als oder gleich dessen A₁ Temperatur, aber weniger als oder gleich 50 °C unter dessen A₃ Temperatur (d. h. A₁ ≤ T₁ ≤ A₃ - 50°C) erwärmt werden. In einem konkreten Beispiel kann das Stahlwerkstück 12 auf eine erste Temperatur im Bereich von etwa 50 °C über dessen A₁ Temperatur bis etwa 150 °C über dessen A₁ Temperatur (d. h. A₁ + 50 °C ≤ T₁ ≤ A₁ + 150 °C) erwärmt werden. Die Aufheizgeschwindigkeit kann sich nach dem praktischen Erwärmungsverhalten richten und ist abhängig von der Zusammensetzung des Stahlwerkstücks 12, seiner Masse und/oder seiner Dicke. Das Stahlwerkstück 12 kann während der ersten Wärmebehandlungsstufe 20 durch Konvektion, Leitung, Strahlung, Induktion oder eine Kombination derselben erwärmt werden.
Im anschließenden ersten Einweichschritt wird die Temperatur des Werkstücks 12 für eine ausreichende Zeit auf der ersten Temperatur T₁ gehalten, um eine Mikrostruktur innerhalb des Werkstücks 12 zu erzeugen, die eine Vielzahl von Austenitkörnern innerhalb einer Ferritmatrix umfassen würde, wenn das Werkstück 12 nach Beendigung der ersten Wärmebehandlungsstufe 20 auf Umgebungstemperatur abgekühlt wäre. So kann beispielsweise das Werkstück 12 bei der ersten Temperatur T₁ für eine ausreichende Zeit gehalten werden, um eine Mikrostruktur im Werkstück 12 zu erzeugen, die bei Umgebungstemperatur 5-40 Vol.- % Austenit und 60-95 Vol.- % Ferrit umfasst. In einem konkreten Beispiel kann das Werkstück 12 für eine ausreichende Zeit bei der ersten Temperatur T₁ gehalten werden, um eine Mikrostruktur im Werkstück 12 zu erzeugen, die bei Umgebungstemperatur 10-25 Vol.- % Austenit und 75-90 Vol.- % Ferrit umfasst. Wenn das Stahlwerkstück 12 vor der ersten Wärmebehandlungsstufe 20 eine martensitische Mikrostruktur aufweist, kann die Temperatur des Stahlwerkstücks 12 für eine ausreichende Zeit bei der ersten Temperatur T₁ gehalten werden, um die Martensitkörner in der Mikrostruktur des Stahlwerkstücks 12 in Ferrit- und Austenitkörner umzuwandeln.
Zusätzlich kann das Werkstück 12 während des ersten Einweichschritts die erste Temperatur T₁ beibehalten, um Austenitkörner innerhalb der Mikrostruktur des Stahlwerkstücks 12 zu erzeugen, die einen mittleren Korndurchmesser im Bereich von 0,2 µm bis 1,8 µm aufweisen würden, wenn das Werkstück 12 nach Beendigung der ersten Wärmebehandlungsstufe 20 auf Umgebungstemperatur abgekühlt wäre. In einer Form kann das Werkstück 12 bei der ersten Temperatur T₁ für eine ausreichende Zeit gehalten werden, um Austenitkörner innerhalb der Mikrostruktur des Stahlwerkstücks 12 zu erzeugen, die bei Umgebungstemperatur einen mittleren Korndurchmesser im Bereich von 0,2 µm bis 0,9 µm aufweisen würden. Das Werkstück 12 kann auch bei der ersten Temperatur T₁ für eine ausreichende Zeit gehalten werden, um Ferritkörner innerhalb der Mikrostruktur des Stahlwerkstücks 12 zu erzeugen, die bei Umgebungstemperatur einen mittleren Korndurchmesser im Bereich von 0,2 µm bis 1,8 µm aufweisen würden. In einer Form kann das Werkstück 12 bei der ersten Temperatur T₁ für eine ausreichende Zeit gehalten werden, um Ferritkörner innerhalb der Mikrostruktur des Stahlwerkstücks 12 zu erzeugen, die bei Umgebungstemperatur einen mittleren Korndurchmesser im Bereich von 0,2 µm bis 0,9 µm aufweisen würden. Die genaue Dauer der ersten Wärmebehandlungsstufe 20 kann dabei von der Zusammensetzung des Stahlwerkstücks 12, seiner Masse und/oder seiner Dicke abhängig sein. So kann beispielsweise die Gesamtdauer der ersten Wärmebehandlungsstufe 20, einschließlich der ersten Erwärmungsstufe und der ersten Einweichstufe, im Bereich von einer (1) Sekunde bis zu hundert (100) Stunden liegen. In einer Form kann die Gesamtdauer der ersten Wärmebehandlungsstufe 20, einschließlich der ersten Erwärmungsstufe und der ersten Einweichstufe, in der Größenordnung von wenigen Minuten liegen. So kann beispielsweise die Gesamtdauer der ersten Wärmebehandlungsstufe 20 im Bereich von 2-4 Minuten (120-240 Sekunden), 2,5-3,5 Minuten (150-210 Sekunden) oder etwa 3 Minuten (180 Sekunden) liegen.
Die zweite Wärmebehandlungsstufe 22 wird nach der ersten Wärmebehandlungsstufe 20 durchgeführt und kann einen zweiten Erwärmungsschritt und einen nachfolgenden zweiten Einweichschritt umfassen. Im zweiten Erwärmungsschritt wird das Stahlwerkstück 12 mit einer geeigneten Geschwindigkeit auf eine zweite Temperatur T₂ erwärmt, die größer als die erste Temperatur T₁ ist (d. h. T₂ > T₁). Die zweite Temperatur T₂ kann eine Temperatur innerhalb eines Bereichs von mehr als oder gleich 100 °C unter der Temperatur A₃ bis weniger als oder gleich 20 °C über der Temperatur A₃ (d. h. A₃ - 100 °C ≤ T₂ ≤ A₃ + 20 °C) umfassen. So kann beispielsweise das Stahlwerkstück 12 im zweiten Erwärmungsschritt auf eine Temperatur von mehr als oder gleich 20 °C unter seiner Temperatur A₃ auf eine Temperatur von weniger als oder gleich seiner Temperatur A₃ erwärmt werden (d. h. A₃ - 20 °C ≤ T₂ ≤ A₃). Die Aufheizgeschwindigkeit kann sich nach dem praktischen Erwärmungsverhalten richten und ist abhängig von der Zusammensetzung des Stahlwerkstücks 12, seiner Masse und/oder seiner Dicke. Das Stahlwerkstück 12 kann während der zweiten Wärmebehandlungsstufe 22 durch Konvektion, Leitung, Strahlung, Induktion oder eine Kombination derselben erwärmt werden.
Im anschließenden zweiten Einweichschritt wird die Temperatur des Werkstücks 12 für eine ausreichende Zeit auf der zweiten Temperatur T₂ gehalten, um den mittleren Korndurchmesser der Austenitkörner innerhalb der Mikrostruktur innerhalb des Stahlwerkstücks 12 zu erhöhen, ohne den durchschnittlichen Korndurchmesser der Ferritkörner signifikant zu erhöhen. Die zweite Wärmebehandlungsstufe 22 bewirkt somit eine Erhöhung des Volumenanteils von Austenit innerhalb der Mikrostruktur des Stahlwerkstücks 12 und möglicherweise eine Verringerung des Volumenanteils von Ferrit innerhalb der Mikrostruktur des Stahlwerkstücks 12. Die Dauer der zweiten Wärmebehandlungsstufe 22 kann dabei von der Zusammensetzung des Stahlwerkstücks 12, seiner Masse und/oder seiner Dicke abhängig sein. In einer Form kann die Gesamtdauer der zweiten Wärmebehandlungsstufe 22, einschließlich der zweiten Erwärmungsstufe und der zweiten Einweichstufe, in der Größenordnung von wenigen Minuten liegen. So kann beispielsweise die Gesamtdauer der zweiten Wärmebehandlungsstufe 22 im Bereich von einer (1) Sekunde bis 1000 Sekunden (oder etwa 16,5 Minuten) liegen. In einem konkreten Beispiel kann die Gesamtdauer der zweiten Wärmebehandlungsstufe 22 im Bereich von 2-4 Minuten (120-240 Sekunden), 2,75-3,75 Minuten (165-225 Sekunden) oder etwa 3,25 Minuten (195 Sekunden) liegen.
Die Kühlstufe 24 wird nach Beendigung der zweiten Wärmebehandlungsstufe 22 durchgeführt. In der Kühlstufe 24 wird das Stahlwerkstück 12 mit einer ausreichenden Geschwindigkeit auf Umgebungstemperatur abgekühlt, um ein Umwandeln eines großen Teils der Austenitkörner in Martensit (oder andere Austenit-Zersetzungsprodukte) zu vermeiden und dadurch einen großen Teil der während der ersten und zweiten Wärmebehandlungsstufe gebildeten Austenitkörner innerhalb der Mikrostruktur des Stahlwerkstücks 12 beizubehalten. Die Abkühlgeschwindigkeit kann sich am praktischen Abkühlverhalten orientieren. Das Stahlwerkstück 12 kann durch Luftkühlung, Wasserkühlung oder Hochdruck-Flüssigstickstoff auf Umgebungstemperatur abgekühlt werden. Nachdem das Stahlwerkstück 12 während der Abkühlphase 24 auf Umgebungstemperatur gebracht wurde, umfasst das Werkstück eine dispergierte Phase aus Restaustenit und eine Matrixphase aus Ferrit. Durch die Wärmebehandlungs- und Kühlstufen 20, 22, 24 weist das Stahlwerkstück 12 eine Mikrostruktur auf, die bei Umgebungstemperatur mehr als 30 Vol.- % Restaustenit umfasst. In einer Form kann das Stahlwerkstück 12 eine Mikrostruktur aufweisen, die ≥ 30 Vol.- % und ≤ 40 Vol.- % Restaustenit umfasst. Die Ferritmatrixphase kann bei Umgebungstemperatur 40 Vol.-% bis 70 Vol.-% der Mikrostruktur des Stahlwerkstücks 12 umfassen.
Die in der Mikrostruktur des Stahlwerkstücks 12 nach der Abkühlstufe 24 zurückgehaltenen Austenitkörner können bei Umgebungstemperatur einen durchschnittlichen Korndurchmesser im Bereich von 0,3 µm bis 2,5 µm aufweisen. Die in der Mikrostruktur des Stahlwerkstücks 12 nach der Abkühlstufe 24 zurückgehaltenen Austenitkörner können beispielsweise bei Umgebungstemperatur einen durchschnittlichen Korndurchmesser im Bereich von 0,4 µm bis 1,0 µm aufweisen. Der durchschnittliche Korndurchmesser der Ferritkörner kann im Wesentlichen unverändert bleiben und bei Umgebungstemperatur im Bereich von 0,2 µm bis 1,8 µm liegen. In einer Form kann der durchschnittliche Korndurchmesser der Ferritkörner im Stahlwerkstück 12 nach der Abkühlphase 24 etwas kleiner sein als der durchschnittliche Korndurchmesser der Ferritkörner im Stahlwerkstück 12 vor der zweiten Wärmebehandlungsstufe 22. Nach der Abkühlstufe 24 kann der Durchmesser einiger Austenitkörner innerhalb der Mikrostruktur des Stahlwerkstücks 12 größer sein als der durchschnittliche Korndurchmesser der Ferritkörner. So können beispielsweise etwa 10-100 % der Austenitkörner innerhalb der Mikrostruktur des Stahlwerkstücks 12 einen Durchmesser aufweisen, der größer ist als der durchschnittliche Korndurchmesser der Ferritkörner innerhalb der Mikrostruktur des Stahlwerkstücks 12. Die MartensitStarttemperatur Ms des Stahlwerkstücks 12 nach der Abkühlstufe 24 kann niedriger sein als die Ms Temperatur des Stahlwerkstücks 12 vor der ersten Wärmebehandlungsstufe 20.
Unter Bezugnahme auf 2, kann das Stahlwerkstück 12 nach Beendigung der Wärmebehandlungs- und Kühlstufen 20, 22, 24 und dem Aufwickeln des Stahlwerkstücks 12 auf den Aufwickelhaspel 18 zu einem Stanz- oder Warmumformungsvorgang 50 transportiert und zu einem Stahlformteil 62 umgeformt werden. In einer ersten Stufe des Arbeitsgangs 50 kann das Stahlwerkstück 12 von einem Abwickelhaspel 52 abgewickelt und mittels einer Schere 54 in einen Stahlrohling 56 geschnitten werden. Danach kann der Rohling 56 zwischen einem Paar von oberen und unteren Werkzeugmatrizen 58, 60 mit gegenüberliegenden Komplementärflächen positioniert werden. Die obere Werkzeugmatrize 58 wird dann auf die untere Werkzeugmatrize 60 abgesenkt, um den Rohling 56 zwischen den komplementären Flächen der oberen und unteren Werkzeugmatrize 58, 60 zu verformen. Danach wird die obere Werkzeugmatrize 58 von der unteren Werkzeugmatrize 60 abgehoben und das Stahlformteil 62 entnommen. Durch die zuvor durchgeführten Wärmebehandlungs- und Kühlstufen 20, 22, 24 weist das Formstahlteil 62 keine unerwünschten Oberflächenrauhigkeiten oder Markierungen, sogenannte Lüder-Bänder, auf.
Unter Bezugnahme auf 3, bildet eine Grafik der Verarbeitungstemperatur im Zeitverlauf für ein Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffarmen, mittleren Manganstahlwerkstücks mit einer mehrphasigen Mikrostruktur einschließlich einer dispergierten Phase aus Restaustenit und einer Matrixphase aus Ferrit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ab. Als Anhaltspunkt werden gestrichelte Linien von der vertikalen Temperaturachse gezeichnet, welche die Ms und (100), A₁ (102) und A₃ (104) Temperaturen in Bezug auf die Verarbeitungstemperaturen veranschaulichen. Das Herstellungsverfahren beinhaltet eine Warmwalzstufe 110, eine Kaltwalzstufe 120 und ein mehrstufiges Wärmebehandlungsverfahren. Wie das vorstehend beschriebene Verfahren 10 in Bezug auf 1 beinhaltet auch das in 3 abgebildete mehrstufige Wärmebehandlungsverfahren eine erste Wärmebehandlungsstufe 130, eine zweite Wärmebehandlungsstufe 140 und eine Kühlstufe 150. Die vorstehend mit Bezug auf 1 beschriebenen Details der Stufen 20, 22, 24 gelten gleichermaßen für die hier in 3 abgebildeten Stufen 130, 140 und 150 und werden daher nicht wiederholt.
Wie in 3 abgebildet, kann die zweite Wärmebehandlungsstufe 140 in einer Ausführungsform unmittelbar nach der ersten Wärmebehandlungsstufe 130 durchgeführt werden. Das heißt, das Stahlwerkstück 12 kann auf eine erste Temperatur oberhalb seiner unteren Austenitumwandlungstemperatur A₁, aber unterhalb seiner oberen Austenitumwandlungstemperatur A₃ erwärmt werden, die für eine ausreichende Zeit bei der ersten Temperatur gehalten wird, um eine Mikrostruktur im Werkstück 12 zu erzeugen, die eine Vielzahl von Austenitkörnern innerhalb einer Ferritmatrix beinhaltet, und anschließend sofort auf eine zweite Temperatur oberhalb der ersten Temperatur erwärmt wird. In diesem Fall kann das Stahlwerkstück 12 nicht zwischen der ersten und zweiten Wärmebehandlungsstufe 130, 140 abgekühlt oder einer Zwischenbehandlung unterzogen werden.
Unter Bezugnahme nun auf 4, bildet eine Grafik der Verarbeitungstemperatur im Zeitverlauf für ein Verfahren zur Herstellung eines kohlenstoffarmen, mittleren Manganstahlwerkstücks mit einer mehrphasigen Mikrostruktur einschließlich einer dispergierten Phase aus Restaustenit und einer Matrixphase aus Ferrit gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ab. Als Anhaltspunkt werden gestrichelte Linien von der vertikalen Temperaturachse gezeichnet, welche die Ms und (200), A₁ (202) und A₃ (204) Temperaturen in Bezug auf die Verarbeitungstemperaturen veranschaulichen. Das Herstellungsverfahren beinhaltet eine Warmwalzstufe 210, eine Kaltwalzstufe 220 und ein mehrstufiges Wärmebehandlungsverfahren. Wie das vorstehend beschriebene Verfahren 10 in Bezug auf 1 beinhaltet auch das in 4 abgebildete mehrstufige Wärmebehandlungsverfahren eine erste Wärmebehandlungsstufe 230, eine zweite Wärmebehandlungsstufe 240 und eine Kühlstufe 250. Die vorstehend mit Bezug auf 1 beschriebenen Details der Stufen 20, 22, 24 gelten gleichermaßen für die hier in 4 abgebildeten Stufen 230, 240 und 250 und werden daher nicht wiederholt.
Das in 4 abgebildete mehrstufige Wärmebehandlungsverfahren beinhaltet auch eine Zwischenkühlstufe 260 zwischen der ersten und zweiten Wärmebehandlungsstufe 230, 240. Wie in 4 abgebildet, kann das Stahlwerkstück in einer Form erwärmt und bei einer ersten Temperatur über seiner unteren Austenitumwandlungstemperatur A₁, aber unter seiner oberen Austenitumwandlungstemperatur A₃ während der ersten Wärmebehandlungsstufe 230 gehalten und anschließend während der Zwischenkühlstufe 260 auf Umgebungstemperatur heruntergekühlt werden. Das Stahlwerkstück kann während der Zwischenkühlstufe 260 beliebig lange auf der Umgebungstemperatur gehalten werden. Danach kann das Stahlwerkstück 12 auf eine zweite Temperatur über der ersten Temperatur erwärmt werden, um die zweite Wärmebehandlungsstufe 240 einzuleiten. Anstatt das Stahlwerkstück 12 während der Zwischenkühlstufe 260 auf Umgebungstemperatur abzukühlen, kann das Stahlwerkstück 12 alternativ auf eine andere gewünschte Temperatur als die erste Temperatur heruntergekühlt und vor Beginn der zweiten Wärmebehandlungsstufe 240 beliebig lange bei dieser Temperatur gehalten werden.
BEISPIELE
Die Mikrostruktur und das Verformungsverhalten von zwei warmgewalzten, kaltgewalzten und wärmebehandelten Stahlblechen mit 0,14 Gew.-% Kohlenstoff (C), 7,0 Gew.-% Mangan (Mn) und 0,2 Gew.-% Silizium (Si) wurden ausgewertet. Die Stahlbleche hatten zunächst eine Martensitstarttemperatur Ms von etwa 230 °C, eine untere Austenitumwandlungstemperatur A₁ von etwa 500 °C und eine obere Austenitumwandlungstemperatur A₃ von etwa 710 °C. Es wurden Zugprüfungen an Proben durchgeführt, die aus den Stahlblechen entlang einer Walzrichtung und entlang einer die Walzrichtung kreuzenden Querrichtung geschnitten wurden.
BEISPIEL 1
Ein erstes Stahlblech wurde einem einstufigen Wärmebehandlungsverfahren unterzogen. Ausgehend von der Umgebungstemperatur wurde das Stahlblech mit einer geeigneten Aufheizgeschwindigkeit auf eine Temperatur T von ca. 620 °C (T = A₃ - 90 °C) erwärmt und für 3 Minuten (180 Sekunden) bei dieser Temperatur gehalten. Danach wurde das Stahlblech auf Umgebungstemperatur abgekühlt.
5 ist eine Elektronenrückstreukarte (EBSD), welche die Mikrostruktur des wärmebehandelten Stahlblechs abbildet. Wie dargestellt, weist das wärmebehandelte Stahlblech eine mehrphasige Mikrostruktur mit einer Vielzahl von dispergierten Austenitkörnern (weiß) und einer Matrixphase aus ultrafeinen Ferritkörnern (schwarz) auf. Austenitkörner mit hohen Winkelkorngrenzen (>15°) werden als schwarze Linien und Ferritkörner mit hohen Winkelkorngrenzen (>15°) als weiße Linien dargestellt. Die EBSD-Karte zeigt, dass das wärmebehandelte Stahlblech etwa 20 Vol.- % Restaustenit und etwa 80 Vol.- % Ferrit umfasst. Die Austenitkörner im Stahlblech weisen einen durchschnittlichen Korndurchmesser von etwa 0,33 µm auf und die Ferritkörner weisen einen durchschnittlichen Korndurchmesser von etwa 0,6 µm auf.
Es wurden einaxiale Zugprüfungen an Proben des wärmebehandelten Stahlblechs durchgeführt. 7 bildet eine Grafik der technischen Spannung (MPa) vs. der technischen Dehnung (%) für eine aus dem Stahlblech in Walzrichtung (300) geschnittene Probe ab. Wie dargestellt, folgt die Spannungs-Dehnungs-Kurve der Stahlprobe zunächst einem allgemein geraden Weg, der den Bereich der elastischen oder reversiblen Verformung der Stahlprobe darstellt. Die Verformung auf diesem geraden Weg setzt sich fort, bis die Stahlprobe eine obere Streckgrenze (302) von etwa 1110 MPa erreicht, an der die Stahlprobe abrupt nachgibt und die plastische Verformung beginnt. Der Übergang von der elastischen zur plastischen Verformung dieser Stahlprobe ist deutlich diskontinuierlich. Nach Erreichen der oberen Streckgrenze 302 fällt die Spannungs-Dehnungs-Kurve auf eine untere Streckgrenze (304) von etwa 1050 MPa ab, an der die Verformung der Probe bei einer im Allgemeinen konstanten Spannung fortgesetzt wird. Die Spannung oder Dehnung, die die Stahlprobe in diesem Plateau bei einer im Allgemeinen konstanten Spannung oder Belastung erfährt, wird als Lüdersdehnung oder Streckgrenze bezeichnet und ist ein Hinweis auf eine heterogene plastische Verformung innerhalb der Probe aufgrund der Bildung und Ausbreitung von Lüder-Bändern oder Streckdehnungen. In diesem Beispiel weist die Stahlprobe eine Lüdersdehnung von mehr als 20 % auf. Die Stahlprobe gibt bei einem Bruch (306) abrupt wieder nach. Die Gesamtdehnung dieser Stahlprobe bei einem Bruch 306 betrug etwa 38 %.
Obwohl in 7 nicht dargestellt, führten einaxiale Zugprüfungen an einer Probe des längs der Querrichtung geschnittenen Stahlblechs zu einer Bruchdehnung von etwa 10 %.
BEISPIEL 2
Ein zweites Stahlblech wurde einem zweistufigen Wärmebehandlungsverfahren unterzogen. Ausgehend von der Umgebungstemperatur in der ersten Wärmebehandlungsstufe, wurde das Stahlblech mit einer geeigneten Aufheizgeschwindigkeit auf eine erste Temperatur T₁ von ca. 620 °C (T₁ = A₃ - 90 °C) erwärmt und für 3 Minuten (180 Sekunden) bei dieser Temperatur gehalten. Unmittelbar danach, in der zweiten Wärmebehandlungsstufe, wurde das Stahlblech auf eine zweite Temperatur T₂ von etwa 710 °C (T₂ = A₃) erwärmt und für 3,25 Minuten (195 Sekunden) bei dieser Temperatur gehalten. Das Stahlblech wurde zwischen der ersten und zweiten Wärmebehandlungsstufe nicht gekühlt. Nach Beendigung der zweiten Wärmebehandlungsstufe wurde das Stahlblech auf Umgebungstemperatur abgekühlt.
6 ist eine Elektronenrückstreukarte (EBSD), welche die Mikrostruktur des wärmebehandelten Stahlblechs abbildet. Wie dargestellt, weist das wärmebehandelte Stahlblech eine mehrphasige Mikrostruktur mit einer Vielzahl von dispergierten Austenitkörnern (weiß) und einer Matrixphase aus ultrafeinen Ferritkörnern (schwarz) auf. Austenitkörner mit hohen Winkelkorngrenzen (>15°) werden als schwarze Linien und Ferritkörner mit hohen Winkelkorngrenzen (>15°) als weiße Linien dargestellt. Die EBSD-Karte zeigt, dass das wärmebehandelte Stahlblech etwa 35 Vol.- % Restaustenit und etwa 65 Vol.- % Ferrit umfasst. Die Austenitkörner im Stahlblech weisen einen durchschnittlichen Korndurchmesser von etwa 0,49 µm auf und die Ferritkörner weisen einen durchschnittlichen Korndurchmesser von etwa 0,51 µm auf.
Es wurden einaxiale Zugprüfungen an Proben des wärmebehandelten Stahlblechs durchgeführt. 7 bildet eine Grafik der technischen Spannung (MPa) vs. der technischen Dehnung (%) für eine aus dem Stahlblech in Walzrichtung (400) geschnittene Probe ab. Wie dargestellt, beginnt die plastische Dehnung der Stahlprobe zunächst bei etwa 800 MPa, danach folgt die kontinuierliche Dehnung, wobei die Stahlprobe eine allmähliche Erhöhung der Streckspannung mit zunehmender Dehnung bis zu einer Zugfestigkeit von etwa 1300 MPa erfährt. Der Übergang von der elastischen zur plastischen Verformung dieser Stahlprobe ist im Allgemeinen kontinuierlich. Insbesondere zeigt die Spannungs-Dehnungs-Kurve dieser Stahlprobe keine obere Streckgrenze, gefolgt von einer unteren Streckgrenze oder einer längeren Verformungsdauer (zunehmende Dehnung) bei allgemein konstanter Spannung (Lüdersdehnung oder Streckgrenzenlängung). Dies deutet darauf hin, dass die Verformung dieser Stahlprobe während der Zugprüfung im Wesentlichen homogen über die gesamte Probe verlief, ohne die Bildung oder Ausbreitung von Lüder-Bändern oder Streckdehnungen. Darüber hinaus zeigt die kontinuierliche Kurve und Steigung der Spannungs-Dehnungs-Kurve an, dass die Stahlprobe infolge der aufgebrachten Belastung während der Zugprüfung eine Kaltverfestigung erfahren hat.
Eine Probe dieses entlang der Walzrichtung geschnittenen Stahlblechs zeigte eine Bruchdehnung von etwa 27 % und eine Probe dieses entlang der Querrichtung geschnittenen Stahlblechs zeigte eine Bruchdehnung von etwa 21 %.

Claims

Verfahren zur Wärmebehandlung eines Stahlwerkstücks mit einer polykristallinen Mikrostruktur, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Erwärmen des Stahlwerkstücks auf eine erste Temperatur größer oder gleich seiner unteren Austenitumwandlungstemperatur A₁, aber kleiner als seine obere Austenitumwandlungstemperatur A₃, um die Mikrostruktur des Stahlwerkstücks in eine mehrphasige Mikrostruktur einschließlich Ferritkörner und Austenitkörner mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser umzuwandeln; (b) Erwärmen des Stahlwerkstücks auf eine zweite Temperatur, die größer ist als die erste Temperatur, um den durchschnittlichen Korndurchmesser der Austenitkörner im Stahlwerkstück zu erhöhen; und (c) Abkühlen des Stahlwerkstücks auf Umgebungstemperatur mit einer Geschwindigkeit, die ausreicht, um einen Großteil der in den Schritten (a) und (b) erhaltenen Austenitkörner zurückzuhalten, sodass die Mikrostruktur des Stahlwerkstücks eine in einer Ferritmatrixphase bei Umgebungstemperatur dispergierte Restaustenitphase umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Stahlwerkstück 5-12 Gew.-% Mangan (Mn) und 0,1-0,3 Gew.-% Kohlenstoff (C) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Stahlwerkstück in Schritt (a) auf eine erste Temperatur von weniger als oder gleich 50 °C unterhalb der Temperatur A₃ des Stahlwerkstücks erwärmt wird, und worin das Stahlwerkstück in Schritt (b) auf eine zweite Temperatur von mehr als oder gleich 100 °C unterhalb der Temperatur A₃ des Stahlwerkstücks und weniger als oder gleich 20 °C oberhalb der Temperatur A₃ des Stahlwerkstücks erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Stahlwerkstück in Schritt (a) für eine Zeitspanne im Bereich von einer Sekunde bis zu hundert Stunden erwärmt wird, und worin das Stahlwerkstück in Schritt (b) für eine Zeitspanne im Bereich von einer Sekunde bis 1000 Sekunden erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend: Abkühlen des Stahlwerkstücks auf eine dritte Temperatur unterhalb der ersten Temperatur zwischen den Schritten (a) und (b).
Verfahren nach Anspruch 1, worin nach Schritt (c) 10-100% der Austenitkörner im Stahlwerkstück einen Durchmesser von mehr als einem durchschnittlichen Korndurchmesser der Ferritmatrixphase aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, worin nach dem Schritt (c) die Restaustenitphase mindestens 30 Vol% der Mikrostruktur des Stahlwerkstücks und die Ferritmatrixphase mindestens 40 Vol% der Mikrostruktur des Stahlwerkstücks umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, worin nach Schritt (c) das Stahlwerkstück zu einem Formteil umgeformt wird, ohne Lüdersdehnung oder Streckgrenzendehnung während dessen Verformung anzuzeigen.
Verfahren zur Herstellung eines Stahlteils, umfassend: Bereitstellen eines warmgewalzten und kaltgewalzten Stahlblechs mit einer polykristallinen Mikrostruktur, das 0,1-0,3 Gew.-% Kohlenstoff (C) und 5-12 Gew.-% Mangan (Mn) umfasst; Erwärmen des Stahlblechs auf eine erste Temperatur größer oder gleich seiner unteren Austenitumwandlungstemperatur A₁, aber kleiner als seine obere Austenitumwandlungstemperatur A₃, um die Mikrostruktur des Stahlblechs in eine mehrphasige Mikrostruktur einschließlich Ferritkörnern und Austenitkörnern mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser umzuwandeln; Erwärmen des Stahlblechs auf eine zweite Temperatur größer als die erste Temperatur, um den durchschnittlichen Korndurchmesser der Austenitkörner im Stahlblech zu erhöhen; Abkühlen des Stahlblechs auf Umgebungstemperatur mit einer Geschwindigkeit, die ausreicht, um einen Großteil der Austenitkörner in der Mikrostruktur des Stahlblechs zurückzuhalten, sodass das Stahlblech eine Restaustenitphase umfasst, die in einer Ferritmatrixphase bei Umgebungstemperatur dispergiert ist; und Umformen des Stahlblechs zu einem Stahlformteil, worin das Stahlblech zu einem Stahlformteil umgeformt wird, ohne Lüdersdehnung oder Streckgrenzendehnung während dessen Verformung zu zeigen.
Verfahren nach Anspruch 9, worin das warmgewalzte und kaltgewalzte Stahlblech eine Dicke im Bereich von 0,5 mm bis 6 mm aufweist.