ES2837030T3

ES2837030T3 - Proceso de conformación de estampado en caliente y componente estampado en caliente

Info

Publication number: ES2837030T3
Application number: ES15882357T
Authority: ES
Inventors: Hongliang Yi; Pengju Du
Original assignee: Easyforming Steel Tech Co Ltd
Current assignee: Easyforming Steel Tech Co Ltd
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2015-05-26
Publication date: 2021-06-29
Anticipated expiration: 2035-05-26
Also published as: WO2016131218A1; JP6475861B2; JP2018508657A; JP6854271B2; EP3260569A4; KR101892661B1; CN104846274B; EP3260569A1; KR20170106480A; JP2019056180A; CN104846274A; EP3260569B1; US10358690B2; US20180030567A1

Abstract

Proceso de estampado en caliente, caracterizado por el hecho de que comprende los pasos de: a) proporcionar una hoja de acero o su componente preformado, donde la hoja de acero comprende en peso en porcentaje 0,18 ∼ 0,42% de C, ∼ 8,5% de Mn y 0,8 ∼ 3,0% de Si + Al, comprende opcionalmente al menos uno de los siguientes componentes: 5% o menos de Cr; 2,0% o menos de Mo; 5 2,0% o menos de W; 0,2% o menos de Ti; 0,2% o menos de Nb; 0,2% o menos de Zr; 0,2% o menos de V; 2,0% o menos de Cu; 4,0% o menos de Ni; y 0,005% o menos de B, siendo el resto Fe e impurezas inevitables, donde los elementos de aleacion de la hoja de acero permiten que el valor medido real de la temperatura de inicio de la transformacion martensitica de la hoja de acero despues del estampado en caliente sea <=280°C; b) calentar la hoja de acero o su componente preformado a una temperatura que varia de 700 a 850°C; c) transferir la hoja de acero calentada o su componente preformado a una matriz para el estampado con el fin de obtener un componente conformado; y d) enfriar el componente conformado a una temperatura que esta entre 150 y 260°C por debajo del punto de temperatura de inicio de la transformacion martensitica por cualquier metodo de enfriamiento y bajo cualquier condicion de enfriamiento, un paso de tratamiento termico de templado se realiza despues del paso d), en el paso de tratamiento termico de templado, el componente conformado se calienta a una temperatura que varia de 160 a 450°C y luego se mantiene la temperatura durante 1 a 100000 segundos, y luego se enfria el componente conformado a temperatura ambiente por cualquier metodo de enfriamiento y bajo cualquier condicion de enfriamiento, donde el paso de tratamiento termico de templado se realiza inmediatamente despues del paso d) o despues de que el componente conformado que se ha sometido al paso d) se deposite durante un periodo de tiempo.

Description

DESCRIPCIÓN

Proceso de conformación de estampado en caliente y componente estampado en caliente

Campo técnico

[0001] La presente invención se refiere a una nueva hoja de acero usada para el estampado en caliente, un proceso de estampado en caliente y un componente conformado de resistencia-tenacidad ultraalta producido a partir del mismo y, más particularmente, a una nueva hoja de acero usada para el estampado en caliente, que fabrica un componente de alta resistencia-tenacidad por un proceso de estampado en caliente para el uso como un componente de seguridad estructural y un componente de refuerzo para vehículos, así como otros componentes de alta resistencia-tenacidad para vehículos.

Estado de la técnica

[0002] El ahorro de energía, la seguridad y la protección ambiental son el tema del desarrollo actual de vehículos a nivel mundial, y el peso ligero de los vehículos juega un papel muy importante. El uso de aceros de alta resistencia se convierte en una tendencia inevitable para la reducción del peso y la seguridad. Sin embargo, un aumento en la resistencia de los materiales de acero puede llevar generalmente a una reducción de las propiedades de conformación, lo que hace complicado formar un componente de forma compleja requerido para el diseño de vehículos; mientras tanto, la recuperación elástica es un problema grave cuando se conforman en frío aceros de alta resistencia, de modo que es difícil controlar con precisión el tamaño y la forma de los componentes estampados; y las matrices se desgastan seriamente durante el proceso de estampado en frío de los materiales de acero de alta resistencia, lo que aumenta los costes de estampado.

[0003] Para resolver el problema de estampado en frío de los aceros de alta resistencia, un método de conformación para la fabricación de un componente de un vehículo con una resistencia de 1000 MPa o mayor, denominado estampado en caliente o conformación en caliente, se desarrolla con éxito y se aplica comercialmente a gran escala. Los pasos del método comprenden: calentar una hoja de acero a la región austenítica de 850 a 950°C; y poner la hoja de acero en una matriz con un sistema de enfriamiento para que se conforme por estampado a alta temperatura. A esa temperatura, el material tiene una resistencia de solo ~200 MPa y un alargamiento de más del 40%, así como buenas propiedades de conformación, y se puede conformar en un componente complejo requerido para el diseño de vehículos, y también tiene una pequeña cantidad de recuperación elástica y alta precisión de conformación. La hoja de acero se somete a un endurecimiento por presión en el momento del estampado para obtener un componente conformado de alta resistencia de una estructura de martensita completa.

[0004] El acero desnudo se puede oxidar en el curso de la conformación en caliente, lo que afectará a la calidad de la superficie del acero, así como la matriz. Una tecnología de galvanización de hoja de acero convencional, sin embargo, no puede cumplir con las condiciones para el proceso de estampado en caliente. La patente de EE. UU. n.° US6296805B1 proporciona una hoja de acero recubierta con aluminio o una aleación de aluminio-silicio usada para el estampado en caliente. El hierro del material de la matriz puede difundirse al recubrimiento de aluminio para formar un recubrimiento de aleación de hierro-aluminio durante el proceso de estampado en caliente y calentamiento. A una temperatura de calentamiento de austenitización, el recubrimiento de hierro-aluminio no se oxidará y puede proteger eficazmente a una hoja de acero de la oxidación durante todo el proceso de estampado en caliente, y el recubrimiento puede producir una cierta mejora en la resistencia a la corrosión del componente conformado en servicio. Por lo tanto, se utiliza ampliamente para uso comercial. Sin embargo, en comparación con la hoja de acero galvanizada convencional, el recubrimiento de aluminio-silicio no puede proporcionar protección contra la corrosión electroquímica. La patente n.° EP1143029 proporciona un método para la fabricación de un componente estampado en caliente con una hoja de acero galvanizada que se conforma por recubrimiento de una hoja de acero laminada en caliente con zinc o una aleación de zinc. El recubrimiento de zinc galvanizado, sin embargo, tiene un punto de fusión relativamente bajo de aproximadamente 780°C, y el zinc puede evaporarse y el recubrimiento de zinc-hierro puede fundirse durante el proceso de conformación en caliente, lo que puede resultar en la fisuración inducida por líquido y reducir la resistencia del acero conformado en caliente.

[0005] La patente n.° CN103392022 proporciona una tecnología de estampado en caliente proporcionada basándose en un proceso de temple y partición, que puede lograr mayor resistencia y alargamiento; sin embargo, requiere normalmente que la temperatura de enfriamiento deba controlarse dentro de un rango de 100°C a 300°C, lo que conlleva dificultades en el control de la uniformidad de temperatura en partes y la complicación del proceso de producción y, así, es desventajoso para la producción real de componentes estampados en caliente; y la temperatura para el tratamiento térmico de austenitización es bastante alta, lo que no es bueno para el estampado en caliente de las hojas galvanizadas y consume mucha energía.

[0006] La patente n.° CN101545071 proporciona una hoja de acero estampada en caliente novedosa, donde la temperatura de calentamiento de austenitización se puede reducir ~50°C, lo que podría llevar a la reducción del coste de producción hasta cierto grado. Sin embargo, la resistencia-tenacidad del acero estampado en caliente no mejora significativamente en comparación con el material estampado en caliente convencional 22MnB5.

[0007] La patente n.° CN102127675B proporciona un diseño de aleación y un método de estampado capaz de reducir la temperatura de estampado en caliente. El método comprende, bajo la condición de una temperatura de estampado en caliente disminuida, calentar un material a una temperatura que varía de 730°C a 780°C y estampar y enfriar el material a una temperatura que está entre 30°C y 150°C por debajo del punto Ms (es decir, que se enfría normalmente hasta 150°C a 280°C), luego calentar adicionalmente el material a una temperatura que varía de 150°C a 450°C y mantener la temperatura durante 1 a 5 minutos para estabilizarlo a un estado final por partición de carbono de martensita a austenita retenida. Al aplicar este método, la ductilidad del material estampado en caliente podría aumentarse basándose en el efecto de plasticidad inducida por transformación (TRlP) de la austenita retenida, pero el límite elástico del material está limitado por debajo de 1150 MPa cuando el alargamiento excede el 10%. En este método, el componente debe enfriarse a una temperatura particular que varía de 150°C a 280°C antes de ser calentado a una temperatura que varía de 150°C a 450°C y mantenerse a la temperatura, de manera que la exactitud de la temperatura y la uniformidad del componente difícilmente pueden controlarse, o se requiere un proceso de producción complicado para controlar la temperatura de temple del mismo, lo que resulta desventajoso para la producción real del componente estampado en caliente.

Resumen de la invención

[0008] Un objeto de la presente invención es proporcionar un proceso de estampado en caliente y un componente conformado producido a partir del mismo. La temperatura de inicio de la transformación martensítica de la hoja de acero es relativamente baja, para asegurar un temple a una temperatura inferior para obtener una coincidencia entre la resistencia ultraalta y la tenacidad del componente. Como el punto de temperatura de inicio de la transformación martensítica (Ms) del material está diseñado para ser 280°C o menos, en el proceso de estampado en caliente de la presente invención, la temperatura de temple se establece normalmente para que esté entre 150 y 260°C por debajo del punto de temperatura de inicio de la transformación martensítica (Ms), lo que permite que el material se enfríe convenientemente en un medio a una temperatura que varía de 0 a 100°C, por ejemplo en aire o en agua fría, agua tibia o agua caliente, antes de recalentarse por separado y mantenerse a una mayor temperatura. Así, el control de la temperatura es fácil de manejar con buena uniformidad y precisión de temperatura sobre un componente, y se pueden obtener propiedades estructurales uniformes y buenas. En la presente invención, el componente estampado se enfría directamente a una temperatura que está entre 150°C y 260°C por debajo del punto Ms (es decir, que se enfría normalmente hasta 0 a 100°C) y luego se recalienta y se mantiene a una mayor temperatura, asegurando una coincidencia entre la resistencia ultraalta y la tenacidad del componente estampado. Las propiedades mecánicas del mismo pueden alcanzar una resistencia a la tracción de 1600 MPa o más, un límite elástico de 1200 MPa o más y a la vez un alargamiento del 10% o más.

[0009] La hoja de acero usada en el proceso reivindicado comprende en porcentaje en peso de un 0,18 a un 0,42% de C, un 5 ~ 8,5% de Mn y un 0,8 ~ 3,0% de Si Al, siendo el resto Fe e impurezas inevitables, donde los elementos de aleación de la hoja de acero permiten que el valor medido real de la temperatura de inicio de la transformación martensítica de la hoja de acero después del estampado en caliente sea <280°C. Las fracciones menores de austenita retenida no son propicias para mejorar la ductilidad del componente, mientras que las fracciones de volumen en exceso de austenita retenida dan lugar a la reducción de la estabilidad de la austenita, lo que conduce a un efecto de TRIP anterior de la misma en el curso de la deformación por tracción o la deformación por colisión, lo que no es bueno para mejorar la resistencia-tenacidad del componente. Con el fin de obtener la austenita retenida con una estabilidad razonable y fracciones de volumen razonable, es necesario diseñar una temperatura de inicio de la transformación martensítica razonable y una temperatura de temple correspondiente. Para enfriar el componente, por ejemplo, por aire o por agua de 0°C a 100°C, la presente invención establece la temperatura de temple del componente conformado a una temperatura determinada en el rango de 0°C a 100°C. Con el fin de obtener un componente de alta resistencia-tenacidad que contenga austenita retenida con una estabilidad razonable y fracciones de volumen razonable, la presente invención diseña los elementos de aleación de la hoja de acero para cumplir con el requisito de que la temperatura de inicio de la transformación martensítica sea <280°C.

[0010] La hoja de acero usada en el proceso reivindicado se basa en un diseño de alto Mn, donde el contenido de Mn es de entre un 5 y un 8,5%, preferiblemente entre un 5 y un 7,5%. El manganeso puede reducir la temperatura de inicio de la transformación martensítica. El acoplamiento de manganeso y carbono en el acero de la presente invención está diseñado para reducir la temperatura de inicio de la transformación martensítica del material por debajo de 280°C para asegurar que las condiciones de enfriamiento del componente estampado en caliente permitan que el componente retenga la austenita con fracciones de volumen razonable en el caso de, por ejemplo, el enfriamiento a temperatura ambiente o el temple en agua tibia para mejorar las propiedades mecánicas del componente. El manganeso puede reducir la temperatura de austenitización del acero usado para el estampado en caliente, de modo que la temperatura de calentamiento de austenitización del acero galvanizado usado para el estampado en caliente puede ser inferior a 780°C en el proceso de estampado en caliente, lo que inhibe la licuefacción y la oxidación severa del zinc, evita la fisuración del zinc líquido y, al mismo tiempo, ahorra energía debido a la temperatura de austenitización reducida. Ya que el Mn tiene un efecto excelente de inhibición de la transición de austenita a ferrita, el alto contenido de Mn puede mejorar la templabilidad del acero. Sin embargo, el solicitante descubrió que el contenido de Mn excesivamente alto, es decir, más de un 8,5%, dará lugar a que el material, después del temple, forme una ^martensita frágil, reduciendo así la ductilidad de la hoja de acero. Así, el límite superior del manganeso no debería ser demasiado alto, preferiblemente de un 8,5%. El solicitante descubrió que el contenido de Mn entre un 4 y un 8,5% puede lograr la combinación óptima de alta templabilidad y alta resistencia-tenacidad.

[0011] Según una forma de realización preferida de la presente invención, la hoja de acero usada en el proceso reivindicado comprende además al menos uno de los siguientes componentes: un 5% o menos de Cr; un 2,0% o menos de Mo; un 2,0% o menos de W; un 0,2% o menos de Ti; un 0,2% o menos de Nb; un 0,2% o menos de Zr; un 0,2% o menos de V; un 2,0% o menos de Cu y un 4,0% o menos de Ni; y un 0,005% o menos de B. El solicitante descubrió que la combinación de al menos uno de estos componentes y los componentes básicos anteriores reducirá la temperatura de austenitización del acero y además asegurará que el punto de temperatura de inicio de la transformación martensítica se reduce por debajo de 280°C, o refinará el tamaño del grano de austenita original, asegurando así adicionalmente una coincidencia entre la resistencia ultraalta y la tenacidad del componente estampado, de manera que las propiedades mecánicas del mismo pueden alcanzar una resistencia a la tracción de 1600 MPa o más, un límite elástico de 1200 MPa o más y a la vez un alargamiento de un 10% o más.

[0012] Según la presente invención, se proporciona también un proceso de estampado en caliente, que comprende los pasos de: a) proporcionar una hoja de acero anteriormente descrita o su componente preformado; b) calentar la hoja de acero o su componente preformado a una temperatura que varía de 700 a 850°C; c) transferir la hoja de acero calentada o su componente preformado a una matriz para el estampado para obtener un componente conformado; y d) enfriar el componente conformado a una temperatura que esté entre 150 y 260°C por debajo del punto de temperatura de inicio de la transformación martensítica. Aquellas personas expertas en la técnica deberían entender que siempre y cuando la temperatura del componente conformado se pueda reducir a una temperatura que esté entre 150 y 260°C por debajo del punto de temperatura de inicio de la transformación martensítica, se puede usar cualquier método de enfriamiento, tal como enfriamiento dentro de una matriz, o enfriamiento en aire, o enfriamiento por agua de 0 a 100°C, es decir, no se impone ninguna limitación en el método de enfriamiento. La temperatura de enfriamiento puede ser preferiblemente una temperatura ambiente, o incluso inferior. La temperatura de calentamiento de la hoja de acero de la presente invención se mantiene a una temperatura que varía de 700 a 850°C para asegurar que la hoja galvanizada pueda conformarse también por estampado en caliente, o incluso conformarse indirectamente por estampado en caliente. Adicionalmente, la temperatura de calentamiento es relativamente baja, lo que puede ahorrar mucha energía y reducir los costes de diversos equipos para el calentamiento a alta temperatura. Según el proceso de estampado en caliente de la presente invención, la temperatura de temple se reduce inmensamente en comparación con la temperatura convencional en la técnica (por ejemplo, de 150 a 280°C como se ha mencionado anteriormente en la patente n.° CN102127675B) y se puede controlar por debajo de 100°C de manera que el método de control de enfriamiento puede ser más flexible, tal como enfriando por aire o por agua de 0 a 100°C (es decir, templando en agua caliente), de manera que el agua, el medio de temple más barato y más fácilmente controlable, se puede aplicar en el proceso de estampado en caliente, consiguiendo un efecto ventajoso de temperatura uniforme y controlabilidad fácil. Además, puede ahorrar también energía térmica y reducir los costes de diversos equipos para el temple a alta temperatura. Además, la fracción en volumen de austenita inicial del componente antes del tratamiento térmico de templado se puede controlar para que sea inferior al 23% por el proceso de estampado en caliente de la presente invención.

[0013] Según la presente invención, se realiza un paso de tratamiento térmico de templado después del paso d), es decir, calentar el componente conformado a una temperatura que varía de 160 a 450°C y mantener la temperatura durante 1 a 100000 segundos, enfriar luego el componente conformado a temperatura ambiente por cualquier método de enfriamiento y bajo cualquier condición de enfriamiento para optimizar la estructura y las propiedades del componente conformado, permitir que la martensita transformada se vuelva a transformar en austenita para aumentar la fracción austenítica a no más de un 32%, luego el carbono se somete a partición de martensita a austenita para estabilizar la austenita, para obtener un componente conformado con un límite elástico de >1200 MPa, una resistencia a la tracción de >1600 MPa y un alargamiento total de >10%.

[0014] Según la presente invención, el paso de tratamiento térmico de templado se puede realizar después de que el componente conformado templado se deposite durante un periodo de tiempo, es decir, el paso de tratamiento térmico de templado no se realiza necesariamente inmediatamente después del paso de temple. Aquellas personas expertas en la técnica deben entender que, ya que el proceso QP (temple-partición) en la técnica anterior requiere que la temperatura de temple deba ser controlada a una temperatura por encima de 100°C, para mantener la temperatura del componente no inferior a la temperatura de temple, el componente conformado debe calentarse inmediatamente a la temperatura de partición de 250°C o más, lo que no es ventajoso para la implementación del proceso y la disposición de la línea de producción. En cambio, debido a que la temperatura de temple en la presente invención se puede reducir por debajo de 100°C, por ejemplo controlar que esté a temperatura ambiente o inferior, el paso de tratamiento térmico de templado de la presente invención no se realiza necesariamente inmediatamente después del temple, por ejemplo, el componente se puede depositar a temperatura ambiente durante cualquier período de tiempo antes del tratamiento térmico de templado, lo que resulta propicio para la disposición de la línea de producción, el proceso y la disposición de regulación de la producción en la industria práctica del estampado en caliente. Adicionalmente, el componente estampado en caliente puede experimentar el tratamiento térmico de templado en cualquier ubicación, tal como en un taller de tratamiento térmico alejado de las líneas de producción de estampado en caliente o durante un proceso de transporte de componentes o en una línea de ensamblaje final de vehículos.

[0015] Según la presente invención, se proporciona un componente conformado fabricado por medio de un proceso de estampado en caliente de la invención, donde la microestructura del componente conformado después del paso d) comprende, en volumen, de un 3% a un 23% de austenita retenida, un 10% o menos de ferrita, y el resto es martensita, o además con un 2% o menos de carburos. Además, el componente conformado se somete al tratamiento térmico de templado después del paso d), y la microestructura del componente conformado en ese momento comprende, en volumen, de un 7% a un 32% de austenita retenida, un 10% o menos de ferrita, y el resto es martensita, o además con un 2% o menos de carburos, para obtener un componente conformado con un límite elástico de >1200 MPa, una resistencia a la tracción de >1600 MPa y un alargamiento total de >10%.

[0016] Según una forma de realización preferida de la presente invención, el componente conformado se puede usar como al menos uno de entre un componente estructural de seguridad de vehículos, un componente estructural de refuerzo y un componente estructural de vehículos de alta resistencia-tenacidad. Para mayor especificidad, el componente conformado se puede usar como al menos uno de entre un refuerzo de un pilar B, un parachoques, una barra de una puerta de un coche y un radio de una rueda. Por supuesto, el componente conformado puede también usarse en todos los demás componentes para vehículos terrestres que requieren un peso ligero y una alta resistencia o alta resistencia y alta ductilidad.

[0017] Según una forma de realización preferida, también se proporciona un método de tratamiento térmico para mejorar la resistencia-tenacidad de un componente estampado en caliente, que comprende: calentar cualquiera de las hojas de acero anteriormente mencionadas o su componente preformado a una temperatura que varía de 700 a 850°C, y luego estampar la misma para obtener un componente conformado, donde la hoja de acero o su componente preformado se mantiene en el rango de temperatura durante 1 a 10000 segundos; enfriar el componente conformado a una temperatura que esté entre 150 y 260°C por debajo del punto de temperatura de inicio de la transformación martensítica, donde el método de enfriamiento comprende enfriar en una matriz, enfriar por aire y enfriar por agua de 0°C a 100°C, con una velocidad de enfriamiento de 0,1 a 1000°C/s; calentar el componente conformado enfriado de nuevo a un rango de temperatura inferior o igual a la Ac1 para el tratamiento térmico de templado, y mantener el componente conformado en el rango de temperatura durante 1 a 100000 segundos; y adicionalmente enfriar el componente conformado a temperatura ambiente por cualquier método de enfriamiento y bajo cualquier condición de enfriamiento. Usando el método de tratamiento térmico de la presente invención, la temperatura de temple se puede controlar a una temperatura (que se puede lograr por temple con agua caliente) por debajo de 100°C, consiguiendo un efecto ventajoso de temperatura uniforme y controlabilidad fácil. Además, puede ahorrar también energía térmica y reducir los costes de diversos equipos para el temple a alta temperatura. Además, una porción de martensita transformada se puede volver a transformar en austenita para aumentar la fracción austenítica, que es normalmente no superior a un 32%, y luego se puede producir la partición de carbono para estabilizar la austenita.

[0018] Según la solución técnica de la presente invención, se pueden obtener al menos las siguientes ventajas:

1. En comparación con el estado de la técnica, la hoja de acero de la presente invención tiene un baja temperatura de austenización y una baja temperatura de temple que puede ser menor de 100°C, lo que es mejor para el control de la temperatura, la uniformidad de la temperatura, unas propiedades estructurales del componente uniformes y el ahorro de energía.

2. En función del diseño de composición, durante el proceso de templado-partición, la cantidad de austenita aumentará obviamente bajo condiciones preferibles y la austenita recién generada será obviamente buena para mejorar la resistencia-tenacidad del acero.

3. En comparación con el proceso de temple directo en el estado de la técnica, el acero de la presente invención obtiene un mayor límite elástico, de 1200 MPa o más, y el límite elástico elevado es un índice importante para mejorar el rendimiento de los componentes estructurales de los vehículos.

4. En comparación con una hoja de acero convencional usada para el estampado en caliente, la hoja de acero de la presente invención tiene una alta templabilidad y su componente estampado en caliente obtiene un producto de resistencia-alargamiento ultraalta con un límite elástico de 1200 MPa o más, una resistencia a la tracción de 1600 MPa o más y un alargamiento de un 10% o más.

Breve descripción de los dibujos

[0019]

Las figuras 1a y 1b muestran la variación en la cantidad de austenita retenida en una hoja laminada en caliente del acero de la presente invención;

Las figuras 2a y 2b muestran la variación en la cantidad de austenita retenida en una hoja laminada en frío del acero de la presente invención;

La figura 3 muestra una microestructura de una forma de realización del acero de la presente invención después del tratamiento térmico de la presente invención; y

La figura 4 muestra una microestructura de distribución de listones típica del acero de la presente invención después del tratamiento térmico de la presente invención.

Descripción detallada de la invención

[0020] La presente invención se describirá en detalle con referencia a las formas de realización. Las formas de realización se destinan a explicar soluciones técnicas ejemplares y la presente invención no está limitada a estas formas de realización.

[0021] La presente invención proporciona una hoja de acero que se puede galvanizar y estampar en caliente directamente y un componente conformado por la hoja de acero, y proporciona un método para la producción del componente conformado y un método de tratamiento térmico para mejorar la resistencia-tenacidad del componente estampado en caliente. El componente conformado puede tener un límite elástico de 1200 MPa o más, una resistencia a la tracción de 1600 MPa o más y un alargamiento de un 10% o más. El método para la producción del componente conformado requiere una temperatura de calentamiento relativamente baja, lo que puede ahorrar mucha energía. La hoja de acero galvanizada se puede usar directamente para el estampado en caliente y sigue teniendo suficiente resistencia. Cuando se está fabricado, el componente conformado se templa a una temperatura que está entre 150 y 260°C por debajo del punto de temperatura de inicio de la transformación martensítica y se puede enfriar por aire a temperatura ambiente o por temple con agua tibia, logrando una temperatura uniforme y una controlabilidad fácil.

[0022] Los componentes químicos (por porcentaje en peso) del acero de la presente invención se definen por las razones siguientes:

C: 0,18% a 0,42%

[0023] El carbono es el elemento de fortalecimiento más barato que puede aumentar inmensamente la resistencia del acero por solución sólida intersticial. Y el aumento en el contenido de carbono reducirá inmensamente la Ac3, reduciendo así la temperatura de calentamiento y ahorrando energía. Aunque el carbono puede reducir inmensamente la temperatura de inicio de la transformación martensítica, deben cumplirse los requisitos del diseño de aleación para que la temperatura de inicio de la transformación martensítica sea <280°C y los requisitos para la microestructura del acero, y el carbono es el elemento de fortalecimiento de solución sólida intersticial más importante, por lo tanto, el límite inferior del contenido de carbono es del 0,18%. Sin embargo, un contenido excesivamente alto de carbono puede dar lugar a una mala soldabilidad del acero y causar un gran aumento en la resistencia y una reducción de la tenacidad de la hoja, por lo tanto el límite superior de carbono es del 0,42%. Un valor preferido está entre el 0,22% y el 0,38%.

Mn: 5 % a 8,5%, Cr: 5% o menos

[0024] El Mn es un elemento importante en la presente invención. El Mn es un buen desoxidante y desulfurante. El Mn es un elemento estabilizante de austenita que puede expandir la región austenítica y reducir la temperatura Ac3. El Mn tiene un buen efecto en la inhibición de la transformación de austenita en ferrita y en la mejora de la templabilidad del acero. El Cr puede mejorar la resistencia a la oxidación y la resistencia a la corrosión, y es un elemento de aleación importante en el acero inoxidable. El Cr es un elemento de conformación de carburos moderadamente fuerte. No solo puede mejorar la resistencia y la dureza del acero por fortalecimiento de la solución sólida, sino también mejorar la estabilidad de la austenita y aumentar la templabilidad del acero, ya que su tasa de difusión en la austenita es baja y puede inhibir la difusión del carbono. El aumento en el contenido de Cr puede mejorar inmensamente la cantidad de austenita retenida después del temple. El porcentaje de Mn y Cr en el acero se determina según los requisitos del diseño de aleación para la temperatura de inicio de la transformación martensítica y el contenido de carbono en el acero. Se pueden añadir uno o los dos elementos, Mn y Cr. Con el fin de reducir la temperatura de calentamiento durante el tratamiento térmico, el límite inferior del Mn se fija para que sea de un 5 % para asegurar que la temperatura de inicio de la transformación martensítica sea <280°C y, al mismo tiempo, se garantiza que la temperatura de austenitización completa (Ac3) del material sea <730°C para asegurar que la hoja galvanizada se pueda formar por estampado en caliente. La adición de demasiado Mn puede dar lugar a que el material después del temple forme una ^ martensita frágil, por lo tanto, el límite superior del Mn se fija para que sea de un 8,5%. La adición de Cr, junto con Mn, puede reducir además la temperatura de inicio de la transformación martensítica y la temperatura de austenitización completa del material, pero el Cr tiene una capacidad relativamente débil para reducir la temperatura de inicio de transformación martensítica y la temperatura de austenitización completa en comparación con la del Mn, y tiene un coste superior al Mn, por lo tanto, su límite superior se fija para que sea de un 5%. El Mn varía preferiblemente de un 5 a un 7,5% y el Cr preferiblemente no se añade debido a su mayor coste.

Si+Al: 0,8% a 3,0%

[0025] El Si y el Al pueden inhibir ambos la formación de carburos. Cuando el acero se mantiene a un rango de temperatura por debajo de la temperatura Ac1 después de ser templado a temperatura ambiente, el Si y el Al pueden inhibir ambos la precipitación de carburos en la martensita y la partición de carbono de martensita a austenita retenida para mejorar la estabilidad de la austenita y mejorar la resistencia-ductilidad del acero. La adición de demasiado poco Si y Al no puede inhibir suficientemente la precipitación de carburos en el curso del estampado en caliente, por lo tanto, el límite inferior de Si+Al es de un 0,8%. En la producción industrial, demasiado Al puede bloquear la boquilla en la colada continua, aumentando la dificultad de la colada continua, y el Al puede aumentar la temperatura de inicio de la transformación martensítica y la temperatura de austenitización completa del material, lo que no cumple con el requisito de control de la temperatura de la estructura del acero de la presente invención, por lo tanto, el límite superior del Al se fija para que sea de un 1,5%. Un alto contenido de Si conducirá a más impurezas en el acero, por lo tanto, el límite superior del Si se fija para que sea de un 2,5%, y el límite superior de Si+Al se fija para que sea de un 3,0%. El valor preferido de Si varía de un 0,8 a un 2%, y el valor preferido de Al es inferior a un 0,5%.

Impurezas inevitables de P, S y N

[0026] En general, el P es un elemento nocivo en el acero, que puede aumentar la fragilidad en frío del acero, empeorar la soldabilidad, reducir la plasticidad y deteriorar la propiedad de flexión en frío. En términos generales, el S es también un elemento nocivo, que puede causar la fragilidad en caliente del acero, y reducir la ductilidad y la soldabilidad del acero. El N es un elemento inevitable en el acero. El N es similar al carbono en cuanto al efecto de fortalecimiento y es útil en el endurecimiento en horno.

Mo y W: 2,0% o menos

[0027] El Mo y el W pueden mejorar la templabilidad del acero y aumentan eficazmente la resistencia del acero. Además, incluso si la hoja de acero no se enfría lo suficiente debido a su contacto inestable con la matriz durante el proceso de conformación a alta temperatura, el acero puede tener todavía una resistencia adecuada debido a la templabilidad aumentada resultante del Mo y el W. En el caso de que el Mo y el W sean superiores al 2%, no se pueden conseguir efectos adicionales y, en cambio, aumentarán los costes. Ya que el diseño de alto contenido de Mn en el acero de la presente invención tiene una alta templabilidad, preferiblemente no hay ninguna necesidad de añadir Mo y W extra para reducir los costes.

Ti, Nb, Zr y V: 0,2% o menos

[0028] Ti, Nb, Zr y V refinan los granos cristalinos del acero, aumentan la resistencia del acero y hacen que el acero tenga unas buenas propiedades de tratamiento térmico. La concentración excesivamente baja de Ti, Nb, Zr y V no funciona, pero más de un 0,2% de los mismos aumentará los costes innecesarios. El acero de la presente invención puede obtener una resistencia de más de 1600 MPa y una buena ductilidad debido a un diseño razonable de C y Mn, por lo tanto, preferiblemente no hay ninguna necesidad de añadir Ti, Nb, Zr y V extra para reducir los costes.

Cu: 2,0% o menos, Ni: 4,0 % o menos

[0029] El Cu puede aumentar la resistencia y la tenacidad, especialmente la resistencia a la corrosión atmosférica. Cuando el contenido de Cu es mayor de un 2,0%, la procesabilidad puede deteriorarse, y se puede formar una fase líquida durante el laminado en caliente, lo que da lugar al agrietamiento. El alto contenido de Cu también puede causar un aumento en los costes innecesarios. El Ni puede aumentar la resistencia del acero y mantener la buena plasticidad y la tenacidad del acero. Si la concentración de Ni es más de un 4,0%, los costes aumentarán. El acero de la presente invención puede obtener una resistencia de más de 1600 MPa y una buena ductilidad debido a un diseño razonable de C y Mn, por lo tanto, preferiblemente no hay ninguna necesidad de añadir Cu y Ni extra para reducir los costes.

B: 0,005% o menos

[0030] La segregación de B en los límites de los granos de austenita evita la nucleación de la ferrita, lo que puede mejorar inmensamente la templabilidad del acero y mejora significativamente la resistencia del acero después del tratamiento térmico. El contenido de B de más de un 0,005% obviamente no puede mejorar.

[0031] Ya que el diseño de alto Mn en el acero de la presente invención tiene una alta templabilidad, preferiblemente no hay ninguna necesidad de añadir B extra para reducir los costes.

[0032] Se describirá el método para fabricar el componente conformado. La hoja de acero se procesa por estampado y se calienta a una temperatura que varía de 700 a 850°C, preferiblemente de 730 a 780°C, antes del estampado en caliente. En cuanto al componente preformado de la hoja de acero, después del estampado en frío, se calienta a una temperatura que varía de 700 a 850°C, preferiblemente de 730 a 780°C. Posteriormente, la hoja de acero estampada se enfría dentro de una matriz, o por aire o por otro método de enfriamiento, a una temperatura que está entre 150 y 260°C por debajo de la temperatura de inicio de la transformación martensítica, preferiblemente se enfría a una temperatura desde temperatura ambiente hasta 100°C. Luego, la microestructura del componente conformado comprende, en volumen, de un 3% a un 23% de austenita retenida, un 10% o menos (incluido el 0%) de ferrita, donde el resto es martensita. Demasiada austenita retenida lo hará inestable, mientras que un contenido excesivamente alto de martensita hará que la cantidad de austenita retenida sea insuficiente, y una alta cantidad de carburos formados reducirá el contenido de carbono en la austenita haciéndola inestable, de manera que el requisito de la presente invención para el alargamiento no se puede cumplir. Puede producirse ferrita inducida por deformación durante el proceso de conformación en caliente, y la cantidad de ferrita no debería exceder el 10% para conseguir la resistencia deseada.

[0033] Luego, el componente estampado se enfría a temperatura ambiente después del tratamiento de templado donde el componente estampado se mantiene a una temperatura que varía de 160 a 450°C durante 1 a 10000 segundos. La microestructura del componente conformado templado en ese momento comprende, en volumen, de un 7% a un 32% de austenita retenida, un 10% o menos (incluido el 0%) de ferrita, donde el resto es martensita. Durante el tratamiento de templado, el carbono se somete a partición de martensita a austenita para estabilizar la austenita, de manera que el componente en el estado final de uso tiene una fracción en volumen de austenita razonable en el acero y estabilidad para obtener una resistencia-tenacidad alta. Debe observarse que, según el proceso de tratamiento térmico de templado de la presente invención, el porcentaje en volumen de la austenita en el acero se puede aumentar un 2% o más en comparación con el de antes del templado.

[0034] El diseño del componente de aleación en el acero de la presente invención cumplirá con el requisito de que el valor medido real de la temperatura de inicio de la transformación martensítica del acero sea <280°C. La adición de elementos de aleación reducirá obviamente la temperatura de austenitización del acero. La hoja de acero o el componente preformado se conforma por estampado después de calentarse a una temperatura que varía de 700 a 850°C, preferiblemente de 730 a 780°C, donde la hoja de acero se mantiene en el rango de temperatura durante 1 a 10000 segundos. Luego se enfría a una temperatura que está entre 150 y 260°C por debajo del punto de temperatura de inicio de la transformación martensítica, preferiblemente se enfría por debajo de 100°C a temperatura ambiente o incluso a una temperatura inferior. El método de enfriamiento comprende enfriar en una matriz, enfriar por aire, por agua caliente o agua fría o por otros métodos de enfriamiento, con una velocidad de enfriamiento de 0,1 a 1000°C/s. El componente estampado y enfriado se calienta de nuevo a un rango de temperatura inferior o igual a la Ac1 para el tratamiento térmico de templado, y la hoja de acero se mantiene en el rango de temperatura durante 1 a 10000 segundos. Luego se enfría a temperatura ambiente por cualquier método de enfriamiento y bajo cualquier condición de enfriamiento. Si el tiempo de entretenimiento es inferior a 1 segundo, puede que el carbono no se haya difundido lo suficiente en la austenita retenida; y, si es mayor de 10000 segundos, la austenita puede ablandarse demasiado y la resistencia de la hoja de acero puede disminuir hasta el punto de no poder cumplir el requisito del diseño.

[0035] Durante el tratamiento térmico de templado, el carbono se somete a partición de martensita a austenita para estabilizar la austenita, lo que puede mejorar la resistencia-tenacidad del acero. En un caso preferible, después de un tratamiento de templado a baja temperatura, el porcentaje en volumen de austenita retenida en el acero aumentará obviamente en un 2% o más en comparación con el de antes del templado. La austenita recién generada aumentará aparentemente la plasticidad del acero y es propicia para evitar la expansión de las grietas, aumentando así inmensamente el producto de resistencia-alargamiento del acero.

[0036] Se describirán los experimentos basados en la hoja de acero de la presente invención. El lingote de acero que tiene los elementos como se determina en la tabla 1 se homogeneizará manteniendo la temperatura durante 10 horas a 1200°C y luego se mantendrá durante 1 hora a una temperatura entre 1000 y 1200°C y entonces se laminará en caliente para dar lugar a una hoja laminada en caliente. La hoja laminada en caliente u hoja decapada laminada en caliente se mantiene durante 5 a 32 horas a una temperatura que varía de 600 a 700°C, y se realiza un recocido por lotes simulado para reducir la resistencia de la hoja laminada en caliente y es ventajoso para la laminación en frío. Luego la hoja de decapado laminada en caliente u hoja de recocido decapada laminada en caliente se lamina en frío a 1,5 mm. En la tabla 1, los n.° IS1 a IS7 e IS9 a IS11 son los aceros de la presente invención, y los n.° CS1 a CS5 e IS8 son aceros de contraste que contienen componentes registrados en el estado de la técnica.

Tabla 1 Componentes químicos del acero

[0037] Luego, el componente conformado que contiene los componentes anteriores se conforma por estampado en caliente usando los parámetros del proceso que se muestran en la tabla 2. Para mayor especificidad, la hoja de acero o su componente preformado de la presente invención se calienta en un horno a una temperatura que varía de 700 a 850°C (AT) y se mantiene a la temperatura durante 10 minutos, y luego se transforma en una matriz para el estampado en caliente, y el componente conformado se enfría por aire o por otro método a una temperatura por debajo de 100°C (QT). Después de un período de tiempo, el componente conformado se calienta a una temperatura que varía de 180 a 500°C (TT) y se mantiene a la temperatura durante un período de tiempo para el tratamiento de templado, y luego se enfría a temperatura ambiente. Además, la hoja de acero de contraste se conforma y se trata térmicamente según los parámetros del proceso de estampado en caliente en el estado de la técnica como se muestra en la tabla 3. Cabe señalar que en las tablas 2 y 3, IS es el acero de la presente invención, excepto IS8, AT es la temperatura de austenitización, TT es una temperatura de templado, Ms es la temperatura de inicio de la transformación martensítica. Las temperaturas de equilibrio Ae1 y Ae3 en las tablas se calculan según los componentes del acero por el software termodinámico Thermal-cal.

Tabla 2

Tabla 3

[0038] Después del proceso de conformación en caliente y de tratamiento térmico anterior, se analizan las propiedades mecánicas de diferentes aceros y el proceso de tratamiento térmico correspondiente a temperatura ambiente, cuyo resultado se muestra en la tabla 4. IS en la tabla 4 sigue representando el componente conformado de la presente invención, mientras que CS indica el acero de contraste. Además, YS indica el límite elástico, TS indica la resistencia a la tracción, TE indica el alargamiento total, HR es acero laminado en caliente y CR es acero laminado en frío. Además, las muestras de tensión en la tabla 4 son muestras estándar ASTM que tienen una longitud de referencia de 50 mm, y la velocidad de deformación de las pruebas de las propiedades mecánicas de tracción es 5*10-4.

Tabla 4

[0039] Se puede saber, a partir de los datos de las propiedades mecánicas mostrados en la tabla 4, que un componente conformado con una combinación excelente de resistencia y alargamiento se puede hacer de la hoja de acero que tiene los componentes de la presente invención mediante el proceso de estampado en caliente de la presente invención. Para mayor especificidad, puede hacer un componente conformado con un límite elástico de >1200 MPa, una resistencia a la tracción de >1600 MPa y un alargamiento total de >10%. En cambio, el componente conformado hecho de la hoja de acero que tiene los componentes del estado de la técnica por el proceso de estampado en caliente del estado de la técnica tiene un rendimiento integral inferior, y el límite elástico del mismo es inferior a 1200 MPa cuando el alargamiento es mayor de un 10%. Debido a que el límite elástico es un parámetro importante para evaluar el rendimiento de componentes estructurales de seguridad de los vehículos, el componente conformado hecho de la hoja de acero de la presente invención por el proceso de estampado en caliente de la presente invención consigue un rendimiento integral mucho mejor que la tecnología existente.

[0040] Además, se puede saber mediante el análisis de la microestructura del acero de la presente invención que la microestructura del acero sin someterse a un tratamiento térmico de templado comprende, en volumen, de un 3% a un 23% de austenita retenida, un 10% o menos de ferrita, y el resto es martensita. Después de someterse al tratamiento térmico de templado, la microestructura del componente conformado comprende, en volumen, de un 7% a un 32% de austenita retenida, un 10% o menos de ferrita, y el resto es martensita. La figura 1a muestra una tendencia de la austenita retenida en la hoja de acero laminada en caliente de la presente invención que varía con diferentes tiempos de templado a la misma temperatura, es decir, 250°C. La figura 1b muestra la tendencia de la austenita retenida en la hoja de acero laminada en caliente de la presente invención que varía con diferentes tiempos de templado a la misma temperatura, es decir, 300°C. La figura 2a muestra la variación en la cantidad de austenita retenida en la hoja de acero laminada en frío de la presente invención a 250°C bajo diferentes procesos de tratamiento térmico. La figura 2b muestra la variación en la cantidad de austenita retenida en la hoja de acero laminado en frío de la presente invención a 300°C bajo diferentes procesos de tratamiento térmico. Como muestran estas figuras, bajo diferentes procesos de templado, la cantidad de austenita retenida en la hoja de acero de la presente invención generalmente aumenta con el tiempo.

[0041] Una pequeña fracción de austenita retenida no es buena para mejorar la ductilidad de un componente, mientras que una alta fracción en volumen de austenita retenida provocará que la austenita se conforme en bloques gruesos, que se transformarán en martensita en bloques frágiles por el efecto TRIP durante la deformación por tracción o la deformación por colisión, lo que es malo para mejorar la ductilidad del componente. Así, la presente invención controla el punto de temperatura de inicio de la transformación martensítica para que no sea más de 280°C y la temperatura de temple para que esté entre 150 y 260°C por debajo del punto de temperatura de inicio de la transformación martensítica, para garantizar una fracción en volumen razonable de austenita y una morfología en listones (o película). La figura 3 muestra la microestructura después de someterse a un tratamiento de templado durante 5 minutos a 300°C después de un tratamiento de austenitización. Y la figura 4 muestra una microestructura de distribución de listones típica.

[0042] Las formas de realización anteriores son formas de realización típicas de la presente invención. Sin apartarse del concepto inventivo descrito en la presente, aquellas personas expertas en la técnica pueden hacer cualquier modificación a las formas de realización que todavía entre en el alcance de la presente invención.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Proceso de estampado en caliente, caracterizado por el hecho de que comprende los pasos de:

a) proporcionar una hoja de acero o su componente preformado, donde la hoja de acero comprende en peso en porcentaje 0,18 ~ 0,42% de C, 5 ~ 8,5% de Mn y 0,8 ~ 3,0% de Si Al, comprende opcionalmente al menos uno de los siguientes componentes: 5% o menos de Cr; 2,0% o menos de Mo; 2,0% o menos de W; 0,2% o menos de Ti; 0,2% o menos de Nb; 0,2% o menos de Zr; 0,2% o menos de V; 2,0% o menos de Cu; 4,0% o menos de Ni; y 0,005% o menos de B, siendo el resto Fe e impurezas inevitables, donde los elementos de aleación de la hoja de acero permiten que el valor medido real de la temperatura de inicio de la transformación martensítica de la hoja de acero después del estampado en caliente sea <280°C;

b) calentar la hoja de acero o su componente preformado a una temperatura que varía de 700 a 850°C; c) transferir la hoja de acero calentada o su componente preformado a una matriz para el estampado con el fin de obtener un componente conformado; y

d) enfriar el componente conformado a una temperatura que está entre 150 y 260°C por debajo del punto de temperatura de inicio de la transformación martensítica por cualquier método de enfriamiento y bajo cualquier condición de enfriamiento,

un paso de tratamiento térmico de templado se realiza después del paso d), en el paso de tratamiento térmico de templado, el componente conformado se calienta a una temperatura que varía de 160 a 450°C y luego se mantiene la temperatura durante 1 a 100000 segundos, y luego se enfría el componente conformado a temperatura ambiente por cualquier método de enfriamiento y bajo cualquier condición de enfriamiento, donde el paso de tratamiento térmico de templado se realiza inmediatamente después del paso d) o después de que el componente conformado que se ha sometido al paso d) se deposite durante un periodo de tiempo.

2. Proceso de estampado en caliente según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el método de enfriamiento comprende enfriamiento dentro de una matriz o enfriamiento por aire o enfriamiento por agua de 0 a 100°C.

3. Proceso de estampado en caliente según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por el hecho de que, en el paso c), la hoja de acero o su componente preformado se mantiene en el rango de temperatura durante 1 a 10000 segundos;

después del paso d), se calienta el componente conformado enfriado de nuevo a un rango de temperatura inferior o igual a la Ac1 para el tratamiento térmico de templado, y se mantiene el componente conformado en el rango de temperatura durante 1 a 100000 segundos, y se enfría el componente conformado a temperatura ambiente por cualquier método de enfriamiento y bajo cualquier condición de enfriamiento.

4. Componente conformado, caracterizado por el hecho de que el componente conformado se fabrica de la hoja de acero por medio del proceso de estampado en caliente según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, donde la microestructura del componente conformado comprende, en volumen, de un 7% a un 32% de austenita retenida y un 10% o menos de ferrita, siendo el resto martensita.

5. Componente conformado según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que el componente conformado tiene un límite elástico de 1200 MPa o más, una resistencia a la tracción de 1600 MPa o más y un alargamiento de un 10% o más.

6. Componente conformado según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que el componente conformado se usa como al menos uno de entre un componente estructural de seguridad, un componente estructural de refuerzo, un componente de las ruedas y un componente estructural de vehículos de alta resistenciatenacidad de los vehículos terrestres.

7. Componente conformado según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que el componente conformado se usa como al menos uno de entre un refuerzo de columna B, un parachoques, una barra anticolisión de la puerta de un vehículo y un radio de una rueda.

8. Componente conformado según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que el componente conformado contiene además un 2% o menos de carburos.