KR20190130131A - Improved edge formability of metal alloys - Google Patents
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Abstract
본 개시는 내부 홀 또는 외부 에지의 형성과 같은 에지를 형성한 결과로서 하나 이상의 기계적 특성의 손실을 겪는 금속 합금의 기계적 특성을 개선하기 위한 방법에 관한 것이다. 산업적 적용에 대한 제한 요인으로서 작용할 수 있는 다양한 방법에 의해 금속 합금 내에 배치된 하나 이상의 에지로 형성된 금속 합금의 기계적 특성을 개선하는 능력을 제공하는 방법이 개시된다.The present disclosure is directed to a method for improving the mechanical properties of a metal alloy that suffers a loss of one or more mechanical properties as a result of forming the edge, such as the formation of an inner hole or an outer edge. A method is disclosed that provides the ability to improve the mechanical properties of a metal alloy formed with one or more edges disposed within the metal alloy by various methods that can serve as limiting factors for industrial applications.
Description
관련 출원의 상호 참조Cross Reference of Related Application
본 출원은 원용에 의해 전체가 본원에 포함되는 2015년 4월 10일에 출원된 미국 가특허 출원 일련 번호 62/146,048 및 2015년 11월 18일에 출원된 미국 가특허 출원 일련 번호 62/257,070의 이익을 주장하는, 2016년 4월 8일에 출원된 미국 특허 출원 15/094,554의 부분계속출원인, 2017년 2월 21일에 출원된 미국 특허 출원 15/438,313을 우선권으로 주장한다. This application is directed to US Provisional Patent Application Serial No. 62 / 146,048, filed April 10, 2015, which is incorporated herein in its entirety by reference, and US Provisional Patent Application Serial No. 62 / 257,070, filed November 18, 2015. A priority claim is U.S.
발명의 분야Field of invention
본 개시는 전단된 에지 부분 또는 펀칭된 홀과 같은 전단의 결과로서 하나 이상의 기계적 특성을 손실한 금속 합금의 기계적 특성을 개선하는 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로, 산업적 적용의 제한 요인의 역할을 할 수 있는 하나 이상의 전단된 에지로 형성된 금속 합금의 기계적 특성을 개선하는 능력을 제공하는 방법이 개시된다.The present disclosure is directed to a method of improving the mechanical properties of a metal alloy that has lost one or more mechanical properties as a result of shearing, such as sheared edge portions or punched holes. More specifically, a method is disclosed that provides the ability to improve the mechanical properties of a metal alloy formed with one or more sheared edges that can serve as a limiting factor in industrial applications.
고대의 도구로부터 현대의 고층빌딩 및 자동차에 이르기까지 강은 수백년 동안 인간의 혁신을 추진해왔다. 지구의 지각에 풍부한 철 및 그 관련 합금은 인류에게 많은 어려운 발달 장벽에 대한 해결책을 제공하였다. 초창기부터, 강의 개발은 지난 2 세기 이내에 상당히 진보하였으며, 몇 년마다 새로운 종류의 강이 출시되고 있다. 이들 강 합금은 측정된 특성, 특히 최대 인장 변형률 및 파괴전 인장 응력에 기초하여 3 가지 클래스로 분류될 수 있다. 이들 3 개의 클래스는 저강도 강(LSS; Low Strength Steel), 고강도 강(HSS; High Strength Steel), 및 초고강도 강(AHSS; Advanced High Strength Steel)이다. 저강도 강(LSS)은 일반적으로 270 MPa 미만의 최대 인장 강도를 나타내는 것으로 분류되며, 인터스티셜 프리(interstitial free) 강 및 연강과 같은 유형을 포함한다. 고강도 강(HSS)은 270 내지 700 MPa의 최대 인장 강도를 나타내는 것으로 분류되며, 고강도 저합금 강, 고강도의 인터스티셜 프리 강 및 가열 경화성 강과 같은 유형을 포함한다. 초고강도 강(AHSS)은 700 MPa을 초과하는 최대 인장 강도에 의해 분류되며, 마르텐사이트 강(MS), 이중 상(DP) 강, 변태 유기 소성(TRIP) 강, 및 복합 상(CP) 강과 같은 유형을 포함한다. 강도의 수준이 증가함에 따라 강의 최대 인장 신율(전성)의 경향은 음이 되고, 높은 최대 인장 강도에서 신율이 감소한다. 예를 들면, LSS, HSS 및 AHSS의 인장 신율은 각각 25% 내지 55%, 10% 내지 45%, 및 4% 내지 30%의 범위이다.From ancient tools to modern skyscrapers and automobiles, the river has been driving human innovation for hundreds of years. Iron and its associated alloys, rich in the earth's crust, have provided mankind with solutions to many difficult developmental barriers. Since its inception, river development has advanced considerably within the last two centuries, with new types of steel being introduced every few years. These steel alloys can be classified into three classes based on measured properties, in particular maximum tensile strain and pre-destructive tensile stress. These three classes are Low Strength Steel (LSS), High Strength Steel (HSS), and Advanced High Strength Steel (AHSS). Low strength steels (LSS) are generally classified as exhibiting a maximum tensile strength of less than 270 MPa and include types such as interstitial free steels and mild steels. High strength steels (HSS) are classified as exhibiting maximum tensile strengths of 270 to 700 MPa and include types such as high strength low alloy steels, high strength interstitial free steels and heat curable steels. Ultra high strength steels (AHSS) are classified by maximum tensile strengths in excess of 700 MPa, such as martensitic steel (MS), double phase (DP) steel, transformation organic plastic (TRIP) steel, and composite phase (CP) steel. Include type. As the level of strength increases, the tendency of the maximum tensile elongation (melt) of the steel becomes negative, and the elongation decreases at high maximum tensile strength. For example, the tensile elongations of LSS, HSS and AHSS range from 25% to 55%, 10% to 45%, and 4% to 30%, respectively.
강의 생산을 지속적으로 증가하고, 현재 미국의 생산량은 연간 약 1억톤으로 추정값은 750억 달러이다. 차량에서 강의 이용률도 높고, 초고강도 강(AHSS)은 현재 17%이고, 앞으로 수년 내에 300%의 성장이 예상된다[American Iron and Steel Institute. (2013). Profile 2013. Washington, D.C.]. 현재의 시장 동향과 정부의 규제에 의해 차량의 고효율화가 추진되고 있고, AHSS는 점점 더 고강도 대 질량의 비를 제공하는 능력을 추구하고 있다. AHSS의 고강도에 의해 설계자는 동등하거나 개선된 기계적 특성을 유지하면서 완성된 부품의 두께를 저감시킬 수 있다. 부품의 두께를 감소시키는 경우, 차량의 동등하거나 더 우수한 기계적 특성을 얻기 위해 더 적은 질량이 필요하므로 차량 연료 효율이 개선된다. 이것에 의해 설계자는 안전성을 손상하지 않으면서 차량의 연료 효율을 개선할 수 있다.Steel production continues to increase, with current US production of about 100 million tons per year, estimated at $ 75 billion. In-vehicle utilization is also high, ultra-high strength steel (AHSS) is currently 17%, and 300% growth is expected in the next few years [American Iron and Steel Institute. (2013). Profile 2013. Washington, D.C.]. Current market trends and government regulations are driving the efficiency of vehicles, and AHSS is increasingly pursuing the ability to provide high strength-to-mass ratios. The high strength of AHSS allows designers to reduce the thickness of finished parts while maintaining equivalent or improved mechanical properties. When reducing the thickness of the part, vehicle fuel efficiency is improved because less mass is needed to obtain equivalent or better mechanical properties of the vehicle. This allows the designer to improve the fuel efficiency of the vehicle without compromising safety.
차세대 강의 중요한 속성 중 하나는 성형성이다. 성형성은 균열, 파열 또는 아니면 파괴 없이 특정의 형상으로 만들 수 있는 능력이다. 성형성이 높은 강은 보다 복잡한 부품 형상의 생성을 가능하게 하고, 중량의 저감을 가능하게 함으로써 부품 설계자에게 이익을 제공한다. 성형성은 에지 성형성 및 벌크 성형성의 2 가지 구별되는 형태로 더 분류될 수 있다. 에지 성형성은 에지가 특정의 형상으로 형성되는 능력이다. 재료의 에지는 펀칭, 전단, 피어싱, 스탬핑, 천공, 절단, 또는 크로핑(cropping)을 포함하는, 그러나 이들에 한정되지 않는 산업적 공정의 다양한 방법을 통해 생성된다. 또한, 이러한 에지를 생성하는데 사용되는 장치는 다양한 유형의 기계식 프레스, 유압 프레스, 및/또는 전자기 프레스를 포함하는 그러나 이들에 한정되지 않는 방법만큼 다양하다. 용도 및 가공되는 재료에 따라, 에지 생성 속도의 범위도 0.25 mm/초의 낮은 속도와 3700 mm/초의 높은 속도로 광범위하게 변화한다. 다양한 에지 형성 방법, 장치, 및 속도는 오늘날 상업적으로 사용되고 있는 무수한 상이한 에지 조건을 초래한다. One of the important properties of next generation steel is formability. Formability is the ability to make a specific shape without cracking, rupturing or otherwise breaking. High formability steels benefit component designers by enabling the creation of more complex part shapes and by reducing weight. Formability can be further classified into two distinct forms of edge formability and bulk formability. Edge formability is the ability of an edge to be formed into a particular shape. Edges of the material are produced through various methods of industrial processes, including but not limited to punching, shearing, piercing, stamping, perforating, cutting, or cropping. In addition, the apparatus used to create such edges is as varied as the methods including, but not limited to, various types of mechanical presses, hydraulic presses, and / or electromagnetic presses. Depending on the application and the material being processed, the range of edge generation rates also varies widely at low speeds of 0.25 mm / sec and high speeds of 3700 mm / sec. Various edge forming methods, devices, and speeds result in a myriad of different edge conditions that are commercially available today.
자유 표면인 에지는 시트 에지의 생성으로부터 유래하는 시트의 균열 또는 구조 변화와 같은 결함에 의해 지배된다. 이러한 결함은 성형 작업 중에 에지 성형성에 악영향을 미쳐서 에지에서의 유효한 전성을 감소시킨다. 다른 한편으로 벌크 성형성은 성형 작업 중에 금속의 고유의 전성, 구조, 및 관련된 응력 상태에 의해 지배된다. 벌크 성형성은 전위, 쌍정, 및 상변태와 같은 이용가능한 변형 메커니즘에 의해 주로 영향을 받는다. 벌크 성형성은 이들 이용가능한 변형 메커니즘이 재료 내에서 포화될 때 최대화되고, 개선된 벌크 성형성은 이들 메커니즘의 수 및 이용가능성이 증가됨으로써 얻어진다.Edges, which are free surfaces, are governed by defects such as cracks or structural changes in the sheet resulting from the creation of the sheet edges. These defects adversely affect edge formability during molding operations, thereby reducing the effective malleability at the edges. Bulk formability, on the other hand, is governed by the inherent malleability, structure, and associated stress state of the metal during the molding operation. Bulk formability is mainly affected by available deformation mechanisms such as dislocations, twins, and phase transformations. Bulk formability is maximized when these available deformation mechanisms are saturated in the material, and improved bulk formability is obtained by increasing the number and availability of these mechanisms.
에지 성형성은 홀이 시트에 형성되고, 이 홀이 원뿔형 펀치에 의해 확장되는 홀 확장 측정을 통해 측정될 수 있다. 종래의 연구는 종래의 AHSS 재료가, 홀 확장에 의해 측정되었을 때, 다른 LSS 및 HSS에 비해 에지 성형성이 감소되는 곤란을 겪는다는 것을 보여주었다[M.S. Billur, T. Altan, "Challenges in forming advanced high strength steels", Proceedings of New Developments in Sheet Metal Forming, pp.285-304, 2012]. 예를 들면, 780 MPa의 최대 인장 강도를 갖는 이중 상(DP) 강은 20% 미만의 홀 확장을 달성하지만, 약 400 MPa의 최대 인장 강도를 갖는 인터스티셜 프리 강(IF)은 약 100% 홀 확장률을 달성한다. 이러한 감소된 에지 성형성은 바람직한 벌크 성형성을 가지고 있음에도 불구하고 자동차 용도에서 AHSS의 채용을 곤란하게 한다.Edge formability can be measured through hole expansion measurements in which holes are formed in the sheet, which holes are expanded by a conical punch. Previous studies have shown that conventional AHSS materials suffer from reduced edge formability compared to other LSS and HSS when measured by hole expansion [M.S. Billur, T. Altan, "Challenges in forming advanced high strength steels", Proceedings of New Developments in Sheet Metal Forming, pp. 285-304, 2012]. For example, dual phase (DP) steel with a maximum tensile strength of 780 MPa achieves less than 20% hole expansion, while interstitial free steel (IF) with a maximum tensile strength of about 400 MPa is about 100% Achieve hole expansion rate. This reduced edge formability makes it difficult to employ AHSS in automotive applications, despite having desirable bulk formability.
요약summary
하나 이상의 전단된 에지의 형성의 결과로서 기계적 특성의 손실을 겪은 금속 합금에서 하나 이상의 기계적 특성을 개선하는 방법으로서 다음의 단계를 포함한다:A method of improving one or more mechanical properties in a metal alloy that has suffered a loss of mechanical properties as a result of the formation of one or more sheared edges includes the following steps:
a. 50 원자% 이상의 철과, Si, Mn, B, Cr, Ni, Cu 또는 C로부터 선택되는 4 종 이상의 원소를 포함하는 금속 합금을 공급하고, 상기 합금을 용융시키고, 250 K/초 이하의 속도로 냉각시키거나 2.0 mm 내지 500 mm의 두께로 응고시키고, Tm 및 μm 내지 10,000 μm의 매트릭스 결정립을 갖는 합금을 형성하는 단계;a. Supplying a metal alloy containing at least 50 atomic% iron and at least four elements selected from Si, Mn, B, Cr, Ni, Cu or C, melting the alloy, and at a rate of 250 K / sec or less Cooling or solidifying to a thickness of 2.0 mm to 500 mm and forming an alloy having Tm and matrix grains of μm to 10,000 μm;
b. 상기 합금을 700 ℃ 내지 상기 합금의 Tm 미만의 온도까지 가열하고, 10-6 내지 104의 변형 속도로 상기 합금의 두께를 감소시키고, 921 MPa 내지 1413 MPa의 최대 인장 강도를 갖는 결과적인 제 1 합금을 제공하는 단계;b. The alloy is heated to a temperature of 700 ° C. to less than the Tm of the alloy, the thickness of the alloy is reduced at a strain rate of 10 −6 to 10 4 , and the resulting first having a maximum tensile strength of 921 MPa to 1413 MPa. Providing an alloy;
c. 상기 결과적인 제 1 합금에 응력을 가하여 1356 MPa 내지 1831 MPa의 최대 인장 강도 및 1.6% 내지 32.8%의 신율을 갖는 결과적인 제 2 합금을 제공하는 단계;c. Stressing the resulting first alloy to provide a resulting second alloy having a maximum tensile strength of 1356 MPa to 1831 MPa and an elongation of 1.6% to 32.8%;
d. 상기 결과적인 제 2 합금을 Tm 미만의 온도까지 가열하고, 0.5 μm 내지 50 μm의 매트릭스 결정립 및 신율(E1)을 갖는 결과적인 제 3 합금을 형성하는 단계;d. Heating the resulting second alloy to a temperature below T m and forming the resulting third alloy having a matrix grain and elongation (E 1 ) of 0.5 μm to 50 μm;
e. 상기 합금을 전단하여 하나 이상의 전단된 에지를 형성하는 단계 - 상기 합금의 신율은 E2 값까지 감소되고, 여기서 E2 =(0.57 내지 0.05)(E1)임 -; e. Shearing the alloy to form one or more sheared edges, the elongation of the alloy being reduced to an E 2 value, wherein E 2 = (0.57 to 0.05) (E 1 );
f. 상기 하나 이상의 전단된 에지를 갖는 합금을 재가열하는 단계. 여기서 단계 (d)에서 관찰된 상기 합금의 감소된 신율은 신율 E3 = (0.48 내지 1.21)(E1)의 수준으로 회복된다.f. Reheating the alloy with the one or more sheared edges. Here, the reduced elongation of the alloys observed in step (d) is restored to the level of elongation E 3 = (0.48 to 1.21) (E 1).
본 개시는 또한 전단된 에지를 가진 홀을 형성한 결과로서 홀 확장률이 손실된 금속 합금에서 홀 확장률을 개선하기 위한 방법에 관한 것으로 다음의 단계를 포함한다:The present disclosure also relates to a method for improving the hole expansion rate in a metal alloy in which the hole expansion rate is lost as a result of forming a hole with a sheared edge, comprising the following steps:
a. 50 원자% 이상의 철과, Si, Mn, B, Cr, Ni, Cu 또는 C로부터 선택되는 4 종 이상의 원소를 포함하는 금속 합금을 공급하고, 상기 합금을 용융시키고, 250 K/초 이하의 속도로 냉각시키거나 2.0 mm 내지 500 mm의 두께로 응고시키고, Tm 및 μm 내지 10,000 μm의 매트릭스 결정립을 갖는 합금을 형성하는 단계;a. Supplying a metal alloy containing at least 50 atomic% iron and at least four elements selected from Si, Mn, B, Cr, Ni, Cu or C, melting the alloy, and at a rate of 250 K / sec or less Cooling or solidifying to a thickness of 2.0 mm to 500 mm and forming an alloy having Tm and matrix grains of μm to 10,000 μm;
b. 상기 합금을 700 ℃ 내지 상기 합금의 Tm 미만의 온도까지 가열하고, 10-6 내지 104의 변형 속도로 상기 합금의 두께를 감소시키고, 921 MPa 내지 1413 MPa의 최대 인장 강도 및 12.0% 내지 77.7%의 신율을 갖는 결과적인 제 1 합금을 제공하는 단계;b. The alloy is heated to a temperature of 700 ° C. to below the T m of the alloy, the thickness of the alloy is reduced at a strain rate of 10 −6 to 10 4 , a maximum tensile strength of 921 MPa to 1413 MPa and 12.0% to 77.7 Providing a resultant first alloy having an elongation of%;
c. 상기 결과적인 제 1 합금에 응력을 가하여 1356 MPa 내지 1831 MPa의 최대 인장 강도 및 1.6% 내지 32.8%의 신율을 갖는 결과적인 제 2 합금을 제공하는 단계;c. Stressing the resulting first alloy to provide a resulting second alloy having a maximum tensile strength of 1356 MPa to 1831 MPa and an elongation of 1.6% to 32.8%;
d. 상기 결과적인 제 2 합금을 650 ℃ 내지 Tm 미만의 온도까지 가열하고, 0.5 μm 내지 50 μm의 매트릭스 결정립을 가진 결과적인 제 3 합금을 형성하고, 전단에 의해 상기 결과적인 제 3 합금에 홀을 형성하는 단계 - 상기 홀은 전단된 에지를 가지며, 제 1 홀 확장률(HER1)을 가짐 -; 및d. Heat the resulting second alloy to a temperature below 650 ° C. to Tm, form the resulting third alloy with matrix grains from 0.5 μm to 50 μm, and form a hole in the resulting third alloy by shearing. The hole has a sheared edge and has a first hole expansion ratio HER 1 ; And
e. 상기 홀 및 관련된 HER1을 가진 상기 합금을 가열하는 단계. 여기서, 상기 합금은 제 2 홀 확장률(HER2)을 나타내며, HER2 > HER1이다.e. Heating the alloy with the hole and the associated HER 1. Here, the alloy represents the second hole expansion rate (HER 2 ), where HER 2 > HER 1 .
본 발명은 또한 전단된 에지를 가진 홀을 형성한 결과로서 홀 확장률이 손실된 금속 합금에서 홀 확장률을 개선하기 위한 방법에 관한 것으로 다음의 단계를 포함한다:The present invention also relates to a method for improving the hole expansion rate in a metal alloy in which the hole expansion rate is lost as a result of forming a hole with sheared edges, comprising the following steps:
a. 50 원자% 이상의 철과, Si, Mn, B, Cr, Ni, Cu 또는 C로부터 선택되는 4 종 이상의 원소를 포함하는 금속 합금을 공급하고, 상기 합금을 용융시키고, 250 K/초 이하의 속도로 냉각시키거나 2.0 mm 내지 500 mm의 두께로 응고시키고, Tm 및 2 μm 내지 10,000 μm의 매트릭스 결정립을 갖는 합금을 형성하는 단계;a. Supplying a metal alloy containing at least 50 atomic% iron and at least four elements selected from Si, Mn, B, Cr, Ni, Cu or C, melting the alloy, and at a rate of 250 K / sec or less Cooling or solidifying to a thickness of 2.0 mm to 500 mm and forming an alloy having a Tm and matrix grains of 2 μm to 10,000 μm;
b. 상기 합금을 700 ℃ 내지 상기 합금의 Tm 미만의 온도까지 가열하고, 10-6 내지 104의 변형 속도로 상기 합금의 두께를 감소시키고, 921 MPa 내지 1413 MPa의 최대 인장 강도 및 12.0% 내지 77.7%의 신율을 갖는 결과적인 제 1 합금을 제공하는 단계;b. The alloy is heated to a temperature of 700 ° C. to below the T m of the alloy, the thickness of the alloy is reduced at a strain rate of 10 −6 to 10 4 , a maximum tensile strength of 921 MPa to 1413 MPa and 12.0% to 77.7 Providing a resultant first alloy having an elongation of%;
c. 상기 결과적인 제 1 합금에 응력을 가하여 1356 MPa 내지 1831 MPa의 최대 인장 강도 및 1.6% 내지 32.8%의 신율을 갖는 결과적인 제 2 합금을 제공하는 단계;c. Stressing the resulting first alloy to provide a resulting second alloy having a maximum tensile strength of 1356 MPa to 1831 MPa and an elongation of 1.6% to 32.8%;
d. 상기 결과적인 제 2 합금을 650 ℃ 내지 Tm 미만의 온도까지 가열하고, 0.5 μm 내지 50 μm의 매트릭스 결정립을 가진 결과적인 제 3 합금을 형성하는 단계 - 상기 합금은 전단 없이 형성된 홀에 대해 30 내지 -130%의 제 1 홀 확장률(HER1)을 갖는 것을 특징으로 함 -;d. Heating the resulting second alloy to a temperature below 650 ° C. to Tm and forming the resulting third alloy having matrix grains of 0.5 μm to 50 μm, wherein the alloy is 30 to − for a hole formed without shear; Characterized in that it has a first hole expansion ratio HER 1 of 130%;
e. 상기 결과적인 제 2 합금에 홀을 형성하는 단계 - 상기 홀은 전단에 의해 형성되고, 제 2 홀 확장률(HER2)을 나타내고, HER2 =(0.01 내지 0.30)(HER1)임 -;e. Forming a hole in the resulting second alloy, the hole formed by shearing, exhibiting a second hole expansion ratio (HER 2 ), wherein HER 2 = (0.01 to 0.30) (HER 1 );
f. 상기 합금을 가열하는 단계. 여기서 HER2은 HER3 = (0.60 내지 1.0) HER1의 값까지 회복된다. f. Heating the alloy. Wherein HER 2 is restored to a value of HER 3 = (0.60 to 1.0) HER 1 .
본 발명은 또한 금속 합금에 하나 이상의 홀을 펀칭하는 방법에 관한 것으로, 다음의 단계를 포함한다:The invention also relates to a method of punching one or more holes in a metal alloy, comprising the following steps:
a. 50 원자% 이상의 철과, Si, Mn, B, Cr, Ni, Cu 또는 C로부터 선택되는 4 종 이상의 원소를 포함하는 금속 합금을 공급하고, 상기 합금을 용융시키고, 250 K/초 이하의 속도로 냉각시키거나 2.0 mm 내지 500 mm의 두께로 응고시키고, Tm 및 2 μm 내지 10,000 μm의 매트릭스 결정립을 갖는 합금을 형성하는 단계;a. Supplying a metal alloy containing at least 50 atomic% iron and at least four elements selected from Si, Mn, B, Cr, Ni, Cu or C, melting the alloy, and at a rate of 250 K / sec or less Cooling or solidifying to a thickness of 2.0 mm to 500 mm and forming an alloy having a Tm and matrix grains of 2 μm to 10,000 μm;
b. 상기 합금을 700 ℃ 내지 상기 합금의 Tm 미만의 온도까지 가열하고, 10-6 내지 104의 변형 속도로 상기 합금의 두께를 감소시키고, 921 MPa 내지 1413 MPa의 최대 인장 강도 및 12.0% 내지 77.7%의 신율을 갖는 결과적인 제 1 합금을 제공하는 단계;b. The alloy is heated to a temperature of 700 ° C. to below the T m of the alloy, the thickness of the alloy is reduced at a strain rate of 10 −6 to 10 4 , a maximum tensile strength of 921 MPa to 1413 MPa and 12.0% to 77.7 Providing a resultant first alloy having an elongation of%;
c. 상기 결과적인 제 1 합금에 응력을 가하여 1356 MPa 내지 1831 MPa의 최대 인장 강도 및 1.6% 내지 32.8%의 신율을 갖는 결과적인 제 2 합금을 제공하는 단계;c. Stressing the resulting first alloy to provide a resulting second alloy having a maximum tensile strength of 1356 MPa to 1831 MPa and an elongation of 1.6% to 32.8%;
d. 상기 결과적인 제 2 합금을 650 ℃ 내지 Tm 미만의 온도까지 가열하고, 0.5 μm 내지 50 μm의 매트릭스 결정립 및 신율(E1)을 갖는 결과적인 제 3 합금을 형성하는 단계;d. Heating the resulting second alloy to a temperature below 650 ° C. to Tm and forming the resulting third alloy having a matrix grain and elongation (E 1 ) of 0.5 μm to 50 μm;
e. 10 mm/초 이상의 펀치 속도로 상기 합금에 홀을 펀칭하는 단계. 여기서 상기 펀칭된 홀은 10% 이상의 홀 확장률을 나타낸다. e. Punching holes in the alloy at a punch speed of at least 10 mm / sec. Wherein the punched hole exhibits a hole expansion rate of at least 10%.
본 발명은 또한 합금 내의 에지를 확장시키는 방법에 관한 것으로 다음의 단계를 포함한다: The invention also relates to a method of expanding an edge in an alloy, comprising the following steps:
a. 50 원자% 이상의 철과, Si, Mn, B, Cr, Ni, Cu 또는 C로부터 선택되는 4 종 이상의 원소를 포함하는 금속 합금을 공급하고, 상기 합금을 용융시키고, 250 K/초 이하의 속도로 냉각시키거나 2.0 mm 내지 500 mm의 두께로 응고시키고, Tm을 갖는 합금을 형성하는 단계;a. Supplying a metal alloy containing at least 50 atomic% iron and at least four elements selected from Si, Mn, B, Cr, Ni, Cu or C, melting the alloy, and at a rate of 250 K / sec or less Cooling or solidifying to a thickness of 2.0 mm to 500 mm and forming an alloy with Tm;
b. 상기 합금을 700 ℃ 내지 상기 합금의 Tm 미만의 온도까지 가열하고, 10-6 내지 104의 변형 속도로 상기 합금의 두께를 감소시키고, 921 MPa 내지 1413 MPa의 최대 인장 강도 및 12.0% 내지 77.7%의 신율을 갖는 결과적인 제 1 합금을 제공하는 단계;b. The alloy is heated to a temperature of 700 ° C. to less than the Tm of the alloy, the thickness of the alloy is reduced at a strain rate of 10 −6 to 10 4 , a maximum tensile strength of 921 MPa to 1413 MPa and 12.0% to 77.7% Providing a resultant first alloy having an elongation of;
c. 상기 결과적인 제 1 합금에 응력을 가하여 1356 MPa 내지 1831 MPa의 최대 인장 강도 및 1.6% 내지 32.8%의 신율을 갖는 결과적인 제 2 합금을 제공하는 단계;c. Stressing the resulting first alloy to provide a resulting second alloy having a maximum tensile strength of 1356 MPa to 1831 MPa and an elongation of 1.6% to 32.8%;
d. 상기 결과적인 제 2 합금을 Tm 미만의 온도까지 가열하고, 6.6 % 내지 86.7%의 신율을 갖는 결과적인 제 3 합금을 형성하는 단계;d. Heating the resulting second alloy to a temperature below Tm and forming the resulting third alloy having an elongation of 6.6% to 86.7%;
e. 상기 결과적인 합금에 에지를 형성하고, 상기 에지를 5 mm/분 이상의 속도로 확장시키는 단계를 포함하는, 합금의 에지를 확장시키는 방법.e. Forming an edge in the resulting alloy, and extending the edge at a speed of at least 5 mm / min.
본 발명은 또한 합금의 에지를 확장시키는 방법에 관한 것으로, 다음의 단계를 포함한다:The invention also relates to a method of expanding the edge of an alloy, comprising the following steps:
50 원자% 이상의 철과, Si, Mn, B, Cr, Ni, Cu 또는 C로부터 선택되는 4 종 이상의 원소를 포함하는 금속 합금을 공급하는 단계 - 상기 합금은 799 MPa 내지 1683 MPa의 최대 인장 강도 및 6.6 내지 86.7%의 신율을 가짐 -;Supplying a metal alloy comprising at least 50 atomic% iron and at least four elements selected from Si, Mn, B, Cr, Ni, Cu or C, the alloy having a maximum tensile strength of 799 MPa to 1683 MPa and Having an elongation of 6.6 to 86.7%;
상기 합금에 에지를 형성하는 단계; 및Forming an edge in the alloy; And
상기 합금 내의 에지를 5 mm/분 이상의 속도로 확장시키는 단계.Expanding the edges in the alloy at a speed of at least 5 mm / min.
이하의 상세한 설명은 첨부한 도면을 참조하여 더 잘 이해될 수 있으며, 이 도면은 예시적인 목적으로 제공되며, 이것이 본 발명의 임의의 양태를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다.The following detailed description may be better understood with reference to the accompanying drawings, which are provided for illustrative purposes and should not be construed as limiting any aspect of the invention.
도 1a는 고강도 나노모달 구조의 형성 및 관련된 메커니즘을 위한 구조적 경로이다.
도 1b는 재결정된 모달 구조 및 미세화된 고강도 나노모달 구조의 형성 및 관련된 메커니즘을 위한 구조적 경로이다.
도 2는 산업적 공정 단계에 관련된 미세화된 고강도 나노모달 구조의 발전을 위한 구조적 경로이다.
도 3은 a) 합금 9 및 b) 합금 12로 실험실 주조된 50 mm 슬래브의 이미지이다.
도 4는 a) 합금 9 및 b) 합금 12로 실험실 주조 후 열간 압연된 시트의 이미지이다.
도 5는 a) 합금 9 및 b) 합금 12로 실험실 주조 및 열간 압연 후 냉간 압연된 시트의 이미지이다.
도 6은 50 mm 두께로 주조된 응고된 합금 1의 미세구조이며, a)는 주조된 상태의 모달 구조의 수지상 성질을 보여주는 후방산란 SEM 현미경사진이고, b)는 매트릭스 결정립의 세부를 보여주는 명시야 TEM 현미경사진이고, c)는 모달 구조 내의 페라이트 상을 나타내는 선택된 전자 회절을 가진 명시야 TEM이다.
도 7은 응고 후 합금 1 합금의 모달 구조에 대한 X선 회절 패턴이며, a)는 실험 데이터, b)는 리트벨트(Rietveld) 미세화 분석이다.
도 8은 1.7 mm 두께로의 열간 압연 후 합금 1의 미세구조이며, a)는 균질화되고 미세화된 나노모달 구조의 후방산란 SEM 현미경사진, b)는 매트릭스 결정립의 세부를 보여주는 명시야 TEM 현미경사진이다.
도 9는 열간 압연 후 합금 1의 나노모달 구조에 대한 X선 회절 패턴이며, a)는 실험 데이터, b)는 리트벨트 미세화 분석이다.
도 10은 1.2 mm 두께로의 냉간 압연 후 합금 1의 미세구조이며, a)는 냉간 압연 후 고강도 나노모달 구조를 보여주는 후방산란 SEM 현미경사진이고, b)는 매트릭스 결정립의 세부를 보여주는 명시야 TEM 현미경사진이다.
도 11은 냉간 압연 후 합금 1의 고강도 나노모달 구조에 대한 X선 회절 패턴이며, a)는 실험 데이터, b)는 리트벨트 미세화 분석이다.
도 12는 열간 압연, 냉간 압연 및 850 ℃에서 5 분간 어닐링된 후에 재결정된 모달 구조를 나타내는 합금 1의 미세구조의 명시야 TEM 현미경사진이며, a)는 저배율 이미지, b)는 오스테나이트 상의 결정 구조를 보여주는 선택된 전자 회절 패턴을 갖는 고배율 이미지이다.
도 13는 열간 압연, 냉간 압연 및 850 ℃에서 5 분간 어닐링된 후에 재결정된 모달 구조를 나타내는 합금 1의 미세구조의 후방산란 SEM 현미경사진이며, a)는 저배율 이미지, b)는 고배율 이미지이다.
도 14는 어닐링 후 합금 1의 재결정된 모달 구조에 대한 X선 회절 패턴이며, a)는 실험 데이터, b)는 리트벨트 미세화 분석이다.
도 15는 인장 변형 후 형성된 미세화된 고강도 나노모달 구조(혼합된 미세성분 구조)를 보여주는 합금 1의 미세구조의 명시야 TEM 현미경사진이며, a)는 비변태 구조의 대형 결정립과 미세화된 결정립을 가진 변태된 "포켓"이고; b)는 "포켓" 내의 미세화된 구조이다.
도 16은 미세화된 고강도 나노모달 구조(혼합된 미세성분 구조)를 보여주는 합금 1의 미세구조의 후방산란 SEM 현미경사진이며, a)는 저배율 이미지, b)는 고배율 이미지이다.
도 17은 냉간 변형 후 합금 1의 미세화된 고강도 나노모달 구조의 X선 회절 패턴이며, a)는 실험 데이터, b)는 리트벨트 미세화 분석이다.
도 18은 50 mm 두께로 주조된 응고된 합금 2의 미세구조이며, a)는 주조된 상태의 모달 구조의 수지상 성질을 보여주는 후방산란 SEM 현미경사진이고, b)는 매트릭스 결정립의 세부를 보여주는 명시야 TEM 현미경사진이다.
도 19는 응고 후 합금 2의 모달 구조에 대한 X선 회절 패턴이며, a)는 실험 데이터, b)는 리트벨트 미세화 분석이다.
도 20은 1.7 mm 두께로의 열간 압연 후 합금 2의 미세구조이며, a)는 균질화되고 미세화된 나노모달 구조의 후방산란 SEM 현미경사진, b)는 매트릭스 결정립의 세부를 보여주는 명시야 TEM 현미경사진이다.
도 21는 열간 압연 후 합금 2의 나노모달 구조에 대한 X선 회절 패턴이며, a)는 실험 데이터, b)는 리트벨트 미세화 분석이다.
도 22은 1.2 mm 두께로의 냉간 압연 후 합금 2의 미세구조이며, a)는 냉간 압연 후 고강도 나노모달 구조를 보여주는 후방산란 SEM 현미경사진이고, b)는 매트릭스 결정립의 세부를 보여주는 명시야 TEM 현미경사진이다.
도 23은 냉간 압연 후 합금 2의 고강도 나노모달 구조에 대한 X선 회절 패턴이며, a)는 실험 데이터, b)는 리트벨트 미세화 분석이다.
도 24는 열간 압연, 냉간 압연 및 850 ℃에서 5 분간 어닐링된 후에 재결정된 모달 구조를 나타내는 합금 2의 미세구조의 명시야 TEM 현미경사진이며, a)는 저배율 이미지, b)는 오스테나이트 상의 결정 구조를 보여주는 선택된 전자 회절 패턴을 갖는 고배율 이미지이다.
도 25는 열간 압연, 냉간 압연 및 850 ℃에서 10 분간 어닐링된 후에 재결정된 모달 구조를 나타내는 합금 2의 미세구조의 후방산란 SEM 현미경사진이며, a)는 저배율 이미지, b)는 고배율 이미지이다.
도 26은 어닐링 후 합금 2의 재결정된 모달 구조의 X선 회절 패턴으로 a)는 실험 데이터, b)는 리트벨트 미세화 분석이다.
도 27은 인장 변형 후 형성된 미세화된 고강도 나노모달 구조(혼합된 미세성분 구조)를 보여주는 합금 2의 미세구조이며, a)는 미세화된 결정립을 가진 변태된 "포켓"의 명시야 TEM 현미경사진, b)는 미세구조의 후방산란 SEM 현미경사진이다.
도 28 X선은 냉간 변형 후 합금 2의 미세화된 고강도 나노모달 구조에 대한 회절 패턴이며, a)는 실험 데이터, b)는 리트벨트 미세화 분석이다.
도 29는 실험실 공정의 다양한 단계에서 합금 1의 인장 특성이다.
도 30은 실험실 공정의 다양한 단계에서 합금 13에 대한 인장 결과이다.
도 31은 실험실 공정의 다양한 단계에서 합금 17에 대한 인장 결과이다.
도 32는 완전한 특성 가역성을 보여주는 열간 압연된 상태에서, 그리고 냉간 압연/어닐링 사이클의 각 단계 후의 인장 특성이며, a)는 합금, b)는 합금 2이다.
도 33은 2 개의 지지체와 하나의 포머(former)를 가진 굴곡 장치(국제 표준화 기구, 2005)를 개략적으로 보여주는 굴곡 시험의 개략도이다.
도 34는 180°로 시험된 합금 1의 굴곡 시험 샘플의 이미지이며, a)는 균열 없이 180°로 시험된 완전 세트의 샘플의 사진, b)는 시험된 샘플의 굴곡부의 확대도이다.
도 35의 a)는 펀칭된 에지 손상으로 인한 특성 저하를 보여주는 선택된 합금으로부터의 펀칭된 시편 및 EDM 절단된 시편의 인장 시험 결과이고, b)는 EDM 절단된 시편에 대한 선택된 합금의 인장 곡선이다.
도 36은 a) EDM 절단 후 및 b) 펀칭 후의 합금 1의 시편 에지의 SEM 이미지이다.
도 37은 a) EDM 절단된 시편 및 b) 펀칭된 시편의 합금 1의 에지 부근의 미세구조의 SEM 이미지이다.
도 38은 어닐링에 의해 에지 손상으로부터 완전한 특성 회복을 보여주는 어닐링 전후의 합금 1의 펀칭된 시편에 대한 인장 시험 결과이다. 동일한 합금에 대한 EDM 절단된 시편에 대한 데이터는 참조용으로 표시되어 있다.
도 39는 어닐링된 것과 어닐링되지 않은 합금 1로부터의 펀칭된 시편에 대한 예시적인 인장 응력-변형률 곡선이다.
도 40은 400℃ 내지 850℃ 범위의 회복 온도로 냉간 압연된 합금 1의 반응을 보여주는 인장 응력-변형률 곡선이며, a)는 인장 곡선, b)는 항복 강도이다.
도 41은 고도로 변형 및 텍스처링된 고강도 나노모달 구조를 나타내는 냉간 압연된 합금 1 샘플의 명시야 TEM 이미지이며, a)는 더 낮은 배율의 이미지, b)는 더 높은 배율의 이미지이다.
도 42는 재결정이 발생하지 않은 고도로 변형 및 텍스처링된 고강도 나노모달 구조를 나타내는 450℃에서 10 분 동안 어닐링된 합금 1 샘플의 명시야 TEM 이미지이며, a)는 더 낮은 배율의 이미지, b) 더 높은 배율의 이미지이다.
도 43은 재결정의 개시의 신호를 보이는 나노스케일의 결정립을 나타내는 600℃ 10 분 동안 어닐링된 합금 1 샘플의 명시야 TEM 이미지이며, a)는 더 낮은 배율의 이미지, b)는 더 높은 배율의 이미지이다.
도 44는 더 큰 정도의 재결정을 나타내는 더 큰 결정립을 나타내는 650℃에서 10 분 동안 어닐링된 합금 1 샘플의 명시야 TEM 이미지이며, a)는 더 낮은 배율의 이미지, b)는 더 높은 배율의 이미지이다.
도 45는 일부의 비변태 영역을 가진 재결정된 결정립을 나타내는 700℃에서 10 분 동안 어닐링된 합금 1 샘플의 명시야 TEM 이미지이며, 전자 회절은 재결정된 결정립이 오스테나이트임을 보여주고, a)는 더 낮은 배율의 이미지, b)는 더 높은 배율의 이미지이다.
도 46은 어닐링 시의 온도에 대한 본 명세서의 강 합금의 반응을 나타내는 전형적인 시간 온도 변태 다이어그램이다. A로 표시된 가열 곡선에서는 회복 메커니즘이 활성화된다. B로 표시된 가열 곡선에서는 재결정이 메커니즘이 활성화된다.
도 47은 상이한 온도에서 어닐링 전후의 펀칭된 시편의 인장 특성이며, a)는 합금 1, b)는 합금 9, 그리고 c)는 합금 12이다.
도 48은 구조 분석을 위한 샘플 위치의 개략도이다.
도 49는 펀칭된 상태 그대로의 합금 1의 펀칭된 E8 샘플이며, a)는 사진의 오른쪽에 위치한 펀칭된 에지에서 삼각형 변형 영역을 보여주는 저배율 이미지이다. 또한, 후속 현미경사진에 대한 확대 영역이 제공되며, b)는 변형 영역을 보여주는 더 높은 배율의 이미지이고, c)는 변형 영역으로부터 멀리 떨어진 재결정된 구조를 보여주는 더 높은 배율의 이미지이고, d)는 변형 영역 내의 변형된 구조를 보여주는 더 높은 배율의 이미지이다.
도 50은 650℃에서 10 분 동안 어닐링한 후의 합금 1의 펀칭된 E8 샘플이며, a)는 직립 방향으로 펀칭된 에지에서의 변형 영역을 보여준다. 또한, 후속 현미경사진에 대한 확대 영역이 제공되며, b)는 변형 영역을 보여주는 더 높은 배율의 이미지이고, c)는 변형 영역으로부터 멀리 떨어진 재결정된 구조를 보여주는 더 높은 배율의 이미지이고, d)는 변형 영역 내의 회복된 구조를 보여주는 더 높은 배율의 이미지이다.
도 51은 700℃에서 10 분 동안 어닐링한 후의 합금 1의 펀칭된 E8 샘플이며, a)는 직립 방향으로 펀칭된 에지에서의 변형 영역을 보여준다. 또한, 후속 현미경사진에 대한 확대 영역이 제공되며, b)는 변형 영역을 보여주는 더 높은 배율의 이미지이고, c)는 변형 영역으로부터 멀리 떨어진 재결정된 구조를 보여주는 더 높은 배율의 이미지이고, d)는 변형 영역 내의 재결정된 구조를 보여주는 더 높은 배율의 이미지이다.
도 52는 다양한 속도로 펀칭된 a) 합금 1, b) 합금 9, c) 합금 12으로부터의 시편에 대한 인장 특성이다.
도 53은 펀칭된 홀과 밀링된 홀의 경우의 합금 1의 HER 결과이다.
도 54는 HER 시험된 시편으로부터 SEM 현미경검사 및 미소경도 측정 샘플을 위한 절단면이다.
도 55는 미소경도 측정 위치의 개략도이다.
도 56은 a) EDM 절단된 홀 및 b) 펀칭된 홀을 가진 합금 1 HER 시험된 샘플의 미소경도 측정 프로파일이다.
도 57은 홀 펀칭 및 확장 중에 에지 구조 변태의 진행을 나타내는 공정 및 성형의 다양한 단계에서 합금 1에 대한 미소경도 프로파일이다.
도 58은 펀칭된 홀 및 밀링된 홀을 가진 합금 1로부터의 HER 시험된 샘플에 대한 미소경도 데이터이다. 원은 홀 에지에 대한 TEM 샘플의 위치를 나타낸다.
도 59는 HER 시험 전 합금 1 시트 샘플의 미세구조의 명시야 TEM 이미지이다.
도 60은 홀 에지로부터 약 1.5 mm의 위치에 펀칭된 홀(HER = 5%)을 가진 합금 1의 HER 시험 샘플의 미세구조의 명시야 TEM 현미경사진이며, a)는 주요 비변태 구조이고, b)는 부분 변태 구조의 "포켓"이다.
도 61은 a)와 b)의 상이한 영역의 홀 에지로부터 약 1.5 mm의 위치에 밀링된 홀(HER = 73.6%)을 가진 합금 1의 HER 시험된 샘플의 미세구조의 명시야 TEM 현미경사진이다.
도 62는 합금 1 샘플의 펀칭된 홀의 에지 근처에서 정밀한 샘플링을 위해 사용되는 집속 이온 빔(FIB; Focused Ion Beam) 기술이며, a)는 밀링된 TEM 샘플의 일반적인 샘플의 위치를 보여주는 FIB 기술이고, b)는 홀 에지로부터 표시된 위치에서 절취된 TEM 샘플의 확대도이다.
도 63은 홀 에지로부터 약 10 마이크론의 위치에 펀칭된 홀을 갖는 합금 1의 샘플의 미세구조의 명시야 TEM 현미경사진이다.
도 64는 펀칭된 홀의 어닐링의 유무에 따른 합금 1의 홀 확장률 측정치이다.
도 65는 펀칭된 홀의 어닐링의 유무에 따른 합금 9의 홀 확장률 측정치이다.
도 66은 펀칭된 홀의 어닐링의 유무에 따른 합금 12의 홀 확장률 측정치이다.
도 67은 펀칭된 홀의 어닐링의 유무에 따른 합금 13의 홀 확장률 측정치이다.
도 68은 펀칭된 홀의 어닐링의 유무에 따른 합금 17의 홀 확장률 측정치이다.
도 69는 상이한 에지 조건으로 시험된 합금 1의 인장 성능이다. 펀칭된 에지 조건의 인장 샘플은, 와이어 EDM 절단되고, 펀칭되고, 후속 어닐링(850℃에서 10 분 동안)되는 에지 조건을 갖는 인장 샘플에 비해, 인장 성능이 감소되는 것에 유의한다.
도 70은 에지 조건의 함수로서 합금 1의 홀 확장률 반응에 의해 측정되는 에지 성형성이다. 펀칭된 상태의 홀은 와이어 EDM 절단되고, 펀칭되고, 후속 어닐링(850℃에서 10 분 동안)되는 조건의 홀에 비해 더 낮은 에지 성형성을 갖는 것에 유의한다.
도 71은 홀 확장률에 의해 측정되는 펀치 속도의 함수로서 합금 1 에지 성형성의 펀치 속도 의존성이다. 펀치 속도가 증가함에 따라 홀 확장률이 일관되게 증가하는 것에 유의한다.
도 72는 홀 확장률에 의해 측정되는 펀치 속도의 함수로서 합금 9 에지 성형성의 펀치 속도 의존성이다. 최대 약 25 mm/초 펀치 속도까지의 홀 확장률의 급속한 증가에 이어 홀 확장률이 점진적으로 증가하는 것에 유의한다.
도 73은 홀 확장률에 의해 측정되는 펀치 속도의 함수로서 합금 12 에지 성형성의 펀치 속도 의존성이다. 최대 약 25 mm/초 펀치 속도까지의 홀 확장률의 급속한 증가에 이어 100 mm/초를 초과하는 펀치 속도에서 홀 확장률이 계속 증가하는 것에 유의한다.
도 74는 홀 확장률에 의해 측정된 상업용 이중 상 980 강 에지 성형성의 펀치 속도 의존성이다. 시험된 모든 펀치 속도에서 상업용 이중 상 980 강의 경우에 홀 확장률은 일관되게 21% ± 3%임에 유의한다.
도 75은 6° 테이퍼형(왼쪽), 7° 원뿔형(가운데), 및 원뿔형 평면(오른쪽)의 비평면 펀치 형상의 개략도이다. 모든 치수는 밀리미터이다.
도 76은 28 mm/초, 114 mm/초, 및 228 mm/초 펀치 속도에서 합금 1에 미치는 펀치 형상의 영향이다. 합금 1의 경우, 펀치 형상의 영향은 228 mm/초의 펀치 속도에서 감쇄됨에 유의한다.
도 77은 28 mm/초, 114 mm/초, 및 228 mm/초 펀치 속도에서 합금 9에 미치는 펀치 형상의 영향이다. 7° 원뿔형 펀치 및 원뿔형 평면 펀치가 최고의 홀 확장률을 발생시키는 것에 유의한다.
도 78은 28 mm/초, 114 mm/초, 및 228 mm/초 펀치 속도에서 합금 12에 미치는 펀치 형상의 영향이다. 7° 원뿔형 펀치는 228 mm/초의 펀치 속도에서 모든 합금에 대해 측정된 최고의 홀 확장률을 발생시키는 것에 유의한다.
도 79는 228 mm/초의 펀치 속도에서 합금 1의 펀치 형상의 영향이다. 모든 펀치 형상이 약 21%의 거의 동일한 홀 확장률을 발생시키는 것에 유의한다.
도 80은 홀 확장률에 의해 측정된 상업용 강 등급의 에지 성형성의 홀 펀치 속도 의존성이다.
도 81은 합금 1 및 합금 9의 데이터와 함께 같은 논문으로부터 선택된 상업용 강 등급에 대한 데이터를 이용하여 Paul S.K.[Paul S.K., J Mater Eng Perform 2014; 23:3610.]이 예측한 후 균일 신율과 홀 확장률의 상관관계이다.
도 82는 홀 확장 속도의 함수로서 합금 1의 샘플의 측정된 홀 확장률이다.
도 83은 홀 확장 속도의 함수로서 합금 9의 샘플의 측정된 홀 확장률이다.
도 84는 홀 확장 속도의 함수로서 합금 12의 샘플의 측정된 홀 확장률이다.
도 85는 합금 9의 시트의 미세구조의 이미지이며, a)는 미세구조의 SEM 이미지, b)는 미세구조의 더 높은 배율의 SEM 이미지, c)는 에칭된 표면의 광학 이미지, d)는 에칭된 표면의 더 높은 배율의 광학 이미지이다.
도 86은 합금 9의 시트에 대한 홀 펀칭 속도 및 홀 확장 속도의 함수로서 측정된 홀 확장률이다.
도 87은 홀 에지로부터의 거리의 함수로서 상이한 홀 펀칭 속도 및 홀 확장 속도를 이용하여 HER 시험된 샘플의 평균 자기상 체적%(Fe%)이다.
도 88은 홀 준비 방법의 함수로서 합금 1, 합금 9, 및 합금 12의 샘플의 측정된 홀 확장률이다.
도 89는 a) 펀칭된 홀, b) EDM 절단된 홀, c) 밀링된 홀, 및 d) 레이저 절삭된 홀의 확장 전에 상이한 방법으로 준비되는 홀을 갖는 합금 1 샘플의 홀 에지 부근의 단면의 저배율 SEM 이미지이다.
도 90는 a) 펀칭된 홀, b) EDM 절단된 홀, c) 밀링된 홀, 및 d) 레이저 절삭된 홀의 고배율로 확장 전에 상이한 방법으로 준비되는 홀을 갖는 합금 1 샘플의 홀 에지 부근의 단면의 고배율 SEM 이미지이다.
도 91는 a) 펀칭된 홀, b) EDM 절단된 홀, c) 밀링된 홀, 및 d) 레이저 절삭된 홀의 HER 시험 중에 확장 후에 상이한 방법으로 준비되는 홀을 갖는 합금 1 샘플의 홀 에지 부근의 단면의 저배율 SEM 이미지이다.
도 92에서 HER 시험 후(즉, 균열에 의한 파괴까지의 확장 후)에 홀 에지 부근의 샘플 단면의 SEM 이미지는 a) 펀칭된 홀, b) EDM 절단된 홀, c) 밀링된 홀, 및 d) 레이저 절삭된 홀의 상이한 방법에 의해 준비된 홀을 갖는 합금 1의 샘플에 대해 더 높은 배율로 제공된다. 1A is a structural pathway for the formation and associated mechanisms of high strength nanomodal structures.
1B is a structural pathway for the formation and related mechanisms of recrystallized modal structures and refined high strength nanomodal structures.
2 is a structural pathway for the development of refined high strength nanomodal structures related to industrial process steps.
3 is an image of a 50 mm slab laboratory cast with a) alloy 9 and b) alloy 12. FIG.
4 is an image of a hot rolled sheet after laboratory casting with a) Alloy 9 and b) Alloy 12. FIG.
FIG. 5 is an image of a cold rolled sheet after laboratory casting and hot rolling with a) Alloy 9 and b) Alloy 12.
6 is a microstructure of solidified alloy 1 cast to a thickness of 50 mm, a) is a backscatter SEM micrograph showing the dendritic properties of the modal structure in the cast state, and b) a bright field showing the details of the matrix grains TEM micrograph, c) bright field TEM with selected electron diffraction showing ferrite phase in the modal structure.
7 is an X-ray diffraction pattern of the modal structure of the alloy 1 alloy after solidification, a) is experimental data, and b) Rietveld micronization analysis.
8 is a microstructure of Alloy 1 after hot rolling to 1.7 mm thickness, a) is backscatter SEM micrograph of homogenized and micronized nanomodal structure, b) brightfield TEM micrograph showing detail of matrix grains .
FIG. 9 is an X-ray diffraction pattern of the nanomodal structure of Alloy 1 after hot rolling, a) is experimental data, and b) Rietveld micronization analysis.
10 is a microstructure of Alloy 1 after cold rolling to 1.2 mm thickness, a) is backscatter SEM micrograph showing high strength nanomodal structure after cold rolling, and b) brightfield TEM microscope showing detail of matrix grains It is a photograph.
FIG. 11 is an X-ray diffraction pattern of the high-strength nanomodal structure of Alloy 1 after cold rolling, a) is experimental data, and b) Rietvelt micronization analysis.
FIG. 12 is a brightfield TEM micrograph of the microstructure of Alloy 1 showing the recrystallized modal structure after hot rolling, cold rolling and annealing at 850 ° C. for 5 minutes, a) is a low magnification image, b) is the crystal structure of austenite phase Is a high magnification image with a selected electron diffraction pattern.
FIG. 13 is a backscatter SEM micrograph of the microstructure of Alloy 1 showing the recrystallized modal structure after hot rolling, cold rolling and annealing at 850 ° C. for 5 minutes, where a) is a low magnification image and b) a high magnification image.
FIG. 14 is an X-ray diffraction pattern for the recrystallized modal structure of Alloy 1 after annealing, a) is experimental data and b) Rietvelt refinement analysis.
FIG. 15 is a brightfield TEM micrograph of the microstructure of Alloy 1 showing micronized high strength nanomodal structures (mixed microcomponent structures) formed after tensile strain, a) having large grains and micronized grains of non-morphic structure Transformed "pocket"; b) is the refined structure in the "pocket".
FIG. 16 is a backscatter SEM micrograph of the microstructure of Alloy 1 showing refined high strength nanomodal structure (mixed microcomponent structure), a) a low magnification image, b) a high magnification image.
17 is an X-ray diffraction pattern of the refined high-strength nanomodal structure of Alloy 1 after cold deformation, a) is experimental data, and b) is Rietvelt micronization analysis.
18 is a microstructure of solidified alloy 2 cast to a thickness of 50 mm, a) is a backscatter SEM micrograph showing the dendritic properties of the modal structure in the cast state, and b) a bright field showing the details of the matrix grains TEM micrograph.
19 is an X-ray diffraction pattern of the modal structure of Alloy 2 after coagulation, a) is experimental data, and b) Rietveld micronization analysis.
20 is a microstructure of Alloy 2 after hot rolling to 1.7 mm thickness, a) is a backscatter SEM micrograph of homogenized and refined nanomodal structure, b) a brightfield TEM micrograph showing details of matrix grains .
FIG. 21 is an X-ray diffraction pattern for the nanomodal structure of Alloy 2 after hot rolling, a) is experimental data, and b) Rietveld micronization analysis.
FIG. 22 is a microstructure of Alloy 2 after cold rolling to 1.2 mm thickness, a) is a backscatter SEM micrograph showing high strength nanomodal structure after cold rolling, and b) a brightfield TEM microscope showing detail of matrix grains It is a photograph.
FIG. 23 is an X-ray diffraction pattern of the high-strength nanomodal structure of Alloy 2 after cold rolling, a) is experimental data, and b) is Rietvelt micronization analysis.
FIG. 24 is a brightfield TEM micrograph of the microstructure of Alloy 2 showing the recrystallized modal structure after hot rolling, cold rolling and annealing at 850 ° C. for 5 minutes, a) a low magnification image, b) a crystal structure of austenite phase Is a high magnification image with a selected electron diffraction pattern.
FIG. 25 is a backscatter SEM micrograph of the microstructure of Alloy 2 showing the recrystallized modal structure after hot rolling, cold rolling and annealing at 850 ° C. for 10 minutes, a) is a low magnification image, b) a high magnification image.
FIG. 26 is an X-ray diffraction pattern of the recrystallized modal structure of Alloy 2 after annealing, with a) experimental data and b) Rietvelt micronization analysis.
FIG. 27 is a microstructure of Alloy 2 showing micronized high strength nanomodal structure (mixed microcomponent structure) formed after tensile strain, a) is a brightfield TEM micrograph of a transformed “pocket” with micronized grains, b ) Is a backscatter SEM micrograph of the microstructure.
FIG. 28 X-ray is a diffraction pattern for the refined high strength nanomodal structure of Alloy 2 after cold deformation, a) is experimental data, b) Rietvelt micronization analysis.
29 is a tensile characteristic of Alloy 1 at various stages of a laboratory process.
30 is tensile results for alloy 13 at various stages of the laboratory process.
31 is tensile results for alloy 17 at various stages of the laboratory process.
FIG. 32 is tensile properties in the hot rolled state showing complete property reversibility and after each step of the cold rolling / annealing cycle, a) is an alloy, b) is alloy 2. FIG.
FIG. 33 is a schematic diagram of a flexure test showing schematically a flexure apparatus (International Organization for Standardization, 2005) with two supports and one former.
FIG. 34 is an image of a flexural test sample of alloy 1 tested at 180 °, a) is a photograph of a complete set of samples tested at 180 ° without cracking, b) is an enlarged view of the flexure of the sample tested.
35 a) is the tensile test results of punched and EDM cut specimens from selected alloys showing degradation due to punched edge damage, and b) is the tensile curve of selected alloys for EDM cut specimens.
FIG. 36 is an SEM image of the specimen edge of Alloy 1 after a) EDM cutting and b) punching.
FIG. 37 is an SEM image of the microstructure near the edge of Alloy 1 of a) an EDM cut specimen and b) a punched specimen.
38 is a tensile test result for punched specimens of Alloy 1 before and after annealing showing complete recovery of properties from edge damage by annealing. Data for EDM cut specimens for the same alloy are shown for reference.
FIG. 39 is an exemplary tensile stress-strain curve for punched specimens from alloy 1 annealed and not annealed. FIG.
40 is a tensile stress-strain curve showing the reaction of alloy 1 cold rolled to recovery temperatures ranging from 400 ° C. to 850 ° C., a) is a tensile curve, and b) is a yield strength.
FIG. 41 is a brightfield TEM image of a cold rolled alloy 1 sample showing a highly strained and textured high strength nanomodal structure, where a) is a lower magnification image and b) is a higher magnification image.
FIG. 42 is a brightfield TEM image of an alloy 1 sample annealed at 450 ° C. for 10 minutes, showing a highly strained and textured high strength nanomodal structure with no recrystallization, a) a lower magnification image, b) higher Magnification image.
FIG. 43 is a brightfield TEM image of an alloy 1 sample annealed at 600 ° C. for 10 minutes, showing nanoscale grains showing signs of initiation of recrystallization, a) a lower magnification image, b) a higher magnification image to be.
44 is a brightfield TEM image of an alloy 1 sample annealed at 650 ° C. for 10 minutes, showing larger grains showing a greater degree of recrystallization, a) a lower magnification image, b) a higher magnification image to be.
FIG. 45 is a brightfield TEM image of an alloy 1 sample annealed at 700 ° C. for 10 minutes showing recrystallized grains with some non-morphic regions, electron diffraction shows that the recrystallized grains are austenite, a) The lower magnification image, b) is the higher magnification image.
FIG. 46 is a typical time temperature transformation diagram illustrating the reaction of a steel alloy herein with temperature upon annealing. In the heating curve labeled A, the recovery mechanism is activated. In the heating curve labeled B, the recrystallization mechanism is activated.
47 is tensile properties of punched specimens before and after annealing at different temperatures, a) is alloy 1, b) is alloy 9, and c) is alloy 12. FIG.
48 is a schematic diagram of sample locations for structural analysis.
FIG. 49 is a punched E8 sample of Alloy 1 in the punched state, a) is a low magnification image showing triangular strain regions at the punched edge located on the right side of the photograph. In addition, a magnified area for subsequent micrographs is provided, b) is a higher magnification image showing the deformation region, c) is a higher magnification image showing the recrystallized structure away from the deformation region, and d) It is a higher magnification image showing the deformed structure in the deformation region.
50 is a punched E8 sample of alloy 1 after annealing at 650 ° C. for 10 minutes, a) shows the strain region at the edge punched in the upright direction. In addition, a magnified area for subsequent micrographs is provided, b) is a higher magnification image showing the deformation region, c) is a higher magnification image showing the recrystallized structure away from the deformation region, and d) It is a higher magnification image showing the recovered structure in the deformation region.
FIG. 51 is a punched E8 sample of Alloy 1 after annealing at 700 ° C. for 10 minutes, a) shows the strain region at the edge punched in the upright direction. In addition, a magnified area for subsequent micrographs is provided, b) is a higher magnification image showing the deformation region, c) is a higher magnification image showing the recrystallized structure away from the deformation region, and d) It is a higher magnification image showing the recrystallized structure in the deformation region.
52 is tensile properties for specimens from a) alloy 1, b) alloy 9, c) alloy 12 punched at various speeds.
FIG. 53 is the HER result of Alloy 1 for the punched and milled holes. FIG.
54 is a cut plane for SEM microscopy and microhardness measurement samples from HER tested specimens.
55 is a schematic view of the microhardness measurement position.
FIG. 56 is a microhardness measurement profile of an alloy 1 HER tested sample with a) EDM cut holes and b) punched holes.
FIG. 57 is a microhardness profile for Alloy 1 at various stages of processing and forming showing progress of edge structure transformation during hole punching and expansion.
58 is microhardness data for HER tested samples from Alloy 1 with punched holes and milled holes. The circle represents the position of the TEM sample relative to the hole edge.
FIG. 59 is a brightfield TEM image of the microstructure of Alloy 1 sheet samples prior to HER testing. FIG.
FIG. 60 is a brightfield TEM micrograph of the microstructure of a HER test sample of Alloy 1 with holes punched at about 1.5 mm from the hole edge (HER = 5%), a) is the major non-morphological structure, b ) Is the "pocket" of the partially metamorphic structure.
FIG. 61 is a brightfield TEM micrograph of the microstructure of a HER tested sample of Alloy 1 with milled holes (HER = 73.6%) at about 1.5 mm from the hole edges of the different regions of a) and b).
FIG. 62 is a Focused Ion Beam (FIB) technique used for precise sampling near the edge of a punched hole of Alloy 1 sample, a) is an FIB technique showing the location of a typical sample of a milled TEM sample, b) is an enlarged view of the TEM sample cut at the indicated position from the hole edge.
FIG. 63 is a brightfield TEM micrograph of the microstructure of a sample of Alloy 1 with holes punched at about 10 microns from the hole edge.
64 is a hole expansion ratio measurement of Alloy 1 with and without annealing of punched holes.
65 is a hole expansion ratio measurement of Alloy 9 with or without annealing of punched holes.
FIG. 66 is a hole expansion ratio measurement of Alloy 12 with or without annealing of punched holes. FIG.
FIG. 67 is a hole expansion ratio measurement of Alloy 13 with or without annealing of punched holes. FIG.
FIG. 68 is a hole expansion ratio measurement of Alloy 17 with or without annealing of punched holes. FIG.
69 is tensile performance of Alloy 1 tested at different edge conditions. Note that the tensile performance is reduced compared to tensile samples with edge conditions punched edge conditions, wire EDM cut, punched, and subsequently annealed (for 10 minutes at 850 ° C.).
70 is edge formability measured by the hole expansion rate response of Alloy 1 as a function of edge condition. Note that the hole in the punched state has lower edge formability compared to the hole under conditions of wire EDM cutting, punching and subsequent annealing (for 10 minutes at 850 ° C.).
71 is a punch speed dependency of alloy 1 edge formability as a function of punch speed measured by hole expansion rate. Note that the hole expansion rate consistently increases as the punch speed increases.
FIG. 72 is the punch rate dependency of alloy 9 edge formability as a function of punch rate measured by hole expansion rate. Note that the hole expansion rate gradually increases following the rapid increase in hole expansion rate up to about 25 mm / sec punch speed.
73 is a punch speed dependency of alloy 12 edge formability as a function of punch speed measured by hole expansion rate. Note that the hole expansion rate continues to increase at punch speeds above 100 mm / second following a rapid increase in hole expansion rate up to about 25 mm / sec punch speed.
74 is a punch speed dependency of commercial dual phase 980 steel edge formability measured by hole expansion rate. Note that the hole expansion rate is consistently 21% ± 3% for commercial dual phase 980 steels at all punch rates tested.
75 is a schematic diagram of non-planar punch shapes of 6 ° tapered (left), 7 ° conical (center), and conical plane (right). All dimensions are in millimeters.
FIG. 76 is the effect of punch shape on alloy 1 at 28 mm / sec, 114 mm / sec, and 228 mm / sec punch speeds. Note that for Alloy 1, the influence of the punch shape is attenuated at a punch speed of 228 mm / sec.
77 is the effect of the punch shape on alloy 9 at 28 mm / sec, 114 mm / sec, and 228 mm / sec punch speeds. Note that 7 ° conical punches and conical planar punches produce the highest hole expansion rates.
78 is the effect of punch shape on alloy 12 at 28 mm / sec, 114 mm / sec, and 228 mm / sec punch speeds. Note that the 7 ° conical punch produces the highest hole expansion rate measured for all alloys at a punch speed of 228 mm / sec.
79 is an influence of the punch shape of alloy 1 at a punch speed of 228 mm / sec. Note that all punch shapes produce approximately the same hole expansion rate of about 21%.
80 is a hole punch speed dependency of commercial steel grade edge formability measured by hole expansion rate.
FIG. 81 shows Paul SK [Paul SK, J Mater Eng Perform 2014; using data for commercial steel grades selected from the same paper together with data of Alloy 1 and Alloy 9; 23: 3610.] Predicted the correlation between uniform elongation and hole expansion.
82 is the measured hole expansion rate of a sample of Alloy 1 as a function of hole expansion speed.
83 is the measured hole expansion rate of a sample of alloy 9 as a function of hole expansion speed.
84 is the measured hole expansion rate of a sample of alloy 12 as a function of hole expansion speed.
85 is an image of the microstructure of the sheet of alloy 9, a) is an SEM image of the microstructure, b) is a higher magnification SEM image of the microstructure, c) is an optical image of the etched surface, and d) is etched Is a higher magnification optical image of the surface.
86 is the hole expansion rate measured as a function of hole punching speed and hole expansion speed for the sheet of alloy 9. FIG.
FIG. 87 is the average percent magnetic field volume (Fe%) of HER tested samples using different hole punching rates and hole expansion rates as a function of distance from the hole edge.
88 is a measured hole expansion rate of samples of Alloy 1, Alloy 9, and Alloy 12 as a function of the hole preparation method.
89 shows a low magnification of the cross section near the hole edge of an alloy 1 sample with a) punched holes, b) EDM cut holes, c) milled holes, and d) holes prepared in different ways prior to the expansion of the laser cut holes. SEM image.
90 shows a cross section near the hole edge of an alloy 1 sample with a) punched holes, b) EDM cut holes, c) milled holes, and d) holes prepared in different ways before expansion with high magnification of laser cut holes. High magnification SEM image of.
91 shows near hole edges of an alloy 1 sample with a) punched holes, b) EDM cut holes, c) milled holes, and d) holes prepared in different ways after expansion during HER testing of laser cut holes. Low magnification SEM image of the cross section.
In FIG. 92, SEM images of the sample cross section near the hole edges after HER testing (ie, after expansion to fracture by cracks) show a) punched holes, b) EDM cut holes, c) milled holes, and d ) Is provided at a higher magnification for samples of alloy 1 with holes prepared by different methods of laser cut holes.
구조 및 메커니즘Structure and mechanism
본 명세서의 강 합금은 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같은 특정 메커니즘을 통해 구조 형성의 독특한 경로를 경유한다. 초기 구조 형성은 합금을 용융시키는 것으로 시작하여, 합금을 냉각, 응고 및 모달 구조로 형성하는 단계를 거친다(구조 #1, 도 1a). 모달 구조는 특정 합금의 화학적 성질에 따라, 페라이트 결정립(α-Fe), 마르텐사이트, 및 붕화물(붕소가 존재하는 경우) 및/또는 탄화물(탄소가 존재하는 경우)을 포함하는 석출물을 함유할 수 있는 주로 오스테나이트계 매트릭스(γ-Fe)를 나타낸다. 모달 구조의 결정립 크기는 합금의 화학적 성질 및 응고 조건에 의존한다. 예를 들면, 더 두꺼운 주물 그대로의 구조(예를 들면, 2.0 mm 이상의 두께)는 비교적 더 느린 냉각 속도(예를 들면, 250 K/초 이하의 냉각 속도) 및 상대적으로 더 큰 매트릭스 결정립 크기를 유발한다. 따라서, 두께는 바람직하게는 2.0 내지 500 mm 범위일 수 있다. 모달 구조는 실험실 주조에서 2 내지 10,000 μm의 결정립 크기 및/또는 수지상정 길이를 갖는 오스테나이트계 매트릭스(γ-Fe) 및 0.01 내지 5.0 μm 크기의 석출물을 보인다. 매트릭스 결정립 크기 및 석출물 크기는 합금의 화학적 성질, 출발 주조 두께 및 특정 공정 파라미터에 따라 상업용 생산에서 최대 10배까지 더 클 수 있다. 모달 구조를 갖는 본 명세서의 강 합금은 출발 두께 크기 및 특정 합금의 화학적 성질에 따라 전형적으로 하기의 인장 특성, 144 내지 514 MPa의 항복 강도, 411 내지 907 MPa 범위의 최대 인장 강도, 및 3.7 내지 24.4%의 총 전성을 나타낸다. Steel alloys of the present disclosure pass through a unique path of structure formation through certain mechanisms as shown in FIGS. 1A and 1B. Initial structure formation begins with melting the alloy, followed by forming the alloy into a cooled, solidified and modal structure (structure # 1, FIG. 1A). Modal structures may contain precipitates containing ferrite grains (α-Fe), martensite, and borides (if boron is present) and / or carbides (if carbon is present), depending on the chemical nature of the particular alloy. Mainly austenite matrix (? -Fe). The grain size of the modal structure depends on the chemistry and solidification conditions of the alloy. For example, thicker cast-in structures (e.g., thicknesses greater than 2.0 mm) result in relatively slower cooling rates (e.g., cooling rates below 250 K / sec) and relatively larger matrix grain sizes. do. Thus, the thickness may preferably range from 2.0 to 500 mm. The modal structure shows austenitic matrix (γ-Fe) with a grain size and / or dendrite length of 2 to 10,000 μm and precipitates of 0.01 to 5.0 μm in laboratory casting. Matrix grain size and precipitate size can be up to 10 times larger in commercial production, depending on the alloy's chemistry, starting casting thickness and specific process parameters. Steel alloys of the present disclosure having a modal structure typically have the following tensile properties, yield strengths from 144 to 514 MPa, maximum tensile strengths in the range from 411 to 907 MPa, and 3.7 to 24.4, depending on the starting thickness size and the chemical properties of the particular alloy. Represents total malleability in%.
모달 구조(구조 #1, 도 1a)를 가진 본 명세서의 강 합금은 강 합금을 하나 이상의 열 및 응력 사이클에 노출시켜 궁극적으로 나노모달 구조(구조 #2, 도 1a)의 형성으로 이어지게 함으로써 나노상 미세화(메커니즘 #1, 도 1a)를 통해 균질화 및 미세화될 수 있다. 더 구체적으로, 모달 구조는, 2.0 mm 이상의 두께로 형성되거나, 250 K/초 이하의 냉각 속도로 형성되는 경우, 바람직하게는 700℃의 온도까지 고상선 온도(Tm) 미만의 온도까지 가열되고, 10-6 내지 104의 두께 감소의 변형 속도인 것이 바람직하다. 구조 #2로의 변태는, 강 합금이 온도 및 응력의 연속 적용 중에 기계적 변형을 받고, 열간 압연 중에 발생하도록 구성될 수 있는 두께 감소 등을 받음에 따라, 중간의 균질화된 모달 구조(구조 #1a, 도 1a)를 통해 연속적으로 발생된다. Steel alloys of the present disclosure having a modal structure (structure # 1, FIG. 1A) are nanophases by exposing the steel alloy to one or more thermal and stress cycles, ultimately leading to the formation of nanomodal structure (structure # 2, FIG. 1A). Homogenization and refinement can be achieved through micronization (mechanism # 1, FIG. 1A). More specifically, the modal structure, when formed to a thickness of at least 2.0 mm or formed at a cooling rate of 250 K / sec or less, is preferably heated to a temperature below the solidus temperature (T m ) to a temperature of 700 ° C. , Strain rate of thickness reduction of 10 −6 to 10 4 . Transformation to structure # 2 results in an intermediate homogenized modal structure (structure # 1a, as the steel alloy undergoes mechanical deformation during continuous application of temperature and stress, a thickness reduction that can be configured to occur during hot rolling, and the like. Generated continuously through FIG. 1A).
나노모달 구조(구조 #2, 도 1a)는 일차 오스테나이트계 매트릭스(γ-Fe)를 가지며, 화학에 따라, 추가적으로 페라이트 결정립(α-Fe) 및/또는 석출물(예를 들면, 붕화물(붕소가 존재하는 경우) 및/또는 탄화물(탄소가 존재하는 경우)을 함유할 수 있다. 출발 결정립 크기에 따라, 나노모달 구조는 전형적으로 실험실 주조에서 1.0 내지 100 μm의 결정립 크기를 갖는 일차 오스테나이트계 매트릭스(γ-Fe) 및/또는 1.0 내지 200 nm 크기의 석출물을 나타낸다. 매트릭스 결정립 크기 및 석출물 크기는 합금의 화학적 성질, 출발 주조 두께 및 특정 공정 파라미터에 따라 상업용 생산에서 최대 5배까지 더 클 수 있다. 나노모달 구조를 갖는 본 명세서의 강 합금은 전형적으로 하기의 인장 특성, 264 내지 574 MPa의 항복 강도, 921 내지 1413 MPa 범위의 최대 인장 강도, 및 12.0 내지 77.7%의 총 전성을 나타낸다. 구조 #2는 바람직하게는 1 mm 내지 500 mm의 두께로 형성된다.The nanomodal structure (structure # 2, FIG. 1A) has a primary austenitic matrix (γ-Fe) and, depending on chemistry, additionally ferrite grains (α-Fe) and / or precipitates (eg, borides (boron) Is present) and / or carbides (if carbon is present) Depending on the starting grain size, nanomodal structures are typically primary austenitic based having grain sizes of 1.0 to 100 μm in laboratory casting. Matrix (γ-Fe) and / or 1.0 to 200 nm sized precipitates The matrix grain size and precipitate size can be up to 5 times larger in commercial production depending on the alloy's chemical properties, starting casting thickness and specific process parameters Steel alloys of this disclosure having nanomodal structures typically have the following tensile properties, yield strengths of 264 to 574 MPa, maximum tensile strengths in the range of 921 to 1413 MPa, and 12.0 to 7 7.7% total malleability Structure # 2 is preferably formed with a thickness of 1 mm to 500 mm.
나노모달 구조(구조 #2, 도 1a)를 갖는 강 합금이 주위온도/주위 온도 부근(예를 들면, 25℃ ± 5℃)에서 응력을 받는 경우, 동적 나노상 강화 메커니즘(메커니즘 #2, 도 1a)이 활성화되어 고강도 나노모달 구조(구조 #3, 도 1a)의 형성으로 이어진다. 바람직하게는, 응력은 합금의 화학적 성질에 따라 250 내지 600 MPa 범위의 합금의 각각의 항복 강도보다 높은 수준이다. 고강도 나노모달 구조는 전형적으로 페라이트계 매트릭스(α-Fe)를 나타내며, 이것은 합금의 화학적 성질에 따라 추가적으로 오스테나이트 결정립(γ-Fe), 및 붕화물(붕소가 존재하는 경우) 및/또는 탄화물(탄소가 존재하는 경우)을 포함할 수 있는 석출물 결정립을 함유할 수 있다. 강화 변태는, 준안정 오스테나이트계 상(γ-Fe)이 석출물을 함유하는 페라이트(α-Fe)로 변태하는 동적 공정으로서 메커니즘 #2를 규정하는 인가된 응력 하에서의 변형 중에 발생됨에 유의한다. 출발 화학에 따라, 오스테나이트의 일부는 안정적이고, 변태하지 않을 것임에 유의한다. 전형적으로, 5 체적% 내지 95 체적%의 매트릭스가 변태한다. 고강도 나노모달 구조는 전형적으로 실험실 주조에서 25 nm 내지 50 μm의 매트릭스 결정립 크기를 갖는 페라이트계 매트릭스(α-Fe) 및 1.0 내지 200 nm의 크기의 석출물 결정립을 보인다. 매트릭스 결정립 크기 및 석출물 크기는 합금의 화학적 성질, 출발 주조 두께 및 특정 공정 파라미터에 따라 상업용 생산에서 최대 2 배 더 클 수 있다. 고강도 나노모달 구조를 갖는 본 명세서의 강 합금은 전형적으로 하기의 인장 특성, 718 내지 1645 MPa의 항복 강도, 1356 내지 1831 MPa 범위의 최대 인장 강도, 및 1.6 내지 32.8%의 총 전성을 나타낸다. 구조 #3은 바람직하게는 0.2 내지 25.0 mm의 두께로 형성된다. When a steel alloy having a nanomodal structure (structure # 2, FIG. 1A) is stressed near ambient / ambient temperature (eg, 25 ° C. ± 5 ° C.), a dynamic nanophase strengthening mechanism (mechanism # 2, FIG. 1a) is activated leading to the formation of a high strength nanomodal structure (structure # 3, FIG. 1a). Preferably, the stress is at a level higher than each yield strength of the alloy in the range of 250 to 600 MPa, depending on the chemical nature of the alloy. High-strength nanomodal structures typically exhibit a ferritic matrix (α-Fe), which, depending on the alloy's chemical properties, additionally has austenite grains (γ-Fe), and borides (if boron is present) and / or carbides ( May contain precipitate grains, which may include carbon). Note that the strengthening transformation occurs during deformation under applied stress, which defines mechanism # 2 as a dynamic process in which the metastable austenitic phase (γ-Fe) is transformed into ferrite (α-Fe) containing precipitates. Note that, depending on the starting chemistry, some of the austenite is stable and will not be transformed. Typically, 5 to 95 volume percent of the matrix is transformed. High-strength nanomodal structures typically show ferrite matrix (α-Fe) with matrix grain sizes of 25 nm to 50 μm and precipitate grains of 1.0 to 200 nm in laboratory casting. Matrix grain size and precipitate size can be up to 2 times larger in commercial production, depending on the alloy's chemistry, starting casting thickness and specific process parameters. Steel alloys of this disclosure having high strength nanomodal structures typically exhibit the following tensile properties, yield strength of 718 to 1645 MPa, maximum tensile strength in the range of 1356 to 1831 MPa, and total conductivity of 1.6 to 32.8%. Structure # 3 is preferably formed to a thickness of 0.2 to 25.0 mm.
고강도 나노모달 구조(구조 #3, 도 1a 및 도 1b)는, 합금의 융점 미만으로 가열을 받는 경우에, 페라이트 결정립이 오스테나이트로 변태하여 재결정된 모달 구조(구조 #4, 도 1b)를 형성하는 재결정(메커니즘 #3, 도 1b)을 겪는 능력을 갖는다. 나노스케일 석출물의 부분 용해도 일어난다. 합금의 화학적 성질에 따라 붕화물 및/또는 탄화물이 재료 내에 존재할 수 있다. 완전 변태를 위한 바람직한 온도 범위는 650℃ 내지 특정 합금의 Tm이다. 재결정된 경우, 구조 #4는 전위 또는 쌍정을 거의 포함하지 않고, 일부의 재결정된 결정립에서 적층 결함이 발견될 수 있다. 400 내지 650℃의 더 낮은 온도에서 회복 메커니즘이 발생할 수 있음에 유의한다. 재결정된 모달 구조(구조 #4, 도 1b)는 전형적으로 실험실 주조에서 0.5 내지 50 μm의 결정립 크기를 갖는 일차 오스테나이트계 매트릭스(γ-Fe) 및 1.0 내지 200 nm의 크기의 석출물 결정립을 나타낸다. 매트릭스 결정립 크기 및 석출물 크기는 합금의 화학적 성질, 출발 주조 두께 및 특정 공정 파라미터에 따라 상업용 생산에서 최대 2 배 더 클 수 있다. 재결정된 모달 구조를 갖는 본 명세서의 강 합금은 전형적으로 하기의 인장 특성, 197 내지 1372 MPa의 항복 강도, 799 내지 1683 MPa 범위의 최대 인장 강도, 및 10.6 내지 86.7%의 총 전성을 나타낸다. The high-strength nanomodal structure (structures # 3, Figures 1A and 1B), when heated below the melting point of the alloy, transforms ferrite grains into austenite to form a recrystallized modal structure (structure # 4, Figure 1B). Has the ability to undergo recrystallization (mechanism # 3, FIG. 1B). Partial solubility of nanoscale precipitates also occurs. Depending on the chemical nature of the alloy, borides and / or carbides may be present in the material. The preferred temperature range for full transformation is from 650 ° C. to the T m of the particular alloy. When recrystallized, structure # 4 contains little dislocations or twins, and stacking defects may be found in some recrystallized grains. Note that recovery mechanisms may occur at lower temperatures of 400-650 ° C. The recrystallized modal structure (structure # 4, FIG. 1B) typically shows primary austenitic matrix (γ-Fe) having a grain size of 0.5 to 50 μm and precipitate grains of 1.0 to 200 nm in laboratory casting. Matrix grain size and precipitate size can be up to 2 times larger in commercial production, depending on the alloy's chemistry, starting casting thickness and specific process parameters. Steel alloys of this disclosure having a recrystallized modal structure typically exhibit the following tensile properties, yield strengths from 197 to 1372 MPa, maximum tensile strengths in the range from 799 to 1683 MPa, and total conductivity of 10.6 to 86.7%.
재결정된 모달 구조(구조 #4, 도 1b)를 갖는 본 명세서의 강 합금은 미세화된 고강도 나노모달 구조(구조 #5, 도 1b)의 형성을 유발하는 주위 온도/주위 온도 부근(예를 들면, 25℃ ± 5℃)에서 항복을 초과하는 응력을 받는 경우에 나노상 미세화 및 강화(메커니즘 #4, 도 1b)를 겪는다. 바람직하게는, 메커니즘 #4를 개시하기 위한 응력은 197 내지 1372 MPa 범위의 항복 강도를 초과하는 수준이다. 메커니즘 #2와 유사하게, 나노상 미세화 및 강화(메커니즘 #4, 도 1b)는, 준안정 오스테나이트계 상이 석출물을 함유하는 페라이트로 변태하여 일반적으로 동일한 합금에 대한 구조 #3에 비해 추가의 결정립 미세화를 유발하는, 동적 공정이다. 미세화된 고강도 나노모달 구조(구조 #5, 도 1b)의 특징 중 하나는 상변태 중에 다른 영역이 비변태 상태로 유지되는 동안에 불규칙적으로 분포된 미세구조의 "포켓"에서 상당한 미세화가 발생하는 것이다. 출발 화학에 따라, 오스테나이트의 일부는 안정적이고, 안정화된 오스테나이트를 함유하는 영역은 변태하지 않을 것임에 유의한다. 전형적으로, 분포된 "포켓" 내에서 5 체적% 내지 95 체적%의 매트릭스가 변태한다. 합금의 화학적 성질에 따라 붕화물(붕소가 존재하는 경우) 및/또는 탄화물(탄소가 존재하는 경우)이 재료 내에 존재할 수 있다. 미세구조의 비변태 부분은 0.5 내지 50 μm 크기의 오스테나이트계 결정립(γ-Fe)에 의해 표시되며, 또한 내지 200 nm 크기의 분포된 석출물을 함유할 수 있다. 이들 고도로 변형된 오스테나이트계 결정립은 변형 중에 발생하는 기존의 전위 프로세스에 의해 상대적으로 다수의 전위를 함유하여 전위의 비율(108 내지 1010 mm-2)이 높아진다. 변형 중에 미세구조의 변태된 부분은 나노상 미세화 및 강화(메커니즘 #4, 도 1b)를 통해 추가의 석출물을 갖는 미세화된 페라이트 결정립(α-Fe)으로 표시된다. 실험실 주조에서, 페라이트(α-Fe)의 미세화된 결정립의 크기는 50 내지 2000 nm의 범위이고, 석출물의 크기는 1 내지 200 nm이다. 매트릭스 결정립 크기 및 석출물 크기는 합금의 화학적 성질, 출발 주조 두께 및 특정 공정 파라미터에 따라 상업용 생산에서 최대 2 배 더 클 수 있다. 변태되고 고도로 미세화된 미세구조의 "포켓"의 크기는 전형적으로 0.5 내지 20 μm의 범위이다. 미세구조 내의 비변태 영역에 대한 변태된 영역의 체적 분율은 오스테나이트 안정성을 포함하는 합금의 화학적 성질을 변화시킴으로써 각각 전형적으로 95:5 내지 5:95의 비율로 변화될 수 있다. 미세화된 고강도 나노모달 구조를 갖는 본 명세서의 강 합금은 전형적으로 하기의 인장 특성, 718 내지 1645 MPa의 항복 강도, 1356 내지 1831 MPa 범위의 최대 인장 강도, 및 1.6 내지 32.8%의 총 전성을 나타낸다.Steel alloys of the present disclosure having a recrystallized modal structure (structure # 4, FIG. 1B) are characterized by near ambient / ambient temperatures (e.g., causing the formation of refined high strength nanomodal structure (
다음에 미세화된 고강도 나노모달 구조(구조 #5, 도 1b)를 가진 본 명세서의 강 합금은 상승된 온도에 노출되어 재결정된 모달 구조(구조 #4, 도 1b)의 형성으로 복귀할 수 있다. 완전한 변태를 위한 전형적인 온도 범위는 650℃ 내지 특정 합금의 Tm(도 1b에 예시됨)이고, 400℃로부터 650℃ 미만의 더 낮은 온도는 회복 메커니즘을 활성화시키고, 부분적인 재결정을 일으킬 수 있다. 응력부가 및 가열을 복수회 반복하여 목표 특성을 갖는 상대적으로 얇은 시트, 상대적으로 소직경의 튜브 또는 로드, 복잡한 형상의 최종 부품 등을 포함하는, 그러나 이들에 한정되지 않는, 원하는 제품의 형상을 얻을 수 있다. 따라서 재료의 최종 두께는 0.2 내지 25 mm의 범위일 수 있다. 입방정 석출물이 모든 단계에서 Fm3m(#225) 공간 그룹을 갖는 본 명세서의 강 합금 내에 존재할 수 있음에 유의한다. 동적 나노상 강화 메커니즘(메커니즘 #2) 및/또는 나노상 미세화 및 강화(메커니즘 #4)를 통한 변형으로 인해 P63mc 공간 그룹(#186)을 갖는 이중육방 피라미드 클래스 육방정 상 및/또는 육방 P6bar2C 공간 그룹(#190)을 갖는 이중삼방 이중피라미드 클래스에 의해 표시되는 추가의 나노스케일 석출물이 형성될 수 있다. 석출물 성질 및 체적 분율은 합금 조성 및 공정 이력에 의존한다. 나노석출물의 크기는 1 nm 내지 수십 나노미터의 범위일 수 있으나 대부분의 경우 20 nm 미만이다. 석출물의 체적 분율은 일반적으로 20% 미만이다. The steel alloys of the present disclosure, which have then refined high strength nanomodal structures (
슬래브 주조를 통한 시트 생산 중의 메커니즘Mechanism during sheet production through slab casting
본 명세서의 강 합금을 위한 구조 및 유효 메커니즘은 기존의 공정 흐름을 이용한 상업용 생산에 적용가능하다. 도 2 참조. 강 슬래브는 일반적으로 시트의 코일인 최종 제품의 형태를 얻기 위해 다수의 후속 공정 변화를 갖는 연속 주조에 의해 제조된다. 도 2에는 슬래브로부터 시트 제품으로의 가공의 각 단계에 대한 주조로부터 최종 제품까지의 본 명세서의 강 합금의 상세한 구조적인 진화가 도시되어 있다.The structures and effective mechanisms for the steel alloys herein are applicable to commercial production using existing process flows. See FIG. 2. Steel slabs are usually manufactured by continuous casting with a number of subsequent process variations to obtain the shape of the final product, which is the coil of the sheet. FIG. 2 shows the detailed structural evolution of the steel alloy herein from casting to the final product for each stage of processing from the slab to the sheet product.
본 명세서의 강 합금에서 모달 구조(구조 #1)의 형성은 합금 응고 중에 발생한다. 모달 구조는 바람직하게는 명세서의 합금을 그 융점을 초과하는 범위의 온도로 그리고 1100℃ 내지 2000℃의 범위에서 가열하고, 바람직하게는 1x103 내지 1x10-3 K/초 범위의 냉각에 대응하는 합금의 용융 온도 미만으로 냉각함으로써 형성될 수 있다. 주물의 두께는 생산 방법에 의존하며, 얇은 슬래브 주조는 전형적으로 20 내지 150 mm의 두께이며, 두꺼운 슬래브 주조는 전형적으로 150 내지 500 mm의 두께이다. 따라서, 주물 두께는 20 내지 500 mm의 범위일 수 있고, 범위 내의 모든 값은 1 mm만큼 증가할 수 있다. 따라서, 주물 두께는 21 mm, 22 mm, 23 mm 등이고, 최대 500 mm이다.Formation of a modal structure (structure # 1) in the steel alloy herein occurs during alloy solidification. The modal structure preferably heats the alloy of the specification to a temperature in the range above its melting point and in the range of 1100 ° C. to 2000 ° C., preferably corresponding to cooling in the range of 1 × 10 3 to 1 × 10 −3 K / sec. It can be formed by cooling below the melting temperature of. The thickness of the casting depends on the production method, where thin slab castings are typically 20 to 150 mm thick and thick slab castings are typically 150 to 500 mm thick. Thus, the casting thickness can range from 20 to 500 mm, and all values within the range can increase by 1 mm. Thus, the casting thicknesses are 21 mm, 22 mm, 23 mm and the like, up to 500 mm.
합금으로부터 응고된 슬래브의 열간 압연은 두꺼운 슬래브 주조의 경우에 트랜스퍼 바를 생산하거나 얇은 슬래브 주조의 경우에 코일을 생산하는 다음의 공정 단계이다. 이 공정 중에, 모달 구조는 나노상 미세화(메커니즘 #1)을 통해 부분적으로 균질화된 그리고 다음에는 완전히 균질화된 모달 구조(구조 #1a)로 연속적으로 변태된다. 균질화 및 이로 인한 미세화가 완료되면, 나노모달 구조(구조 #2)가 형성된다. 열간 압연 공정의 생성물인 결과적인 핫 밴드 코일은 전형적으로 1 내지 20 mm 범위의 두께이다.Hot rolling of slabs solidified from the alloy is the next process step to produce transfer bars in the case of thick slab casting or coils in the case of thin slab casting. During this process, the modal structure is continuously transformed into a partially homogenized and then fully homogenized modal structure (structure # 1a) through nanophase refinement (mechanism # 1). Upon completion of homogenization and thereby miniaturization, a nanomodal structure (structure # 2) is formed. The resulting hot band coil, which is the product of a hot rolling process, is typically in the range of 1 to 20 mm in thickness.
냉간 압연은 특정 용도를 위한 목표 두께를 얻는데 광범위하게 사용되는 시트 생산 방법이다. AHSS의 경우, 0.4 내지 2 mm 범위의 더 얇은 규격이 일반적으로 목표로 된다. 더 얇은 규격의 두께를 달성하기 위해, 다수의 패스(pass)를 통해 냉간 압연이 적용될 수 있고, 패스 사이에 중간 어닐링이 적용되거나 적용되지 않을 수 있다. 패스 당 전형적인 감소는 재료 특성 및 설비 능력에 따라 5 내지 70%이다. 중간 어닐링 이전의 패스의 수는 또한 재료 특성 및 냉간 변형 중의 변형 경화의 수준에 의존한다. 본 명세서의 강 합금의 경우, 냉간 압연은 동적 나노상 강화(메커니즘 #2)를 일으키며, 얻어진 시트의 광범위한 변형 경화 및 고강도 나노모달 구조(구조 #3)의 형성을 유발한다. 본 명세서의 합금으로부터의 냉간 압연된 시트의 특성은 합금의 화학적 성질에 의존하며, 완전히 냉간 압연된(즉, 경질) 제품을 생산하도록 냉간 압연의 감소에 의해 제어되거나, 다양한 특성(즉, ¼, ½, ¾ 경질 등)을 산출하도록 제어될 수 있다. 특정 공정 흐름, 특히 출발 두께 및 열간 압연 규격의 감소량에 따라, 재료의 전성을 회복시켜 추가의 냉간 압연 규격을 감소시킬 수 있도록 어닐링이 필요한 경우가 많다. 중간의 코일은 배치 어닐링 또는 연속 어닐링 라인과 같은 종래의 방법을 사용하여 어닐링될 수 있다. 본 명세서의 강 합금에 대한 냉간 변형된 고강도 나노모달 구조(구조 #3)는 어닐링 중에 재결정(메커니즘 #3)되어 재결정된 모달 구조(구조 #4)의 형성으로 이어진다. 이 단계에서, 재결정된 코일이 합금의 화학적 성질 및 목표 시장에 따라 진보된 특성 조합을 가진 최종 제품일 수 있다. 훨씬 더 얇은 규격의 시트가 필요한 경우, 재결정된 코일은 추가의 냉간 압연을 받아서 하나 이상의 냉간 압연/어닐링 사이클에 의해 실현될 수 있는 목표 두께를 달성할 수 있다. 재결정된 모달 구조(구조 #4)를 갖는 본 명세서의 합금으로부터의 추가의 냉간 변형은 나노상 미세화 및 강화(메커니즘 #4)를 통해 미세화된 고강도 나노모달 구조(구조 #5)로의 구조적 변태를 유발한다. 그 결과, 최종 규격 및 미세화된 고강도 나노모달 구조(구조 #5)를 가진 완전 경질의 코일이 형성될 수 있고, 또는 사이클의 최종 단계로서 어닐링의 경우에, 최종 규격 및 재결정된 모달 구조(구조 #4)를 갖는 시트의 코일이 제조될 수도 있다. 본 명세서의 합금으로부터 재결정된 시트의 코일이 냉간 스탬핑, 하이드로포밍, 압연 성형 등과 같은 임의의 유형의 냉간 변형에 의해 완성된 부품 생산을 위해 사용되는 경우, 미세화된 고강도 나노모달 구조(구조 #5)가 최종 제품/부품에 존재할 것이다. 최종 제품은 시트, 플레이트, 스트립, 파이프, 및 튜브를 포함하는 많은 상이한 형태로 존재할 수 있고, 수많은 복잡한 부품이 다양한 금속가공 공정을 통해 제작될 수 있다. Cold rolling is a sheet production method that is widely used to achieve target thicknesses for specific applications. For AHSS, thinner specifications in the 0.4 to 2 mm range are generally targeted. To achieve a thinner specification thickness, cold rolling may be applied through multiple passes, with or without intermediate annealing between the passes. Typical reductions per pass are from 5 to 70% depending on material properties and equipment capacity. The number of passes before intermediate annealing also depends on the material properties and the level of strain hardening during cold deformation. In the case of the steel alloys herein, cold rolling causes dynamic nanophase reinforcement (mechanism # 2) and causes extensive strain hardening of the resulting sheet and the formation of high strength nanomodal structures (structure # 3). The properties of the cold rolled sheet from the alloys herein depend on the chemistry of the alloy and are controlled by the reduction of cold rolling to produce a completely cold rolled (ie hard) product, or by various properties (ie, ¼, ½, ¾ hard, etc.). Depending on the specific process flow, especially the starting thickness and the amount of reduction in hot rolling specifications, annealing is often necessary to restore the malleability of the material to reduce additional cold rolling specifications. The intermediate coil can be annealed using conventional methods such as batch anneal or continuous anneal lines. Cold strained high strength nanomodal structures (structure # 3) for the steel alloys herein are recrystallized (mechanism # 3) during annealing, leading to the formation of recrystallized modal structures (structure # 4). At this stage, the recrystallized coil may be the final product with advanced combinations of properties depending on the alloy's chemistry and target market. If a much thinner sheet is required, the recrystallized coil can be subjected to additional cold rolling to achieve a target thickness that can be realized by one or more cold rolling / annealing cycles. Further cold deformation from the alloys of the present disclosure with a recrystallized modal structure (structure # 4) leads to structural transformation into nanostructured high strength nanomodal structure (structure # 5) through nanophase refinement and reinforcement (mechanism # 4). do. As a result, a completely rigid coil with a final specification and a refined high strength nanomodal structure (structure # 5) can be formed, or in the case of annealing as the final stage of the cycle, the final specification and recrystallized modal structure (structure # Coils of sheets having 4) may be manufactured. Micronized high strength nanomodal structures (structure # 5) when the coils of sheets recrystallized from the alloys of the present disclosure are used for the production of finished parts by any type of cold deformation, such as cold stamping, hydroforming, roll forming, etc. Will be present in the final product / part. The final product can exist in many different forms, including sheets, plates, strips, pipes, and tubes, and numerous complex parts can be fabricated through a variety of metalworking processes.
에지 성형성의 메커니즘Edge Formability Mechanism
재결정된 모달 구조(구조 #4)로부터 미세화된 고강도 나노모달 구조(구조 #5)로 그리고 다음에 재결정된 모달 구조(구조 #4)로 되돌아가는 이러한 상변태의 순환하는 성질은 본 명세서의 강 합금의 독특한 현상 및 특징 중 하나이다. 전술한 바와 같이, 이 순환 특성은 특히 더 얇은 규격의 두께(예를 들면, 0.2 내지 25 mm 범위의 두께)가 필요한 AHSS의 경우에 시트의 상업 생산 중에 적용가능하다. 또한, 이러한 가역성 메커니즘은 본 명세서의 강 합금의 광범위한 산업 용도를 위해 적용가능하다. 본 명세서의 강 합금의 경우에 이러한 용도에서의 인장 특성 및 굽힘 특성에 의해 입증되는 바와 같이 벌크 시트 성형성의 탁월한 조합을 나타내지만, 상변태의 독특한 순환 특성은 다른 AHSS의 경우에 상당한 제한 요인일 수 있는 에지 성형성을 가능하게 한다. 이하의 표 1은 나노상 미세화 및 강화(메커니즘 #4)를 통해 이용가능한 응력부가 및 가열 사이클을 통한 구조 특성 및 성능 특성을 요약한 것이다. 벌크 시트 및 에지 성형성의 탁월한 조합을 생성하기 위해 이들 구조 및 메커니즘을 이용하는 방법은 이후에 설명할 것이다.The circulating nature of this phase transformation from the recrystallized modal structure (structure # 4) to the refined high-strength nanomodal structure (structure # 5) and then back to the recrystallized modal structure (structure # 4) is described herein. One of the unique phenomena and features. As mentioned above, this cycling characteristic is applicable during commercial production of the sheet, especially in the case of AHSS which requires a thinner specification thickness (eg thickness in the range of 0.2 to 25 mm). This reversible mechanism is also applicable for a wide range of industrial applications of the steel alloys herein. In the case of the steel alloys herein, an excellent combination of bulk sheet formability is demonstrated, as evidenced by the tensile and bending properties in these applications, but the unique cycling properties of phase transformation can be a significant limiting factor for other AHSS. Enable edge formability. Table 1 below summarizes the structural and performance characteristics through stressing and heating cycles available through nanophase refinement and reinforcement (mechanism # 4). Methods of using these structures and mechanisms to produce excellent combinations of bulk sheet and edge formability will be described later.
[표 1] 응력부가/가열 사이클을 통한 구조 및 성능 Table 1. Structure and performance with stress addition / heating cycle
재결정된 모달 구조Recrystallized Modal
미세화된 고강도 나노모달 구조Micronized high strength nanomodal structure
형성formation
본문main text
본 명세서의 합금의 화학 조성은 사용되는 바람직한 원자비를 제공하는 표 2에 제시되어 있다. The chemical compositions of the alloys herein are shown in Table 2 which provides the preferred atomic ratios used.
[표 2] 합금의 화학 조성 Table 2 Chemical Composition of Alloys
상기로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 명세서의 합금은 50 원자% 이상의 Fe를 갖는 철계 금속 합금이다. 더 바람직하게는, 본 명세서의 합금은 원자%로 표시되는 다음의 원소를 포함하거나, 다음의 원소로 본질적으로 이루어지거나, 또는 다음의 원소로 이루어지는 것으로서 설명될 수 있다: Fe(61.30 내지 83.14 원자%); Si(0 내지 7.02 원자%); Mn(0 내지 15.86 원자%); B(0 내지 6.09 원자%); Cr(0 내지 18.90 원자%); Ni(0 내지 8.68 원자%); Cu(0 내지 2.00 원자%); C(0 내지 3.72 원자%). 또한, 본 명세서의 합금은 Fe와, Si, Mn, B, Cr, Ni, Cu 또는 C로부터 선택되는 4 종 이상, 또는 5 종 이상, 또는 6 종 이상의 원소를 포함하는 것으로 이해될 수 있다. 가장 바람직하게는, 본 명세서의 합금은 Si, Mn, B, Cr, Ni, Cu 및 C와 함께 50 원자% 이상의 수준으로 Fe를 포함하거나, 이 Fe로 본질적으로 이루어지거나, 이 Fe로 이루어지는 것이다.As can be seen from the above, the alloy of the present specification is an iron-based metal alloy having 50 atomic% or more of Fe. More preferably, the alloy herein may be described as including, consisting essentially of, or consisting of the following elements, expressed in atomic percent: Fe (61.30 to 83.14 atomic percent) ); Si (0 to 7.02 atomic%); Mn (0-15.86 atomic%); B (0 to 6.09 atomic%); Cr (0-18.90 atomic%); Ni (0 to 8.68 atomic%); Cu (0-2.00 atomic%); C (0-3.72 atomic%). In addition, the alloy of the present specification may be understood to include Fe and 4 or more, or 5 or more, or 6 or more elements selected from Si, Mn, B, Cr, Ni, Cu or C. Most preferably, the alloys herein comprise Fe, consist essentially of, or consist of Fe at a level of at least 50 atomic% with Si, Mn, B, Cr, Ni, Cu and C.
합금 실험실 프로세스Alloy laboratory process
표 2의 합금의 실험실 프로세스를 훨씬 작은 규모로 산업 생산의 각 단계를 모델링하기 위해 수행하였다. 이 프로세스에서의 주요 단계는 다음을 포함한다: 주조, 터널 퍼니스 가열, 열간 압연, 냉간 압연, 및 어닐링. The laboratory process of the alloys of Table 2 was performed to model each stage of industrial production on a much smaller scale. The main steps in this process include: casting, tunnel furnace heating, hot rolling, cold rolling, and annealing.
주조casting
표 2의 원자비에 따라 공지된 화학성질 및 불순물 함량을 가진 시판되는 페로에디티브(ferroadditive) 분말을 사용하여 합금을 3,000 내지 3,400 그램의 범위의 장입물로 칭량하였다. 장입물을 Indutherm VTC800V 진공 틸트(tilt) 주조기 내에 설치된 지르코니아 코팅된 실리카 도가니 내에 장입하였다. 다음에 주조기는 주조 및 용융 체임버를 비우고, 용탕의 산화를 방지하기 위해 주조 전에 수 차례 아르곤으로 대기압까지 역충전하였다. 용탕을 합금 조성 및 충전물의 질량에 따라 약 5.25 내지 6.5 분 동안 완전히 용융될 때까지 14 kHz RF 유도 코일로 가열하였다. 마지막 고체의 용융이 관찰된 후, 과열을 제공하여 용탕의 균질화가 보장되도록 30 내지 45 초 동안 더 가열하였다. 다음에 주조기는 용융 및 주조 체임버를 비우고, 도가니를 기울여서 수냉식 구리 다이의 50 mm의 두께, 75 내지 80 mm의 폭, 및 125 mm의 깊이의 채널 내에 용탕을 부었다. 용탕을 진공 하에서 200 초 동안 냉각시킨 후 체임버를 아르곤으로 대기압까지 충전시켰다. 2 가지 상이한 합금으로 실험실 주조된 슬래브의 실시례의 사진이 도 3에 도시되어 있다.The alloys were weighed into charges in the range of 3,000 to 3,400 grams using commercially available ferroditive powders with known chemical properties and impurity contents according to the atomic ratios of Table 2. The charge was loaded into a zirconia coated silica crucible installed in an Indutherm VTC800V vacuum tilt casting machine. The casting machine was then evacuated to cast and melt chambers and backfilled with argon several times before casting to prevent oxidation of the melt. The melt was heated with a 14 kHz RF induction coil until it melted completely for about 5.25 to 6.5 minutes, depending on the alloy composition and the mass of the charge. After melting of the last solid was observed, it was further heated for 30 to 45 seconds to provide overheating to ensure homogenization of the melt. The casting machine then emptied the melting and casting chamber and tilted the crucible to pour the melt into a 50 mm thick, 75 to 80 mm wide, and 125 mm deep channel of the water cooled copper die. The melt was cooled under vacuum for 200 seconds and then the chamber was filled with argon to atmospheric pressure. A photograph of an embodiment of a lab cast slab from two different alloys is shown in FIG. 3.
터널 퍼니스 가열Tunnel furnace heating
열간 압연 전에 실험실 슬래브를 가열을 위해 Lucifer EHS3GT-B18 퍼니스 내에 장입하였다. 퍼니스의 설정점은 합금 융점에 따라 1100℃ 내지 1250℃의 범위이다. 슬래브가 목표 온도에 도달하는 것을 보장하기 위해 이것을 열간 압연 전에 40 분 동안 소킹(soaking)하였다. 열간 압연과 열간 압연 사이에 슬래브를 퍼니스에 복귀시켜서 4 분 동안 재가열하였다. The laboratory slab was charged into a Lucifer EHS3GT-B18 furnace for heating before hot rolling. The set point of the furnace is in the range of 1100 ° C. to 1250 ° C., depending on the alloy melting point. This was soaked for 40 minutes before hot rolling to ensure that the slab reached the target temperature. Between the hot rolling and the hot rolling the slab was returned to the furnace and reheated for 4 minutes.
열간 압연Hot rolling
예열된 슬래브를 터널 퍼니스로부터 Fenn Model 061 2 고압연기 내로 밀어 넣었다. 바람직하게는 50 mm의 슬래브를 고압연기를 통해 5 내지 8 회의 패스를 통해 열간 압연한 후에 공냉시켰다. 최초의 패스 후에 각의 슬래브는 80 내지 85% 만큼 감소되어 7.5 내지 10 mm의 최종 두께가 되었다. 냉각 후에 각각의 얻어진 시트를 절단하고, 저부의 190 mm를 압연기를 통해 3 내지 4 회의 추가의 패스를 통해 열간 압연하여, 72 내지 84% 사이에서 1.6 내지 2.1 mm의 최종 두께로 더 축소시켰다. 열간 압연 후의 2 가지 상이한 합금으로부터 실험실 주조된 슬래브의 실시례의 사진이 도 4에 도시되어 있다.The preheated slab was pushed from the tunnel furnace into the Fenn Model 061 2 high pressure smoke. The 50 mm slab is preferably air cooled after hot rolling through 5 to 8 passes through high pressure steam. After the first pass the angular slab was reduced by 80 to 85% to a final thickness of 7.5 to 10 mm. Each obtained sheet was cut after cooling and hot rolled through 190 mm of the bottom through 3 to 4 additional passes through the rolling mill to further shrink to a final thickness of 1.6 to 2.1 mm between 72 and 84%. A photograph of an example of a lab cast slab from two different alloys after hot rolling is shown in FIG. 4.
냉간 압연 Cold rolled
열간 압연 후에 얻어진 시트를 알루미늄 산화물로 미디어 블래스팅(media blasting)하여 압연 스케일을 제거하고, 다음에 Fenn Model 061 2 고압연기 상에서 냉간 압연하였다. 냉간 압연은 시트의 두께를 전형적으로 1.2 mm의 목표 두께까지 축소시키기 위해 다수회의 패스를 취한다. 열간 압연된 시트를 최소 간극에 도달할 때까지 지속적으로 롤 간극을 감소시키면서 압연기 내에 공급하였다. 재료가 규격 목표에 도달하지 않은 경우, 1.2 mm 두께에 도달할 때까지 최소 간극으로 추가의 패스를 사용하였다. 실험실 압연기 능력의 한계로 인해 많은 패스를 적용하였다. 2 가지 상이한 합금으로부터의 냉간 압연된 시트의 실시례 사진이 도 5에 도시되어 있다.The sheet obtained after hot rolling was media blasted with aluminum oxide to remove the rolling scale, which was then cold rolled on a Fenn Model 061 2 high pressure steamer. Cold rolling takes several passes to reduce the thickness of the sheet, typically to a target thickness of 1.2 mm. The hot rolled sheet was fed into the rolling mill continuously decreasing the roll gap until the minimum gap was reached. If the material did not reach the specification target, additional passes were used with minimum clearance until the 1.2 mm thickness was reached. Many passes were applied due to the limitations of laboratory mill capacity. An example photograph of a cold rolled sheet from two different alloys is shown in FIG. 5.
어닐링Annealing
냉간 압연 후, 인장 시편을 와이어 방전 가공(EDM; wire electrical discharge machining)을 통해 냉간 압연된 시트로부터 절단하였다. 다음에 이들 시편을 표 3에 기록된 상이한 파라미터로 어닐링하였다. 어닐링(1a, 1b, 2b)은 Lucifer 7HT-K12 박스 퍼니스 내에서 수행하였다. 어닐링(2a 및 3)은 Camco Model G-ATM-12FL 퍼니스 내에서 수행하였다. 공기 노멀라이제이션(normalization)된 시편을 사이클의 말기에 퍼니스로부터 제거하고 공기 중에서 실온까지 냉각시켰다. 퍼니스 냉각 시편의 경우, 어닐링의 말기에 퍼니스를 단전하여 샘플이 퍼니스와 함께 냉각되도록 하였다. 열처리는 시연을 위해 선택되었으며, 범위를 제한하려는 의도가 아님에 유의한다. 각 합금의 융점 직하까지의 고온 처리가 가능하다.After cold rolling, the tensile specimens were cut from the cold rolled sheet via wire electrical discharge machining (EDM). These specimens were then annealed with the different parameters reported in Table 3. Annealing (1a, 1b, 2b) was performed in a Lucifer 7HT-K12 box furnace. Annealing (2a and 3) was performed in a Camco Model G-ATM-12FL furnace. Air normalized specimens were removed from the furnace at the end of the cycle and cooled to room temperature in air. For furnace cooled specimens, the furnace was de-energized at the end of the annealing to allow the sample to cool with the furnace. Note that the heat treatment was chosen for the demonstration and is not intended to limit the scope. High temperature treatment up to the melting point of each alloy is possible.
[표 3] 어닐링 파라미터 [Table 3] Annealing Parameters
다음에 퍼니스 냉각 Furnace Cooling Next
다음에 공기 노멀라이제이션됨Air normalized to
합금 특성Alloy properties
응고된 주조 슬래브 상에서 Netzsch Pegasus 404 Differential Scanning Calorimeter(DSC)을 이용하여 본 명세서의 합금의 열 분석을 수행하였다. 합금 샘플을 알루미나 도가니 내에 장입하고, 이 도가니를 DSC에 장입하였다. 다음에 이 DSC는 체임버를 비우고, 대기압까지 아르곤으로 역충전하였다. 다음에 아르곤의 일정한 퍼지를 개시하였고, 시스템 내의 산소량을 더 저감시키기 위해 가스 유동 경로에 지르코늄 게터(getter)를 설치하였다. 샘플을 완전히 용융될 때까지 가열하고, 완전히 응고될 때까지 냉각시키고, 다음에 용융을 통해 10℃/분으로 재가열하였다. 평형 상태의 재료의 대표적 측정을 보장하기 위해 2번째의 용융으로부터 고상선, 액상선, 및 피크 온도를 측정하였다. 표 2에 기록된 합금에서, 용융은 합금의 화학적 성질에 따라 약 1111℃의 초기 용융 및 약 1476℃(표 4)에 이르는 최종 용융 온도로 하나 이상의 단계로 발생한다. 용융 거동의 변화는 합금의 화학적 성질에 따라 합금의 응고 시의 복잡한 상 형성을 반영한다.Thermal analysis of the alloys of the present disclosure was performed on a solidified cast slab using a Netzsch Pegasus 404 Differential Scanning Calorimeter (DSC). An alloy sample was charged into an alumina crucible and charged into the DSC. This DSC then emptied the chamber and backfilled with argon to atmospheric pressure. A constant purge of argon was then initiated and a zirconium getter was installed in the gas flow path to further reduce the amount of oxygen in the system. The sample was heated to complete melting, cooled to complete solidification, and then reheated to 10 ° C./min through melting. The solidus, liquidus, and peak temperatures were measured from the second melt to ensure a representative measurement of the material in equilibrium. In the alloys listed in Table 2, melting occurs in one or more stages with an initial melting of about 1111 ° C. and a final melting temperature of about 1476 ° C. (Table 4), depending on the alloy's chemistry. The change in melt behavior reflects the complex phase formation upon solidification of the alloy, depending on the alloy's chemistry.
[표 4] 용융 거동에 대한 차별적 열 분석 데이터 Table 4 Differential thermal analysis data for melt behavior
(℃)(℃)
(℃)(℃)
합금의 밀도는 공기와 증류수의 양쪽에서 무게측정이 가능하도록 특별히 구성된 저울로 아르키메데스 방법을 이용하여 열간 압연된 재료의 9 mm의 두께의 섹션에서 측정하였다. 각 합금의 밀도는 표 5에 표시되어 있으며, 7.57 내지 7.89 g/cm3의 범위임을 알 수 있었다. 이 기법의 정확도는 ±0.01 g/cm3이다.The density of the alloy was measured in a 9 mm thick section of hot rolled material using the Archimedes method with a balance specifically configured to allow weighing in both air and distilled water. The density of each alloy is shown in Table 5, it can be seen that the range of 7.57 to 7.89 g / cm 3 . The accuracy of this technique is ± 0.01 g / cm 3 .
[표 5] 합금의 밀도 [Table 5] Density of alloy
(g/cm(g / cm
33
))
(g/cm(g / cm
33
))
Instron의 Bluehill 제어 소프트웨어를 사용하여 Instron 3369 기계적 시험 프레임 상에서 인장 특성을 측정하였다. 모든 시험은 실온에서 수행하였고, 하부 그립(grip)은 고정되고, 상부 그립은 0.012 mm/초의 속도로 상방으로 이동하였다. 변형률 데이터는 Instron의 Advanced Video Extensometer를 사용하여 수집하였다. 표 3에 열거된 파라미터로 어닐링된 후의 표 2에 열거된 합금의 인장 특성은 아래의 표 6 내지 표 10에 표시되어 있다. 최대 인장 강도 값은 6.6 내지 86.7%의 인장 신율에서 799 내지 1683 MPa의 범위일 수 있다. 항복 강도는 197 내지 978 MPa의 범위이다. 본 명세서의 강 합금의 기계적 특성 값은 합금의 화학적 성질 및 공정 조건에 의존할 것이다. 열처리의 변화는 또한 특정 합금의 화학적 성질의 처리를 통해 가능한 특성 변화를 보여준다.Tensile properties were measured on an Instron 3369 mechanical test frame using Instron's Bluehill control software. All tests were performed at room temperature, the lower grips were fixed and the upper grips moved upwards at a rate of 0.012 mm / sec. Strain data was collected using Instron's Advanced Video Extensometer. Tensile properties of the alloys listed in Table 2 after annealing with the parameters listed in Table 3 are shown in Tables 6-10 below. The maximum tensile strength value may range from 799 to 1683 MPa at a tensile elongation of 6.6 to 86.7%. Yield strength ranges from 197 to 978 MPa. The mechanical property values of the steel alloys herein will depend on the chemical properties and process conditions of the alloy. Changes in heat treatment also show possible property changes through treatment of the chemical properties of certain alloys.
[표 6] 열처리 1a 후 선택된 합금의 인장 데이터 Table 6 Tensile data of selected alloys after heat treatment 1a
(MPa)(MPa)
(MPa)(MPa)
(%)(%)
[표 7] 열처리 1b 후 선택된 합금의 인장 데이터 Table 7 Tensile data of selected alloys after heat treatment 1b
(MPa)(MPa)
(%)(%)
[표 8] 열처리 2a 후 선택된 합금의 인장 데이터 Table 8 Tensile data of selected alloys after heat treatment 2a
(MPa)(MPa)
(MPa)(MPa)
(%)(%)
[표 9] 열처리 2b 후 선택된 합금의 인장 데이터 Table 9 Tensile data of selected alloys after heat treatment 2b
(MPa)(MPa)
(%)(%)
[표 10] 열처리 3 후 선택된 합금의 인장 데이터 Table 10 Tensile data of selected alloys after heat treatment 3
실시례Example
실시례 #1: 합금 1의 구조 발전 경로 Example # 1: Structural Development Pathway of Alloy 1
본 출원의 본문 부분에 기술된 바와 같이 합금 1로 50 mm 두께의 실험실 슬래브를 주조하고, 이것을 실험실 처리로 열간 압연, 냉간 압연 및 850℃에서 5 분 동안의 어닐링하였다. 각 공정 단계에서 합금의 미세구조를 SEM, TEM 및 X선 분석에 의해 검사하였다. A 50 mm thick laboratory slab was cast from alloy 1 as described in the text of this application, which was hot rolled, cold rolled and annealed at 850 ° C. for 5 minutes by laboratory treatment. The microstructure of the alloy at each process step was examined by SEM, TEM and X-ray analysis.
SEM 조사의 경우, 슬래브 샘플의 단면을 그릿(grit)의 크기가 작은 SiC 연마지로 연마하고, 다음에 1 μm에 이르는 다이아몬드 매체 페이스트로 점진적으로 폴리싱(polishing)하였다. 최종 폴리싱은 0.02 μm 그릿의 SiO2 용액을 이용하여 수행하였다. 미세구조는 Carl Zeiss SMT Inc사에서 제작된 EVO-MA10 주사 전자 현미경을 사용하여 SEM에 의해 검사하였다. TEM 시편을 제조하기 위해, 먼저 EDM에 의해 샘플을 절단하고, 다음에 매번 감소된 그릿 크기의 패드를 이용하여 연삭함으로써 얇게 하였다. 60 내지 70 μm 두께의 포일을 제조하기 위해 각각 9 μm, 3 μm 및 1 μm의 다이아몬드 현탁액으로 폴리싱하여 추가의 박육화(thinning)를 수행하였다. 3 mm 직경의 디스크를 포일로부터 펀칭하고, 트윈-제트 폴리셔(twin-jet polisher)를 사용하여 전해폴리싱으로 최종 폴리싱을 완료하였다. 사용된 화학 용액은 메탄올 베이스에 혼합된 30%의 질산이었다. TEM 관찰을 위한 불충분한 얇은 영역의 경우, TEM 시편을 PIPS(Gatan Precision Ion Polishing System)을 사용하여 이온 밀링할 수 있다. 이온 밀링은 통상적으로 4.5 keV에서 수행되며, 경사각을 4°로부터 2°로 감소시켜 얇은 영역을 개척한다. TEM 조사는 200 kV에서 작동되는 JEOL 2100 고해상도 현미경을 사용하여 수행하였다. X선 회절은 Cu Ka X선 튜브를 구비한 그리고 40 mA의 필라멘트 전류로 45 kV에서 작동되는 PANalytical X'Pert MPD 회절계를 사용하여 수행되었다. 스캔은 0.01°의 스텝 크기 및 기기의 제로 각도 시프트를 조정하기 위해 실리콘이 결합된 25° 내지 95°의 2θ로 수행되었다. 다음에 얻어진 스캔을 Siroquant 소프트웨어를 사용하는 리트벨트 분석을 사용하여 분석하였다.For SEM irradiation, the cross section of the slab sample was polished with a small grit SiC abrasive paper and then polished gradually with diamond media paste up to 1 μm. Final polishing was performed using a 0.02 μm grit SiO 2 solution. Microstructure was examined by SEM using an EVO-MA10 scanning electron microscope manufactured by Carl Zeiss SMT Inc. To prepare TEM specimens, samples were first thinned by EDM and then thinned by grinding using pads of reduced grit size each time. Further thinning was performed by polishing with diamond suspensions of 9 μm, 3 μm and 1 μm, respectively, to produce 60-70 μm thick foils. A 3 mm diameter disk was punched out of the foil and final polishing was completed by electropolishing using a twin-jet polisher. The chemical solution used was 30% nitric acid mixed in methanol base. For insufficient thin regions for TEM observations, TEM specimens can be ion milled using the Gatan Precision Ion Polishing System (PIPS). Ion milling is typically performed at 4.5 keV and the incline angle is reduced from 4 ° to 2 ° to exploit thin areas. TEM irradiation was performed using a JEOL 2100 high resolution microscope operated at 200 kV. X-ray diffraction was performed using a PANalytical X'Pert MPD diffractometer with a Cu Ka X-ray tube and operated at 45 kV with a filament current of 40 mA. The scan was performed with 2θ of 25 ° to 95 ° combined with silicon to adjust a step size of 0.01 ° and zero angle shift of the instrument. The scans obtained were then analyzed using Rietveld analysis using Siroquant software.
응고 후 50 mm 두께의 합금 1 슬래브에 모달 구조가 형성되었다. 모달 구조(구조 #1)는 여러 상으로 구성되는 수지상 구조로 나타난다. 도 6a에서, 후방산란 SEM 이미지는 수지상 암을 보여주며, 이것은 어두운 콘트라스트로 보이고, 반면에 매트릭스 상은 밝은 콘트라스트이다. 작은 주조 기공이 SEM 현미경사진에 나타나 있음(검은 홀)에 유의한다. TEM 조사는 매트릭스 상이 적층 결함을 가진 주로 오스테나이트(γ-Fe)임을 보여준다. 적층 결함의 존재는 면심 입방 구조(오스테나이트)를 나타낸다. TEM은 또한 다른 상이 모달 구조 내에 형성될 수 있음을 시사한다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 선택된 전자 회절 패턴에 따라 체심 입방 구조(α-Fe)를 갖는 페라이트 상으로 특정되는 어두운 상이 발견된다. X선 회절 분석은 합금 1의 모달 구조가 오스테나이트, 페라이트, 철 망가니즈 화합물 및 일부의 마르텐사이트를 함유함을 보여준다(도 7). 일반적으로, 오스테나이트는 합금 1의 모달 구조에서 지배적인 상이지만, 상업 생산 중에 냉각 속도와 같은 다른 요인이 다양한 체적 분율의 마르텐사이트와 같은 2차 상의 형성에 영향을 줄 수 있다. After solidification, a modal structure was formed in the 50 mm thick Alloy 1 slab. The modal structure (structure # 1) is shown as a dendritic structure composed of several phases. In FIG. 6A, the backscatter SEM image shows dendritic cancer, which appears to be dark contrast, while the matrix phase is bright contrast. Note that small cast pores are shown in the SEM micrographs (black holes). TEM irradiation shows that the matrix phase is mainly austenite (γ-Fe) with lamination defects. The presence of lamination defects indicates a face centered cubic structure (austenite). TEM also suggests that other phases can be formed within the modal structure. As shown in Fig. 6C, a dark phase is found which is specified as a ferrite phase having a body centered cubic structure (α-Fe) according to the selected electron diffraction pattern. X-ray diffraction analysis showed that the modal structure of Alloy 1 contained austenite, ferrite, iron manganese compounds and some martensite (FIG. 7). In general, austenite is the dominant phase in the modal structure of alloy 1, but other factors such as cooling rate during commercial production can affect the formation of secondary phases, such as martensite of varying volume fractions.
[표 11] 응고 후 합금 1의 X선 회절 데이터 (모달 구조) Table 11 X-ray diffraction data of alloy 1 after solidification (modal structure)
공간 그룹 #: 225(Fm3m)
LP: a = 3.583 ÅStructure: Cubic
Space group #: 225 (Fm3m)
LP: a = 3.583 Å
공간 그룹 #: 229(Im3m)
LP: a = 2.876 ÅStructure: Cubic
Space group #: 229 (Im3m)
LP: a = 2.876 Å
공간 그룹 #: 139(I4/mmm)
LP: a = 2.898 Å
c = 3.018 ÅStructure: Square
Space group #: 139 (I4 / mmm)
LP: a = 2.898 Å
c = 3.018 Å
공간 그룹 #: 225(Fm3m)
LP: a = 4.093 ÅStructure: Cubic
Space group #: 225 (Fm3m)
LP: a = 4.093 Å
상승된 온도에서 모달 구조(구조 #1, 도 1a)를 가진 합금 1의 변형은 모달 구조의 균질화 및 미세화를 유도한다. 이 경우에 열간 압연이 적용되었으나, 열간 프레싱, 열간 단조, 열간 압출을 포함하는 그러나 이들에 한정되지 않는 기타 공정은 유사한 효과를 달성할 수 있다. 열간 압연 중에, 모달 구조 내의 수지상정은 분쇄되고, 미세화되어 최초의 균질화된 모달 구조(구조 #1a, 도 1a) 의 형성을 유발한다. 열간 압연 중의 미세화는 동적 재결정을 동반하여 나노상 미세화(메커니즘 #1, 도 1a)를 통해 발생된다. 균질화된 모달 구조는 열간 압연을 반복적으로 적용함으로써 점진적으로 미세화될 수 있고, 나노모달 구조(구조 #2, 도 1a)의 형성을 유발할 수 있다. 도 8a는 1250℃에서 50 mm 내지 약 1.7 mm으로 열간 압연된 후의 합금 1의 후방산란 SEM 현미경사진을 보여준다. 열간 압연 중에 수십 마이크론 크기의 블록이 동적 재결정으로부터 얻어지고, 결정립의 내부는 상대적으로 매끈하여 결함의 양이 적다는 것을 나타내고 있음을 알 수 있다. TEM은 또한 도 8b에 도시된 바와 같이 수백 나노미터 크기 미만의 하위 결정립이 형성됨을 보여준다. X선 회절 분석은 열간 압연 후의 합금 1의 나노모달 구조가 도 9 및 Table 12 에서 표시된 바와 같이 페라이트 및 철 망가니즈 화합물과 같은 다른 상과 함께 주로 오스테나이트를 함유함을 보여준다.Deformation of Alloy 1 with a modal structure (structure # 1, FIG. 1A) at elevated temperature leads to homogenization and refinement of the modal structure. Although hot rolling has been applied in this case, other processes, including but not limited to hot pressing, hot forging, hot extrusion, can achieve similar effects. During hot rolling, the dendrite in the modal structure is crushed and refined to cause the formation of the first homogenized modal structure (structure # 1a, FIG. 1A). Micronization during hot rolling occurs through nanophase micronization (mechanism # 1, FIG. 1A) accompanied by dynamic recrystallization. The homogenized modal structure can be gradually refined by repeatedly applying hot rolling and can lead to the formation of nanomodal structure (structure # 2, FIG. 1A). FIG. 8A shows backscatter SEM micrographs of Alloy 1 after hot rolling from 50 mm to about 1.7 mm at 1250 ° C. FIG. It can be seen that during hot rolling a block of several tens of microns is obtained from the dynamic recrystallization, and the interior of the grains is relatively smooth, indicating that the amount of defects is small. TEM also shows that sub-grains less than several hundred nanometers in size are formed, as shown in FIG. 8B. X-ray diffraction analysis shows that the nanomodal structure of Alloy 1 after hot rolling contains mainly austenite with other phases such as ferrite and iron manganese compounds as shown in FIG. 9 and Table 12.
[표 12] 열간 압연 후의 합금 1의 X선 회절 데이터 (나노모달 구조) [Table 12] X-ray diffraction data of alloy 1 after hot rolling (nano modal structure)
공간 그룹 #: 225(Fm3m)
LP: a = 3.595 ÅStructure: Cubic
Space group #: 225 (Fm3m)
LP: a = 3.595 Å
공간 그룹 #: 229(Im3m)
LP: a = 2.896 ÅStructure: Cubic
Space group #: 229 (Im3m)
LP: a = 2.896 Å
공간 그룹 #: 225(Fm3m)
LP: a = 4.113 Å Structure: Cubic
Space group #: 225 (Fm3m)
LP: a = 4.113 Å
나노모달 구조를 갖는 합금 1의 주위 온도에서의 추가의 변형(즉, 냉간 변형)은 동적 나노상 강화(메커니즘 #2, 도 1a)를 통한 고강도 나노모달 구조(구조 #3, 도 1a)로의 변태를 유발한다. 냉간 변형은 냉간 압연, 인장 변형, 또는 펀칭, 압출, 스탬핑 등과 같은 기타 유형의 변형에 의해 달성될 수 있다. 냉간 변형 중에, 합금의 화학적 성질에 따라, 나노모달 구조 내의 오스테나이트의 많은 부분은 결정립 미세화에 의해 페라이트로 변태된다. 도 10a는 냉간 압연된 합금 1의 후방산란 SEM 현미경사진을 보여준다. 열간 압연 후의 나노모달 구조 내의 매끈한 결정립과 비교하여 냉간 변형된 결정립은 거칠며, 이는 결정립 내의 심한 소성 변형을 나타낸다. 합금의 화학적 성질에 따라, 도 10a에 표시된 바와 같이 특히 냉간 압연에 의해 일부의 합금 내에 변형 쌍정이 생성될 수 있다. 도 10b는 냉간 압연된 합금 1 내의 미세구조의 TEM 현미경사진을 보여준다. 변형에 의해 생성된 전위에 더하여 상변태에 기인되는 미세화된 결정립도 발견될 수 있음을 알 수 있다. 밴드형 구조는 도 10a의 것에 대응하는 냉간 압연에 의해 유발되는 변형 쌍정과 관련된다. X선 회절은 냉간 압연 후 합금 1의 고강도 나노모달 구조가 도 11 및 Table 에 표시된 바와 같이 잔류 오스테나이트 및 철 망가니즈에 더하여 상당량의 페라이트 상을 함유함을 보여준다.Further deformation (i.e. cold deformation) at ambient temperature of Alloy 1 with nanomodal structure is transformed into high strength nanomodal structure (structure # 3, FIG. 1A) through dynamic nanophase reinforcement (mechanism # 2, FIG. 1A). Cause. Cold deformation can be achieved by cold rolling, tensile deformation, or other types of deformation such as punching, extrusion, stamping, and the like. During cold deformation, depending on the chemistry of the alloy, much of the austenite in the nanomodal structure is transformed into ferrite by grain refinement. 10A shows backscatter SEM micrographs of cold rolled alloy 1. FIG. Compared with the smooth grains in the nanomodal structure after hot rolling, the cold deformed grains are coarse, indicating severe plastic deformation in the grains. Depending on the chemical nature of the alloy, strain twins may be produced in some alloys, especially by cold rolling, as indicated in FIG. 10A. FIG. 10B shows a TEM micrograph of the microstructure in cold rolled alloy 1. FIG. It can be seen that in addition to the dislocations generated by the deformation, micronized grains due to phase transformation can also be found. The banded structure is associated with the deformation twin caused by cold rolling corresponding to that of FIG. 10A. X-ray diffraction shows that the high strength nanomodal structure of Alloy 1 after cold rolling contains a significant amount of ferrite phase in addition to residual austenite and iron manganese as shown in FIG. 11 and Table.
[표 13] 냉간 압연 후 합금 1의 X선 회절 데이터 (고강도 나노모달 구조) Table 13 X-ray diffraction data of alloy 1 after cold rolling (high intensity nanomodal structure)
공간 그룹 #: 225(Fm3m)
LP: a = 3.588 ÅStructure: Cubic
Space group #: 225 (Fm3m)
LP: a = 3.588 Å
공간 그룹 #: 229(Im3m)
LP: a = 2.871 ÅStructure: Cubic
Space group #: 229 (Im3m)
LP: a = 2.871 Å
공간 그룹 #: 225(Fm3m)
LP: a = 4.102 Å Structure: Cubic
Space group #: 225 (Fm3m)
LP: a = 4.102 Å
재결정은 재결정된 모달 구조(구조 #4, 도 1b)로 변태하는 고강도 나노모달 구조(구조 #3,도 1a 및 도 1b)를 갖는 냉간 변형된 합금 1의 열처리 시에 발생된다. 어닐링 후의 합금 1의 TEM 이미지가 도 12에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 구조 내에는 예리하고 직선적인 입계를 가진 등축 결정립이 존재하고, 이 결정립은 전위를 가지지 않으며, 이는 재결정의 특징이다. 어닐링 온도에 따라, 재결정된 결정립의 크기는 0.5 내지 50 μm의 범위일 수 있다. 또한, 전자 회절에서 보이는 바와 같이 오스테나이트가 재결정 후의 지배적인 상이다. 때때로 결정립 내에서 어닐링 쌍정이 발견되지만, 적층 결함이 가장 자주 보인다. TEM 이미지에서 보이는 적층 결함의 형성은 오스테나이트의 면심 입방 결정 구조에서 전형적이다. 도 13의 후방산란 SEM 현미경사진은 TEM과 일치하는 10 μm 미만의 크기를 가진 등축의 재결정된 결정립을 보여준다. SEM 이미지에서 보이는 결정립의 상이한 콘트라스트(어둡거나 밝은 콘트라스트)는 결정립의 결정 배향이 불규칙적인 것임을 시사하는데, 이 경우 콘트라스트는 주로 결정립 배향으로부터 유래하기 때문이다. 그 결과, 이전의 냉간 변형에 의해 형성된 임의의 조직은 제거된다. X선 회절은 어닐링 후의 합금 1의 재결정된 모달 구조가 도 14 및 표 14에 표시된 바와 같이 소량의 페라이트 및 철 망가니즈 화합물을 포함하여 주로 오스테나이트 상을 함유함을 보여준다.Recrystallization occurs upon heat treatment of cold strained alloy 1 having a high strength nanomodal structure (structure # 3, FIGS. 1A and 1B) that transforms into a recrystallized modal structure (structure # 4, FIG. 1B). A TEM image of Alloy 1 after annealing is shown in FIG. 12. As shown, there are equiaxed grains with sharp and linear grain boundaries in the structure, which do not have dislocations, which are characteristic of recrystallization. Depending on the annealing temperature, the size of the recrystallized grains may range from 0.5 to 50 μm. Also, as seen in electron diffraction, austenite is the dominant phase after recrystallization. Sometimes annealing twins are found within grains, but lamination defects are most often seen. Formation of lamination defects seen in TEM images is typical in the face-centered cubic crystal structure of austenite. Backscatter SEM micrographs of FIG. 13 show equiaxed recrystallized grains with a size of less than 10 μm consistent with TEM. The different contrast (dark or light contrast) of the grains seen in the SEM image suggests that the crystal orientation of the grains is irregular, in which case the contrast is mainly derived from the grain orientation. As a result, any tissue formed by the previous cold deformation is removed. X-ray diffraction shows that the recrystallized modal structure of Alloy 1 after annealing contains mainly austenite phase, including small amounts of ferrite and iron manganese compounds as shown in FIG. 14 and Table 14.
[표 14] 표 14 어닐링 후 합금 1의 X선 회절 데이터 (재결정된 모달 구조) Table 14 X-ray diffraction data of Alloy 1 after annealing (recrystallized modal structure)
공간 그룹 #: 225(Fm3m)
LP: a = 3.597 ÅStructure: Cubic
Space group #: 225 (Fm3m)
LP: a = 3.597 Å
공간 그룹 #: 229(Im3m)
LP: a = 2.884 ÅStructure: Cubic
Space group #: 229 (Im3m)
LP: a = 2.884 Å
공간 그룹 #: 225(Fm3m)
LP: a = 4.103 Å Structure: Cubic
Space group #: 225 (Fm3m)
LP: a = 4.103 Å
재결정된 모달 구조(구조 #4, 도 1b)를 가진 합금 1이 주위 온도에서 변형을 받으면, 나노상 미세화 및 강화(메커니즘 #4, 도 1b)이 활성화되어 미세화된 고강도 나노모달 구조(구조 #5, 도 1b)의 형성을 유발한다. 이 경우, 변형은 인장 시험의 결과였고, 시험 후의 인장 샘플의 게이지 부분(gage section)을 분석하였다. 도 15는 변형된 합금 1의 미세구조의 명시야 TEM 현미경사진을 보여준다. 어닐링 후 재결정된 모달 구조 내의 초기에 전위가 거의 없는 매트릭스 결정립에 비해, 응력을 적용하면 매트릭스 결정립 내에 고밀도의 전위가 생성된다. 인장 변형(인장 신율이 50%를 초과함)의 말기에, 다수의 전위의 축적이 매트릭스 결정립 내에서 발견된다. 도 15a에 도시된바와 같이, 일부의 영역(예를 들면, 도 15a의 저부의 영역)에서, 전위는 셀 구조를 형성하며, 매트릭스는 오스테나이트로 유지된다. 다른 영역에서, 전위 밀도가 충분히 높은 경우, 오스테나이트로부터 페라이트로의 변태(예를 들면, 15a의 우측 상부)가 유도되어 상당한 구조 미세화가 얻어진다. 도 15b는 변태된 미세화된 미세구조의 국부 "포켓"을 보여주며, 선택된 영역 전자 회절 패턴은 페라이트에 해당한다. 불규칙적으로 분포된 "포켓" 내의 미세화된 고강도 나노모달 구조(구조 #5, 도 1b)로의 구조적 변태는 본 명세서의 강 합금의 특징이다. 도 16은 미세화된 고강도 나노모달 구조의 후방산란 SEM 이미지를 보여준다. 재결정된 모달 구조와 비교하여 매트릭스 결정립계는 덜 뚜렷해지고, 매트릭스는 명백히 변형된다. 변형된 결정립의 세부가 SEM에 의해 드러날 수 없지만 변형에 의해 초래되는 변화는 TEM 이미지에 의해 입증된 재결정된 모달 구조에 비해 막대하다. X선 회절은 인장 변형 후의 합금 1의 미세화된 고강도 나노모달 구조가 충분한 양의 페라이트 및 오스테나이트 상을 함유함을 보여준다. 페라이트 상(α-Fe)의 매우 넓은 피크가 XRD 패턴에서 보이며, 이는 상의 상당한 미세화를 시사하는 것이다. 철 망가니즈 화합물도 또한 존재한다. 또한, 공간 그룹 #186(P63mc)을 가진 육방정 상이 도 17 및 표 15에 도시된 바와 같은 인장 샘플의 게이지 부분에서 확인되었다.When alloy 1 with the recrystallized modal structure (structure # 4, FIG. 1B) is deformed at ambient temperature, nanophase refinement and reinforcement (mechanism # 4, FIG. 1B) is activated to refine the high strength nanomodal structure (structure # 5). , 1b). In this case, the deformation was the result of a tensile test and the gage section of the tensile sample after the test was analyzed. FIG. 15 shows brightfield TEM micrographs of the microstructure of modified Alloy 1. FIG. Compared to matrix grains that initially have little dislocation in the recrystallized modal structure after annealing, applying a stress produces a high density of dislocations in the matrix grains. At the end of the tensile strain (tensile elongation exceeds 50%), accumulation of a large number of dislocations is found in the matrix grains. As shown in FIG. 15A, in some regions (eg, the region of the bottom of FIG. 15A), the dislocations form a cell structure, and the matrix remains austenite. In other regions, when the dislocation density is sufficiently high, transformation from austenite to ferrite (eg, upper right of 15a) is induced, resulting in significant structural refinement. FIG. 15B shows the local “pockets” of the transformed microstructure, with the selected region electron diffraction pattern corresponding to ferrite. Structural transformation into micronized high strength nanomodal structures (
[표 15] 인장 변형 후의 합금의 X선 회절 데이터 (미세화된 고강도 나노모달 구조) Table 15 X-ray diffraction data of alloys after tensile deformation (micronized high strength nanomodal structure)
공간 그룹 #: 225(Fm3m)
LP: a = 3.586 ÅStructure: Cubic
Space group #: 225 (Fm3m)
LP: a = 3.586 Å
공간 그룹 #: 229(Im3m)
LP: a = 2.873 ÅStructure: Cubic
Space group #: 229 (Im3m)
LP: a = 2.873 Å
공간 그룹 #: 225(Fm3m)
LP: a = 4.159 Å Structure: Cubic
Space group #: 225 (Fm3m)
LP: a = 4.159 Å
공간 그룹 #: 186(P63mc)
LP: a = 3.013 Å, c = 6.183 ÅStructure: Hexagonal
Space group #: 186 (P6 3 mc)
LP: a = 3.013 Å, c = 6.183 Å
본 실시례는 합금 1을 포함하는 표 2에 기록된 합금이 도 1a 및 도 1b에 예시된 새로운 유효 메커니즘으로 구조 발전 경로를 나타내고, 나노스케일의 특징을 갖는 독특한 미세구조를 유발한다는 것을 입증한다.This example demonstrates that the alloys listed in Table 2, including Alloy 1, represent structural evolution pathways with the novel effective mechanisms illustrated in FIGS. 1A and 1B and result in unique microstructures with nanoscale features.
실시례 #2 합금 2의 구조 발전 경로Example # 2 Structural Development Pathway of Alloy 2
50 mm 두께의 실험실 슬래브를 합금 2로 주조하였고, 본원의 본문 부분에서 기술된 바와 같이 실험실에서 열간 압연, 냉간 압연 및 850℃에서 10 분 동안 어닐링 처리하였다. 각 공정 단계에서 합금의 미세구조를 SEM, TEM 및 X선 분석에 의해 검사하였다. A 50 mm thick laboratory slab was cast from Alloy 2 and hot rolled, cold rolled and annealed at 850 ° C. for 10 minutes in the laboratory as described in the body section herein. The microstructure of the alloy at each process step was examined by SEM, TEM and X-ray analysis.
SEM 조사의 경우, 슬래브 샘플의 단면을 그릿(grit)의 크기가 작은 SiC 연마지로 연마하고, 다음에 1 μm에 이르는 다이아몬드 매체 페이스트로 점진적으로 폴리싱하였다. 최종 폴리싱은 0.02 μm 그릿의 SiO2 용액을 이용하여 수행하였다. 미세구조는 Carl Zeiss SMT Inc사에서 제작된 EVO-MA10 주사 전자 현미경을 사용하여 SEM에 의해 검사하였다. TEM 시편을 제조하기 위해, 먼저 EDM에 의해 샘플을 절단하고, 다음에 매번 감소된 그릿 크기의 패드를 이용하여 연삭함으로써 얇게 하였다. 약 60 μm 두께의 포일을 제조하기 위해 각각 9 μm, 3 μm 및 1 μm의 다이아몬드 현탁액으로 폴리싱하여 추가의 박육화를 수행하였다. 3 mm 직경의 디스크를 포일로부터 펀칭하고, 트윈-제트 폴리셔를 사용하여 전해폴리싱으로 최종 폴리싱을 완료하였다. 사용된 화학 용액은 메탄올 베이스에 혼합된 30%의 질산이었다. TEM 관찰을 위한 불충분한 얇은 영역의 경우, TEM 시편을 PIPS(Gatan Precision Ion Polishing System)을 사용하여 이온 밀링할 수 있다. 이온 밀링은 통상적으로 4.5 keV에서 수행되며, 경사각을 4°로부터 2°로 감소시켜 얇은 영역을 개척한다. TEM 조사는 200 kV에서 작동되는 JEOL 2100 고해상도 현미경을 사용하여 수행하였다. X선 회절은 Cu Ka X선 튜브를 구비한 그리고 40 mA의 필라멘트 전류로 45 kV에서 작동되는 Panalytical X'Pert MPD 회절계를 사용하여 수행되었다. 스캔은 0.01°의 스텝 크기 및 기기의 제로 각도 시프트를 조정하기 위해 실리콘이 결합된 25° 내지 95°의 2로 수행되었다. 다음에 얻어진 스캔을 Siroquant 소프트웨어를 사용하는 리트벨트 분석을 사용하여 분석하였다.For SEM irradiation, the cross section of the slab sample was polished with a small grit SiC abrasive paper and then gradually polished with a diamond media paste of up to 1 μm. The final polishing was performed using an SiO 2 solution in 0.02 μm grit. Microstructure was examined by SEM using an EVO-MA10 scanning electron microscope manufactured by Carl Zeiss SMT Inc. To prepare TEM specimens, samples were first thinned by EDM and then thinned by grinding using pads of reduced grit size each time. Further thinning was performed by polishing with diamond suspensions of 9 μm, 3 μm and 1 μm, respectively, to produce foils about 60 μm thick. A 3 mm diameter disk was punched out of the foil and final polishing was completed by electropolishing using a twin-jet polisher. The chemical solution used was 30% nitric acid mixed in methanol base. For insufficient thin regions for TEM observations, TEM specimens can be ion milled using the Gatan Precision Ion Polishing System (PIPS). Ion milling is typically performed at 4.5 keV and the incline angle is reduced from 4 ° to 2 ° to exploit thin areas. TEM irradiation was performed using a JEOL 2100 high resolution microscope operated at 200 kV. X-ray diffraction was performed using a Panalytical X'Pert MPD diffractometer with a Cu Ka X-ray tube and operated at 45 kV with a filament current of 40 mA. The scan is 25 ° to 95 ° 2 with silicon combined to adjust a step size of 0.01 ° and zero angle shift of the instrument. Was performed. The scans obtained were then analyzed using Rietveld analysis using Siroquant software.
모달 구조(구조 #1, 도 1a)가 50 mm의 두께로 주조된 합금 2의 슬래브 내에 형성되며, 이는 수지상 구조를 특징으로 한다. 붕화물 상(M2B)의 존재로 인해, 수지상 구조는 붕화물이 존재하지 않는 합금 1보다 더 분명하다. 도 18a는 계면(어두운 콘트라스트)에 붕화물을 가진 수지상 매트릭스(밝은 콘트라스트)를 나타내는 모달 구조의 후방산란 SEM을 보여준다. TEM 조사는 매트릭스 상이 적층 결함을 가진 오스테나이트(γ-Fe)로 구성됨을 보여준다(도 18b). 합금 1과 유사하게, 적층 결함의 존재는 매트릭스 상이 오스테나이트임을 나타낸다. 또한 TEM에는 오스테나이트 매트릭스 상의 계면에 도 18b에서 어둡게 나타나는 붕화물 상이 있다. 도 19 및 표 16의 X선 회절 분석 데이터는 모달 구조가 오스테나이트, M2B, 페라이트, 및 철 망가니즈 화합물을 함유함을 보여준다. 합금 1과 유사하게, 오스테나이트는 합금 2의 모달 구조의 지배적인 상이지만, 합금의 화학적 성질에 따라 다른 상도 존재할 수 있다.A modal structure (structure # 1, FIG. 1A) is formed in the slab of alloy 2 cast to a thickness of 50 mm, which is characterized by a dendritic structure. Due to the presence of the boride phase (M 2 B), the dendritic structure is clearer than Alloy 1, in which no boride is present. 18A shows a backscatter SEM of a modal structure showing a dendritic matrix (bright contrast) with borides at the interface (dark contrast). TEM irradiation shows that the matrix phase consists of austenite (γ-Fe) with lamination defects (FIG. 18B). Similar to Alloy 1, the presence of lamination defects indicates that the matrix phase is austenite. The TEM also has a boride phase that appears dark in FIG. 18B at the interface on the austenite matrix. X-ray diffraction analysis data in FIG. 19 and Table 16 show that the modal structure contains austenite, M 2 B, ferrite, and iron manganese compounds. Similar to alloy 1, austenite is the dominant phase of the modal structure of alloy 2, but other phases may exist depending on the chemical nature of the alloy.
[표 16] 응고 후 합금 2의 X선 회절 데이터 (모달 구조) TABLE 16 X-ray diffraction data of alloy 2 after solidification (modal structure)
공간 그룹 #: 225(Fm3m)
LP: a = 3.577 ÅStructure: Cubic
Space group #: 225 (Fm3m)
LP: a = 3.577 Å
공간 그룹 #: 229(Im3m)
LP: a = 2.850 ÅStructure: Cubic
Space group #: 229 (Im3m)
LP: a = 2.850 Å
공간 그룹 #: 140(I4/mcm)
LP: a = 5.115 Å, c = 4.226 ÅStructure: Square
Space group #: 140 (I4 / mcm)
LP: a = 5.115 Å, c = 4.226 Å
공간 그룹 #: 225(Fm3m)
LP: a = 4.116 Å Structure: Cubic
Space group #: 225 (Fm3m)
LP: a = 4.116 Å
도 1a의 흐름도를 따라, 상승된 온도에서 모달 구조(구조 #1, 도 1a)를 가진 합금 2의 변형은 모달 구조의 균질화 및 미세화를 유발한다. 이 경우에 열간 압연이 적용되었으나, 열간 프레싱, 열간 단조, 열간 압출을 포함하는 그러나 이들에 한정되지 않는 기타 공정은 유사한 효과를 달성할 수 있다. 열간 압연 중에, 모달 구조 내의 수지상정은 분쇄되고, 미세화되어 최초의 균질화된 모달 구조(구조 #1a, 도 1a) 의 형성을 유발한다. 열간 압연 중의 미세화는 동적 재결정을 동반하여 나노상 미세화(메커니즘 #1, 도 1a)를 통해 발생된다. 균질화된 모달 구조는 열간 압연을 반복적으로 적용함으로써 점진적으로 미세화될 수 있고, 나노모달 구조(구조 #2, 도 1a)의 형성을 유발할 수 있다. 도 20a는 열간 압연된 합금 2의 후방산란 SEM 현미경사진을 보여준다. 합금 1과 유사하게, 수지상 모달 구조는 붕화물 상이 매트릭스 내에 불규칙적으로 분포되는 중에 균질화된다. TEM은 도 20b에 도시된 바와 같이 열간 압연 중에 동적 재결정의 결과로서 부분적으로 재결정됨을 보여준다. 매트릭스 결정립은 500 nm 정도이며, 이것은 붕화물의 피닝 효과로 인해 합금 1보다 더 미세한 것이다. X선 회절 분석은 열간 압연 후의 합금 2의 나노모달 구조가 도 21 및 표 17에 표시된 바와 같은 페라이트 및 철 망가니즈 화합물과 같은 다른 상과 함께 주로 오스테나이트 상 및 M2B를 함유함을 보여준다.Following the flow chart of FIG. 1A, deformation of Alloy 2 with a modal structure (structure # 1, FIG. 1A) at elevated temperature causes homogenization and refinement of the modal structure. Although hot rolling has been applied in this case, other processes, including but not limited to hot pressing, hot forging, hot extrusion, can achieve similar effects. During hot rolling, the dendrite in the modal structure is crushed and refined to cause the formation of the first homogenized modal structure (structure # 1a, FIG. 1A). Micronization during hot rolling occurs through nanophase micronization (mechanism # 1, FIG. 1A) accompanied by dynamic recrystallization. The homogenized modal structure can be gradually refined by repeatedly applying hot rolling and can lead to the formation of nanomodal structure (structure # 2, FIG. 1A). 20A shows a backscatter SEM micrograph of Hot Rolled Alloy 2. FIG. Similar to Alloy 1, the dendritic modal structure is homogenized while the boride phase is irregularly distributed in the matrix. TEM shows partial recrystallization as a result of dynamic recrystallization during hot rolling as shown in FIG. 20B. The matrix grain is on the order of 500 nm, which is finer than Alloy 1 due to the pinning effect of the boride. X-ray diffraction analysis shows that the nanomodal structure of Alloy 2 after hot rolling contains mainly austenite phase and M 2 B along with other phases such as ferrite and iron manganese compounds as shown in FIG. 21 and Table 17.
[표 17] 열간 압연 후 합금 2의 X선 회절 데이터 (나노모달 구조) Table 17 X-ray diffraction data of Alloy 2 after hot rolling (nanomodal structure)
공간 그룹 #: 225(Fm3m)
LP: a = 3.598 ÅStructure: Cubic
Space group #: 225 (Fm3m)
LP: a = 3.598 Å
공간 그룹 #: 229(Im3m)
LP: a = 2.853 ÅStructure: Cubic
Space group #: 229 (Im3m)
LP: a = 2.853 Å
공간 그룹 #: 140(I4/mcm)
LP: a = 5.123 Å, c = 4.182 ÅStructure: Square
Space group #: 140 (I4 / mcm)
LP: a = 5.123 Å, c = 4.182 Å
공간 그룹 #: 225(Fm3m)
LP: a = 4.180 Å Structure: Cubic
Space group #: 225 (Fm3m)
LP: a = 4.180 Å
나노모달 구조를 갖는 그러나 주위 온도에서 합금 2의 변형(즉, 냉간 변형)은 동적 나노상 강화(메커니즘 #2, 도 1a)를 통한 고강도 나노모달 구조(구조 #3, 도 1a)의 형성을 유발한다. 냉간 변형은 냉간 압연, 인장 변형, 또는 펀칭, 압출, 스탬핑 등과 같은 기타 유형의 변형에 의해 달성될 수 있다. 합금 2와 유사하게 냉간 변형 중에, 나노모달 구조 내의 많은 부분의 오스테나이트는 결정립 미세화에 의해 페라이트로 변태된다. 도 22a는 냉간 압연된 합금 2 내의 미세구조의 후방산란 SEM 현미경사진을 보여준다. 변형은 붕화물 상 주위의 매트릭스 상에 집중된다. 도 22b는 냉간 압연된 합금 2의 TEM 현미경사진을 보여준다. 상변태에 기인된 미세화된 결정립을 발견할 수 있다. 변형 쌍정은 SEM 이미지에서 덜 분명하지만, TEM은 합금 1과 유사하게 냉간 압연 후에 변형 쌍정이 생성됨을 보여준다. X선 회절은 냉간 압연 후 합금 2의 고강도 나노모달 구조가, 도 23 및 표 18에 표시된 바와 같이, M2B, 잔류 오스테나이트 및 공간 그룹 #186(P63mc)을 가진 새로운 육방정 상에 더하여 상당량의 페라이트 상을 함유함을 보여준다.Deformation (ie, cold deformation) of Alloy 2 with nanomodal structures but at ambient temperature results in the formation of high strength nanomodal structures (structure # 3, FIG. 1A) through dynamic nanophase reinforcement (mechanism # 2, FIG. 1A). do. Cold deformation can be achieved by cold rolling, tensile deformation, or other types of deformation such as punching, extrusion, stamping, and the like. Similarly to Alloy 2, during cold deformation, much of the austenite in the nanomodal structure is transformed into ferrite by grain refinement. 22A shows backscatter SEM micrographs of the microstructures in cold rolled alloy 2. FIG. The deformation is concentrated on the matrix around the boride phase. 22B shows a TEM micrograph of cold rolled Alloy 2. FIG. Micronized grains due to phase transformation can be found. Strain twins are less evident in the SEM image, but TEM shows that strain twins are produced after cold rolling, similar to Alloy 1. X-ray diffraction showed that the high-strength nanomodal structure of Alloy 2 after cold rolling, in addition to a new hexagonal phase with M 2 B, residual austenite and space group # 186 (P6 3mc ), as shown in FIG. 23 and Table 18 It shows that it contains a significant amount of ferrite phase.
[표 18] 냉간 압연 후 합금 2의 X선 회절 데이터 (고강도 나노모달 구조) Table 18 X-ray diffraction data of alloy 2 after cold rolling (high intensity nanomodal structure)
공간 그룹 #: 225(Fm3m)
LP: a = 3.551 ÅStructure: Cubic
Space group #: 225 (Fm3m)
LP: a = 3.551 Å
공간 그룹 #: 229(Im3m)
LP: a = 2.874 ÅStructure: Cubic
Space group #: 229 (Im3m)
LP: a = 2.874 Å
공간 그룹 #: 140(I4/mcm)
LP: a = 5.125 Å, c = 4.203 ÅStructure: Square
Space group #: 140 (I4 / mcm)
LP: a = 5.125 Å, c = 4.203 Å
공간 그룹 #: 186(P63mc)
LP: a = 2.962 Å, c = 6.272 ÅStructure: Hexagonal
Space group #: 186 (P6 3 mc)
LP: a = 2.962 Å, c = 6.272 Å
재결정은 재결정된 모달 구조(구조 #4, 도 1b)로 변태하는 고강도 나노모달 구조(구조 #3, 도 1a 및 도 1b)를 갖는 냉간 변형된 합금 2의 어닐링 시에 발생한다. 어닐링 후의 합금 2의 재결정된 미세구조는 도 24의 TEM 이미지로 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 구조 내에는 예리하고 직선적인 입계를 가진 등축 결정립이 존재하고, 이 결정립은 전위를 가지지 않으며, 이는 재결정의 특징이다. 재결정된 결정립의 크기는 붕화물 상의 피닝 효과로 인해 일반적으로 5 μm 미만이지만 더 높은 어닐링 온도에서는 더 큰 결정립이 가능하다. 또한, 전자 회절은 도 24b에 도시된 바와 같이 오스테나이트가 재결정 후의 지배적인 상이라는 것과 오스테나이트 내에 적층 결합이 존재한다는 것을 보여준다. 적층 결함의 형성은 또한 면심 입방정 오스테나이트 상의 형성을 나타낸다. 도 25의 후방산란 SEM 현미경사진은 불규칙하게 분포된 붕화물 상과 함께 5 μm 미만의 크기의 등축의 재결정된 결정립을 보여준다. SEM 이미지에서 보이는 결정립의 상이한 콘트라스트(어둡거나 밝은 콘트라스트)는 결정립의 결정 배향이 불규칙적인 것임을 시사하는데, 이 경우 콘트라스트는 주로 결정립 배향으로부터 유래하기 때문이다. 그 결과, 이전의 냉간 변형에 의해 형성된 임의의 조직은 제거된다. X선 회절은 어닐링 후의 합금 2의 재결정된 모달 구조가 도 26 및 표 19에 표시된 바와 같이 M2B, 소량의 페라이트, 및 공간 그룹 #186(P63mc)을 가진 육방정 상과 함께 주로 오스테나이트 상을 함유함을 보여준다.Recrystallization occurs upon annealing of cold strained alloy 2 with a high strength nanomodal structure (structure # 3, Figures 1A and 1B) that transforms into a recrystallized modal structure (structure # 4, Figure 1B). The recrystallized microstructure of Alloy 2 after annealing is shown in the TEM image of FIG. 24. As shown, there are equiaxed grains with sharp and linear grain boundaries in the structure, which do not have dislocations, which are characteristic of recrystallization. The size of the recrystallized grains is generally less than 5 μm due to the pinning effect on the boride, but larger grains are possible at higher annealing temperatures. Electron diffraction also shows that austenite is the dominant phase after recrystallization and that there is a lamination bond in austenite, as shown in FIG. 24B. The formation of lamination defects also indicates the formation of faceted cubic austenite phases. Backscatter SEM micrographs of FIG. 25 show equiaxed recrystallized grains of size less than 5 μm with irregularly distributed boride phases. The different contrast (dark or light contrast) of the grains seen in the SEM image suggests that the crystal orientation of the grains is irregular, in which case the contrast is mainly derived from the grain orientation. As a result, any tissue formed by the previous cold deformation is removed. X-ray diffraction shows that the recrystallized modal structure of Alloy 2 after annealing is mainly austenite with M 2 B, a small amount of ferrite, and a hexagonal phase with space group # 186 (P6 3mc ) as shown in FIG. 26 and Table 19 It shows that it contains a phase.
[표 19] 어닐링 후 합금 2의 X선 회절 데이터 (재결정된 모달 구조) TABLE 19 X-ray diffraction data of Alloy 2 after annealing (recrystallized modal structure)
공간 그룹 #: 225(Fm3m)
LP: a = 3.597 ÅStructure: Cubic
Space group #: 225 (Fm3m)
LP: a = 3.597 Å
공간 그룹 #: 229(Im3m)
LP: a = 2.878 ÅStructure: Cubic
Space group #: 229 (Im3m)
LP: a = 2.878 Å
공간 그룹 #: 140(I4/mcm)
LP: a = 5.153 Å, c = 4.170 ÅStructure: Square
Space group #: 140 (I4 / mcm)
LP: a = 5.153 Å, c = 4.170 Å
공간 그룹 #: 186(P63mc)
LP: a = 2.965 Å, c = 6.270 ÅStructure: Hexagonal
Space group #: 186 (P6 3mc )
LP: a = 2.965 Å, c = 6.270 Å
재결정된 모달 구조(구조 #4, 도 1b)의 변형은 나노상 미세화 및 강화(메커니즘 #4, 도 1b)를 통한 미세화된 고강도 나노모달 구조(구조 #5, 도 1b)의 형성을 유발한다. 이 경우, 변형은 인장 시험의 결과였고, 시험 후의 인장 샘플의 게이지 부분을 분석하였다. 도 27은 변형된 합금 2의 미세구조의 현미경사진을 보여준다. 합금 1과 유사하게, 어닐링 후 재결정된 모달 구조의 초기의 무전위 매트릭스 결정립은 응력의 적용 시에 고밀도의 전위로 채워지며, 일부 결정립 내에서 전위의 축적은 오스테나이트로부터 페라이트의 상변태를 활성화시키고, 실질적인 미세화를 유발한다. 도 27a에 도시된 바와 같이, 100 내지 300 nm 크기의 미세화된 결정립이 오스테나이트로부터 페라이트로의 변태가 발생한 국부 "포켓" 내에 있다. 매트릭스 결정립의 "포켓" 내에서 미세화된 고강도 나노모달 구조(구조 #5, 도 1b)로의 구조적 변태는 본 명세서의 강 합금의 특징이다. 도 27b은 미세화된 고강도 나노모달 구조의 후방산란 SEM 이미지를 보여준다. 유사하게, 매트릭스 결정립의 입계는 매트릭스가 변형된 후에 덜 분명해진다. X선 회절은 4 개의 상이 재결정된 모달 구조 내에서와 같이 잔류하지만 상당량의 오스테나이트가 페라이트로 변태되었음을 보여준다. 변태는 인장 변형 후 합금 2의 미세화된 고강도 나노모달 구조의 형성을 유발하였다. 페라이트 상(α-Fe)의 매우 넓은 피크가 XRD 패턴에서 보이며, 이는 상의 상당한 미세화를 시사하는 것이다. 합금 1에서와 같이, 공간 그룹 #186(P63mc)을 가진 새로운 육방정 상이 도 28 및 표 20에 도시된 바와 같은 인장 샘플의 게이지 부분에서 확인되었다.Deformation of the recrystallized modal structure (structure # 4, FIG. 1B) leads to the formation of a refined high strength nanomodal structure (
[표 20] 인장 변형 후의 합금 2의 X선 회절 데이터 (미세화된 고강도 나노모달 구조) TABLE 20 X-ray diffraction data of Alloy 2 after tensile deformation (micronized high strength nanomodal structure)
공간 그룹 #: 225(Fm3m)
LP: a = 3.597 ÅStructure: Cubic
Space group #: 225 (Fm3m)
LP: a = 3.597 Å
공간 그룹 #: 229(Im3m)
LP: a = 2.898 ÅStructure: Cubic
Space group #: 229 (Im3m)
LP: a = 2.898 Å
공간 그룹 #: 140(I4/mcm)
LP: a = 5.149 Å, c = 4.181 ÅStructure: Square
Space group #: 140 (I4 / mcm)
LP: a = 5.149 Å, c = 4.181 Å
공간 그룹 #: 186(P63mc)
LP: a = 2.961 Å, c = 6.271 ÅStructure: Hexagonal
Space group #: 186 (P6 3mc )
LP: a = 2.961 Å, c = 6.271 Å
본 실시례는 합금 2를 포함하는 표 2에 기록된 합금이 도 1a 및 도 1b에 예시된 메커니즘으로 구조 발전 경로를 나타내고, 나노스케일의 특징을 갖는 독특한 미세구조를 유발한다는 것을 입증한다.This example demonstrates that the alloys listed in Table 2, including Alloy 2, represent structural evolution pathways with the mechanisms illustrated in FIGS. 1A and 1B and result in unique microstructures with nanoscale features.
실시례 #3 각 공정 단계에서의 인장 특성Example # 3 Tensile Properties at Each Process Step
50 mm의 두께를 가진 슬래브를 표 2에 제공된 원자비에 따라 표 21에 기록된 합금으로 실험실 주조하였고, 실험실 처리로 열간 압연, 냉간 압연 및 본원의 본문 부분에 기술된 바와 같이 850℃에서 10 분 동안 어닐링하였다. 각 공정 단계에서 Instron의 Bluehill 제어 소프트웨어를 사용하여 Instron 3369 기계적 시험 프레임 상에서 인장 특성을 측정하였다. 모든 시험은 실온에서 수행하였고, 하부 그립(grip)은 고정되고, 상부 그립은 0.012 mm/초의 속도로 상방으로 이동하였다. 변형률 데이터는 Instron의 Advanced Video Extensometer를 사용하여 수집하였다. Slabs with a thickness of 50 mm were laboratory cast with the alloys listed in Table 21 according to the atomic ratios provided in Table 2, and 10 minutes at 850 ° C. as described in the hot rolling, cold rolling and body parts herein of the laboratory treatment. Annealed for a while. Tensile properties were measured on Instron 3369 mechanical test frames using Instron's Bluehill control software at each process step. All tests were performed at room temperature, the lower grips were fixed and the upper grips moved upwards at a rate of 0.012 mm / sec. Strain data was collected using Instron's Advanced Video Extensometer.
표 2의 원자비에 따라 공지된 화학성질 및 불순물 함량을 가진 시판되는 페로에디티브(ferroadditive) 분말을 사용하여 합금을 3,000 내지 3,400 그램의 범위의 장입물로 칭량하였다. 장입물을 Indutherm VTC800V 진공 틸트 주조기 내에 설치된 지르코니아 코팅된 실리카 도가니 내에 장입하였다. 다음에 주조기는 주조 및 용융 체임버를 비우고, 용탕의 산화를 방지하기 위해 주조 전에 수 차례 아르곤으로 대기압까지 역충전하였다. 용탕을 합금 조성 및 충전물의 질량에 따라 약 5.25 내지 6.5 분 동안 완전히 용융될 때까지 14 kHz RF 유도 코일로 가열하였다. 마지막 고체의 용융이 관찰된 후, 과열을 제공하여 용탕의 균질화가 보장되도록 30 내지 45 초 동안 더 가열하였다. 다음에 주조기는 용융 및 주조 체임버를 비우고, 도가니를 기울여서 수냉식 구리 다이의 50 mm의 두께, 75 내지 80 mm의 폭, 및 125 mm의 깊이의 채널 내에 용탕을 부었다. 용탕을 진공 하에서 200 초 동안 냉각시킨 후 체임버를 아르곤으로 대기압까지 충전시켰다. 인장 시편을 와이어 EDM에 의해 주조된 그대로의 슬래브로부터 절단하고, 인장 시험을 수행하였다. 인장 시험의 결과는 표 21에 표시되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 주조된 상태 그대로의 본 명세서의 합금의 최대 인장 강도 411 내지 907 MPa의 범위이다. 인장 신율은 3.7 내지 24.4%의 범위이다. 항복 강도는 144 내지 514 MPa의 범위로 측정된다. The alloys were weighed into charges in the range of 3,000 to 3,400 grams using commercially available ferroditive powders with known chemical properties and impurity contents according to the atomic ratios of Table 2. The charge was charged into a zirconia coated silica crucible installed in an Indutherm VTC800V vacuum tilt casting machine. The casting machine was then evacuated to cast and melt chambers and backfilled with argon several times before casting to prevent oxidation of the melt. The melt was heated with a 14 kHz RF induction coil until it melted completely for about 5.25 to 6.5 minutes, depending on the alloy composition and the mass of the charge. After melting of the last solid was observed, it was further heated for 30 to 45 seconds to provide overheating to ensure homogenization of the melt. The casting machine then emptied the melting and casting chamber and tilted the crucible to pour the melt into a 50 mm thick, 75 to 80 mm wide, and 125 mm deep channel of the water cooled copper die. The melt was cooled under vacuum for 200 seconds and then the chamber was filled with argon to atmospheric pressure. Tensile specimens were cut from the slab as it was cast by wire EDM and a tensile test was performed. The results of the tensile test are shown in Table 21. As can be seen, the maximum tensile strength of the alloy of the present specification in the cast state ranges from 411 to 907 MPa. Tensile elongation is in the range of 3.7 to 24.4%. Yield strength is measured in the range of 144 to 514 MPa.
열간 압연 전에, 실험실 주조된 슬래브를 Lucifer EHS3GT-B18 퍼니스 내에 장입하여 가열하였다. 퍼니스의 설정점은 합금 융점에 따라 1000°C 내지 1250℃의 범위이다. 슬래브가 목표 온도에 도달하는 것을 보장하기 위해 이것을 열간 압연 전에 40 분 동안 소킹(soaking)하였다. 열간 압연과 열간 압연 사이에 슬래브를 퍼니스에 복귀시켜서 4 분 동안 재가열하였다. 예열된 슬래브를 터널 퍼니스로부터 Fenn Model 061 2 고압연기 내로 밀어넣었다. 50 mm 주물을 압연기를 통해 5 내지 8 회의 패스에 걸쳐 열간 압연한 후 열간 압연의 제 1 캠페인에서 정의된 공냉을 허용하였다. 이 캠페인 후 슬래브 두께는 80.4 내지 87.4%로 감소되었다. 냉각 후, 얻어진 시트 샘플을 190 mm의 길이로 절단하였다. 이들 절단물을 압연기를 통해 73.1 내지 79.9%의 감소율로 추가의 3 회의 패스에 걸쳐 열간 압연하여 2.1 내지 1.6 mm의 최종 두께를 얻었다. 본 명세서의 각 합금에 대한 열간 압연 조건에 관한 세부 정보는 표 22에 제공되어 있다. 인장 시편을 와이어 EDM에 의해 열간 압연된 시트로부터 절단하고, 인장 시험을 수행하였다. 인장 시험의 결과는 표 22에 표시되어 있다. 열간 압연 후, 본 명세서의 합금의 최대 인장 강도 921 내지 1413 MPa의 범위이다. 인장 신율은 12.0 내지 77.7%의 범위이다. 항복 강도는 264 내지 574 MPa의 범위로 측정된다. 도 1a의 구조 2를 참조할 것.Prior to hot rolling, the lab cast slab was charged by heating into a Lucifer EHS3GT-B18 furnace. The set point of the furnace ranges from 1000 ° C. to 1250 ° C. depending on the alloy melting point. This was soaked for 40 minutes before hot rolling to ensure that the slab reached the target temperature. Between the hot rolling and the hot rolling the slab was returned to the furnace and reheated for 4 minutes. The preheated slab was pushed from the tunnel furnace into the Fenn Model 061 2 high pressure smoke. The 50 mm casting was hot rolled through a rolling mill over five to eight passes followed by air cooling as defined in the first campaign of hot rolling. The slab thickness was reduced from 80.4 to 87.4% after this campaign. After cooling, the obtained sheet sample was cut to 190 mm in length. These cuts were hot rolled through a rolling mill over a further three passes with a reduction of 73.1 to 79.9% to obtain a final thickness of 2.1 to 1.6 mm. Details regarding the hot rolling conditions for each alloy herein are provided in Table 22. Tensile specimens were cut from the hot rolled sheet by wire EDM and a tensile test was performed. The results of the tensile test are shown in Table 22. After hot rolling, the maximum tensile strength of the alloys herein is in the range of 921-1413 MPa. Tensile elongation is in the range of 12.0 to 77.7%. Yield strength is measured in the range of 264 to 574 MPa. See structure 2 of FIG. 1A.
열간 압연 후에 얻어진 시트를 알루미늄 산화물로 미디어 블래스팅하여 압연 스케일을 제거하고, 다음에 Fenn Model 061 2 고압연기 상에서 냉간 압연하였다. 냉간 압연은 시트의 두께를 일반적으로 1.2 mm의 목표 두께까지 축소시키기 위해 다수회의 패스를 취한다. 열간 압연된 시트를 최소 간극에 도달할 때까지 지속적으로 롤 간극을 감소시키면서 압연기 내에 공급하였다. 재료가 규격 목표에 도달하지 않은 경우, 목표 두께에 도달할 때까지 최소 간극으로 추가의 패스를 사용하였다. 본 명세서의 각각의 합금에 대한 패스 회수를 갖는 냉간 압연 조건이 표 23에 기록되어 있다. 인장 시편을 와이어 EDM에 의해 냉간 압연된 시트로부터 절단하고, 인장 시험을 수행하였다. 인장 시험의 결과는 표 23에 표시되어 있다. 냉간 압연은 1356 내지 1831 MPa 범위의 최대 인장 강도로 충분한 강화를 유발한다. 냉간 압연된 상태에서 본 명세서의 합금의 인장 신율은 1.6 내지 32.1%의 범위이다. 항복 강도는 793 내지 1645 MPa의 범위로 측정된다. 더 큰 최대 인장 강도 및 항복 강도가 더 큰 냉간 압연 감소(40% 초과)(우리의 경우에는 실험실의 압연기의 능력으로 인해 제한되었음)에 의해 본 명세서의 합금에서 달성될 수 있을 것으로 예상된다. 더 큰 압연 힘을 사용하는 경우, 최대 인장 강도를 적어도 2000 MPa까지, 그리고 항복 강도를 적어도 1800 MPa까지 증가시킬 수 있을 것으로 예상된다.The sheet obtained after hot rolling was media blasted with aluminum oxide to remove the rolling scale, which was then cold rolled on a Fenn Model 061 2 high pressure steamer. Cold rolling takes a number of passes to reduce the thickness of the sheet to a target thickness of generally 1.2 mm. The hot rolled sheet was fed into the rolling mill continuously decreasing the roll gap until the minimum gap was reached. If the material did not reach the specification target, an additional pass was used with minimum clearance until the target thickness was reached. Cold rolling conditions with pass recovery for each alloy in this specification are reported in Table 23. Tensile specimens were cut from the cold rolled sheet by wire EDM and tensile tests were performed. The results of the tensile test are shown in Table 23. Cold rolling results in sufficient reinforcement with maximum tensile strength in the range of 1356 to 1831 MPa. The tensile elongation of the alloy of the present specification in the cold rolled state is in the range of 1.6 to 32.1%. Yield strength is measured in the range of 793-1645 MPa. It is expected that greater maximum tensile and yield strengths can be achieved in the alloys herein by greater cold rolling reduction (greater than 40%) (in our case limited due to the ability of the mill's mill). When using a larger rolling force, it is expected that the maximum tensile strength can be increased by at least 2000 MPa and the yield strength by at least 1800 MPa.
인장 시편을 와이어 EDM에 의해 냉간 압연된 시트 샘플로부터 절단하고, Lucifer 7HT-K12 박스 퍼니스 내에서 850℃에서 10 분 동안 어닐링하였다. 샘플을 사이클의 말기에 퍼니스로부터 제거하고 공기 중에서 실온까지 냉각시켰다. 인장 시험의 결과는 표 24에 표시되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 본 명세서의 합금의 어닐링 중의 재결정에 의해 939 내지 1424 MPa 범위의 최대 인장 강도 및 15.8 내지 77.0%의 인장 신율의 특성 조합이 얻어진다. 항복 강도는 420 내지 574 MPa의 범위로 측정된다. 도 29 내지 도 31은 각각 합금 1, 합금 13, 및 합금 17에 대한 각각의 공정 단계에서 작도된 데이터를 나타낸다. Tensile specimens were cut from cold rolled sheet samples by wire EDM and annealed at 850 ° C. for 10 minutes in a Lucifer 7HT-K12 box furnace. Samples were removed from the furnace at the end of the cycle and cooled to room temperature in air. The results of the tensile test are shown in Table 24. As can be seen, recrystallization during annealing of the alloys of the present disclosure yields a combination of properties of maximum tensile strength in the range of 939 to 1424 MPa and tensile elongation of 15.8 to 77.0%. Yield strength is measured in the range of 420 to 574 MPa. 29-31 show the data plotted at each process step for Alloy 1, Alloy 13, and Alloy 17, respectively.
[표 21] 주조된 상태 그대로의 합금의 인장 특성 [Table 21] Tensile Properties of Alloys in Cast State
(MPa)(MPa)
(%)(%)
[표 22] 열간 압연된 상태의 합금의 인장 특성 Table 22 Tensile Properties of Alloys in Hot Rolled State
(MPa)(MPa)
(%)(%)
6 패스6 pass
3 패스3 pass
7 패스7 pass
3 패스3 pass
6 패스6 pass
3 패스3 pass
6 패스6 pass
3 패스3 pass
6 패스6 pass
3 패스3 pass
6 패스6 pass
3 패스3 pass
6 패스6 pass
3 패스3 pass
6 패스6 pass
3 패스3 pass
6 패스6 pass
3 패스3 pass
[표 23] 냉간 압연된 상태에서 합금의 인장 특성 Table 23 Tensile Properties of Alloys in Cold Rolled State
4 패스4 pass
29 패스29 passes
5 패스5 pass
19 패스19 passes
24 패스24 passes
8 패스8 pass
23 패스23 passes
42 패스42 passes
40 패스40 passes
14 패스14 passes
12 패스12 passes
[표 24] 어닐링된 상태에서 합금의 인장 특성 Table 24 Tensile Properties of Alloys in the Annealed State
이 실시례는 도 1a 및 도 1b에 도시된 고유한 메커니즘 및 구조적 경로로 인해 본 명세서의 합금의 구조 및 결과적인 특성이 넓게 변화됨으로써 3세대 AHSS의 개발로 이어질 수 있음을 보여준다.This example shows that the unique mechanisms and structural pathways shown in FIGS. 1A and 1B can lead to the development of third generation AHSS by varying the structure and consequent properties of the alloys herein.
실시례 #4 냉간 압연 및 재결정 중의 순환 가역성 Example # 4 Cyclic Reversibility in Cold Rolling and Recrystallization
50 mm의 두께를 가진 슬래브를 표 2에 제공된 원자비에 따라 합금 1 및 합금 2로 실험실 주조되었으며, 합금 1 시트의 경우에는 2.31 mm의 최종 두께를 가진 시트로, 합금 2 시트의 경우에는 2.35 mm의 최종 두께를 가진 시트로 열간 압연하였다. 주조 및 열간 압연 절차는 본원의 본문 부분에 기술되어 있다. 각 합금으로부터 얻어진 열간 압연된 시트를 사용하여 냉간 압연/어닐링 사이클을 통한 순환 구조/특성 가역성을 설명하였다.A slab with a thickness of 50 mm was laboratory cast in alloy 1 and alloy 2 according to the atomic ratios given in Table 2, with a final thickness of 2.31 mm for alloy 1 sheet and 2.35 mm for alloy 2 sheet. The sheet was hot rolled into a sheet having a final thickness of. Casting and hot rolling procedures are described in the text of this application. The hot rolled sheet obtained from each alloy was used to explain the circulation structure / characteristic reversibility through the cold rolling / annealing cycle.
각 합금으로부터의 열간 압연된 시트에 3 사이클의 냉간 압연 및 어닐링을 실시하였다. 각 사이클에서 열간 압연 및 냉간 압연 감소 전후의 시트 두께는 표 25에 기록되어 있다. 각각의 냉간 압연 후에 850℃에서 10 분 동안 어닐링이 실시되었다. 인장 시편을 초기 열간 압연된 상태 및 각각의 사이클링 단계에서 시트로부터 절단하였다. Instron의 Bluehill 제어 소프트웨어를 사용하여 Instron 3369 기계적 시험 프레임 상에서 인장 특성을 측정하였다. 모든 시험은 실온에서 수행하였고, 하부 그립(grip)은 고정되고, 상부 그립은 0.012 mm/초의 속도로 상방으로 이동하였다. 변형률 데이터는 Instron의 Advanced Video Extensometer를 사용하여 수집하였다. The hot rolled sheet from each alloy was subjected to three cycles of cold rolling and annealing. Sheet thicknesses before and after hot rolling and cold rolling reduction in each cycle are reported in Table 25. Annealing was carried out at 850 ° C. for 10 minutes after each cold rolling. Tensile specimens were cut from the sheet in the initial hot rolled state and at each cycling step. Tensile properties were measured on an Instron 3369 mechanical test frame using Instron's Bluehill control software. All tests were performed at room temperature, the lower grips were fixed and the upper grips moved upwards at a rate of 0.012 mm / sec. Strain data was collected using Instron's Advanced Video Extensometer.
합금 1 및 합금 2에 대한 인장 시험 결과가 도 32에 작도되어 있으며, 냉간 압연에 의해 합금 1에서 1500 MPa 그리고 합금 2에서 1580 MPa의 평균 최대 인장 강도로 각 사이클에서 두 합금 모두 상당한 강화가 얻어짐을 보여준다. 냉간 압연된 합금 둘 모두 열간 압연된 상태에 비해 전성의 손실을 보여준다. 그러나, 각 사이클에서 냉간 압연 후의 어닐링은 높은 전성과 동일한 수준으로 인장 특성 회복을 유발한다. The tensile test results for Alloy 1 and Alloy 2 are plotted in FIG. 32, which shows that by cold rolling a significant strengthening was obtained for both alloys in each cycle with an average maximum tensile strength of 1500 MPa in Alloy 1 and 1580 MPa in Alloy 2. Shows. Both cold rolled alloys show a loss of malleability compared to the hot rolled state. However, the annealing after cold rolling in each cycle causes the tensile property recovery to the same level as the high malleability.
각 시험된 샘플에 대한 인장 특성은 합금 1 및 합금 2의 각각에 대해 표 26 및 표 27에 기록되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 합금 1은 열간 압연된 상태에서 1216 내지 1238 MPa의 최대 인장 강도, 50.0 내지 52.7%의 전성 및 264 내지 285 MPa의 항복 강도를 갖는다. 냉간 압연된 상태에서, 최대 인장 강도는 각 사이클에서 1482 내지 1517 MPa 범위로 측정되었다. 전성은 열간 압연된 상태의 것에 비해 718 내지 830 MPa의 상당히 더 높은 항복 강도로 28.5 내지 32.8% 범위로 일관되게 관찰되었다. 각 사이클에서의 어닐링에 의해 1216 내지 1270 MPa의 최대 인장 강도와 함께 47.7 내지 59.7% 범위의 전성으로 회복되었다. 냉간 압연 및 어닐링 후의 항복 강도는 냉간 압연 후의 것보다 낮으나 초기의 열간 압연된 상태의 것보다는 높은 431 내지 515 MPa의 범위로 측정되었다. Tensile properties for each tested sample are reported in Table 26 and Table 27 for each of Alloy 1 and Alloy 2. As can be seen, Alloy 1 has a maximum tensile strength of 1216 to 1238 MPa, a malleability of 50.0 to 52.7% and a yield strength of 264 to 285 MPa in the hot rolled state. In the cold rolled state, the maximum tensile strength was measured in the range of 1482 to 1517 MPa in each cycle. Malleability was consistently observed in the 28.5 to 32.8% range with significantly higher yield strengths of 718 to 830 MPa compared to that of the hot rolled state. Annealing in each cycle returned to malleability ranging from 47.7 to 59.7% with a maximum tensile strength of 1216 to 1270 MPa. The yield strength after cold rolling and annealing was measured in the range of 431 to 515 MPa lower than that after cold rolling but higher than that of the initial hot rolled state.
사이클링을 통한 냉간 압연된 재료와 어닐링된 재료 사이의 특성 가역성을 갖는 유사한 결과가 합금 2에 대해 관찰되었다(도 32b). 초기 열간 압연된 상태에서, 합금 2는 41.9 내지 48.2%의 전성 및 454 내지 480 MPa의 항복 강도와 함께 1219 내지 1277 MPa의 최대 인장 강도를 갖는다. 각 사이클에서의 냉간 압연은 1553 내지 1598 MPa의 최대 인장 강도까지의 재료 강화 및 20.3 내지 24.1% 범위의 전성 감소를 유발한다. 항복 강도는 912 내지 1126 MPa로 측정되었다. 각 사이클에서의 어닐링 후에, 합금 2는 1231 내지 1281 MPa의 최대 인장 강도 및 46.9 내지 53.5%의 전성을 갖는다. 각 사이클에서 냉간 압연 및 어닐링 후 합금 2의 항복 강도는 열간 압연된 상태의 것과 유사하며, 454 내지 521 MPa의 범위이다.Similar results with characteristic reversibility between cold rolled and annealed materials through cycling were observed for Alloy 2 (FIG. 32B). In the initial hot rolled state, Alloy 2 has a maximum tensile strength of 1219 to 1277 MPa with a malleability of 41.9 to 48.2% and a yield strength of 454 to 480 MPa. Cold rolling in each cycle results in material reinforcement up to a maximum tensile strength of 1553 to 1598 MPa and a decrease in malleability in the range of 20.3 to 24.1%. Yield strength was measured at 912-1126 MPa. After annealing in each cycle, Alloy 2 has a maximum tensile strength of 1231 to 1281 MPa and a malleability of 46.9 to 53.5%. The yield strength of Alloy 2 after cold rolling and annealing in each cycle is similar to that in the hot rolled state and ranges from 454 to 521 MPa.
[표 25] 냉간 압연 단계에서 샘플 두께 및 사이클 감소 Table 25 Sample Thickness and Cycle Reduction in Cold Rolling Step
[표 26] 냉간 압연/어닐링 사이클을 통한 합금 1의 인장 특성 Table 26 Tensile Properties of Alloy 1 Through Cold Rolling / Annealing Cycles
* 시편이 그립에서 이탈함/데이터를 이용할 수 없음* Specimen deviates from grip / data not available
[표 27] 냉간 압연/어닐링 사이클을 통한 합금 2의 인장 특성 Table 27 Tensile Properties of Alloy 2 through Cold Rolling / Annealing Cycles
* 시편이 그립에서 이탈함/데이터를 이용할 수 없음 이 실시례는 냉간 압연 후에 표 2에 기록된 합금에서 형성되는 고강도 나노모달 구조(구조 #3, 도 1a)가 어닐링에 의해 재결정되어 재결정된 모달 구조(구조 #4, 도 1b)를 생성할 수 있음을 보여준다. 이 구조는 냉간 압연 또는 다른 냉간 변형 방법을 통해 더 변형되어 나노상 미세화 및 강화(메커니즘 #4, 도 1b)를 거쳐서 미세화된 고강도 나노모달 구조(구조 #5, 도 1b)의 형성으로 이어질 수 있다. 미세화된 고강도 나노모달 구조(구조 #5, 도 1b)는 다음에 재결정될 수 있고, 이 공정은 다수의 사이클을 통해 완전한 구조/특성 가역성으로 다시 시작할 수 있다. 메커니즘의 가역 능력은 AHSS의 사용 시 중량 감소와 변형으로 인한 손상 후의 특성 회복에 중요한 더 미세한 규격의 생산을 가능하게 한다. * Specimen Departs from Grip / No Data Available This example shows a modal in which a high strength nanomodal structure (structure # 3, FIG. 1A) formed from the alloys listed in Table 2 after cold rolling is recrystallized by annealing and recrystallized. It is shown that a structure (structure # 4, FIG. 1B) can be created. This structure may be further deformed through cold rolling or other cold deformation methods to lead to the formation of micronized high strength nanomodal structures (
실시례 #5 굴곡 능력
50 mm의 두께를 가진 슬래브를 표 2에 제공된 원자비에 따라 표 28에 기록된 선택된 합금으로 실험실 주조하였고, 실험실 처리로 열간 압연, 냉간 압연 및 본원의 본문 부분에 기술된 바와 같이 850℃에서 10 분 동안 어닐링하였다. 약 1.2 mm의 최종 두께 및 재결정된 모달 구조(구조 #4, 도 1b)를 가진 각 합금으로부터 얻어진 시트를 사용하여 본 명세서의 합금의 굴곡 반응을 평가하였다. Slabs with a thickness of 50 mm were laboratory cast with the selected alloys listed in Table 28 according to the atomic ratios given in Table 2, and hot-rolled, cold rolled by laboratory treatment and 10 at 850 ° C. as described in the text section herein. Annealed for minutes. The flexural response of the alloys of this disclosure was evaluated using sheets obtained from each alloy with a final thickness of about 1.2 mm and a recrystallized modal structure (structure # 4, FIG. 1B).
굴곡 시험은 ISO 7438 국제 표준 금속 재료-굴곡 시험(국제 표준화 기구, 2005)에 개괄되어 있는 사양에 따라 Instron W-6810 안내형 굴곡 시험 고정구를 구비한 Instron 5984 인장 시험 플랫폼을 사용하여 수행하였다. 시편은 와이어 EDM에 의해 20 mm x 55 mm x 시트 두께의 치수로 절단하였다. 샘플에 대한 특별한 에지(edge) 준비는 수행되지 않았다. 굴곡 시험은 Instron W-6810 안내형 굴곡 시험 고정구를 구비한 Instron 5984 인장 시험 플랫폼을 사용하여 수행하였다. 굴곡 시험은 ISO 7438 국제 표준 금속 재료-굴곡 시험 (International Organization for Standardization, 2005)에 개괄되어 있는 사양에 따라 수행하였다. Flexural testing was performed using an Instron 5984 tensile test platform with Instron W-6810 guided flexural test fixture in accordance with the specifications outlined in ISO 7438 International Standard Metal Material-Flexation Test (International Organization for Standardization, 2005). The specimens were cut to dimensions of 20 mm x 55 mm x sheet thickness by wire EDM. No special edge preparation for the sample was performed. Flexural testing was performed using an Instron 5984 tensile test platform with Instron W-6810 guided flexural test fixture. Flexural testing was performed according to the specifications outlined in ISO 7438 International Organization for Standardization (2005).
시험은 도 33에 도시된 바와 같이 고정구 지지체 상에 시편을 배치하고, 포머로 밀어줌으로써 수행하였다.The test was performed by placing the specimen on the fixture support as shown in FIG. 33 and pushing it with the former.
지지체 사이의 거리(l)은 시험 중에 ISO 7438에 따라 다음과 같이 고정되었다:The distance between supports (l) was fixed as follows according to ISO 7438 during the test:
굴곡 이전에, 시편의 양면은 시험 고정구와의 마찰을 감소시키기 위해 "3 in 1" 오일로 윤활시켰다. 이 시험은 1 mm 직경의 포머를 사용하여 수행하였다. 포머를 최대 180°에 이르는 다양한 각도로 또는 균열이 나타날 때까지 지지체의 중간에서 하방으로 가압하였다. 굴곡 힘은 재료의 자유 소성 유동을 허용하기 위해 천천히 가해졌다. 변위율은 각속도(angular rate)를 일정하게 하기 위해 각 시험의 스팬(span) 간극에 기초하여 계산하고, 이것에 따라 적용하였다.Prior to bending, both sides of the specimen were lubricated with "3 in 1" oil to reduce friction with the test fixture. This test was performed using a 1 mm diameter former. The former was pressed at various angles up to 180 ° or downwards in the middle of the support until cracks appeared. Flexural forces were applied slowly to allow free plastic flow of the material. Displacement rate was calculated based on the span gap of each test in order to make the angular rate constant and applied accordingly.
확대 수단을 사용하지 않고 볼 수 있는 균열이 존재하지 않음은 시험편이 굴곡 시험을 견뎌냈다는 증거로 간주하였다. 균열이 검출되면, 굴곡 각도를 굴곡부의 저면에서 디지털 각도기를 이용하여 수작업으로 측정하였다. 다음에 시편을 고정구로부터 제거하고, 굴곡부의 반경의 외부의 균열을 검사하였다. 균열의 개시는 힘-변위 곡선으로부터 결정적으로 결정될 수 없고, 대신에 손전등으로부터의 조명을 이용한 직접 관찰에 의해 용이하게 결정되었다.The absence of visible cracks without the use of magnifying means was considered evidence that the specimens survived the flexural test. When a crack was detected, the bending angle was measured manually using a digital protractor at the bottom of the bending portion. The specimen was then removed from the fixture and inspected for cracks outside the radius of the bend. The initiation of the crack could not be determined decisively from the force-displacement curve, but instead was easily determined by direct observation with illumination from the flashlight.
본 명세서의 합금의 굴곡 반응의 결과는 초기 시트 두께, 포머 반경 대 시트 두께의 비(r/t) 및 균열 전의 최대 굴곡 각도를 포함하여 표 28에 기록되었다. 표 28에 기록된 모든 합금은 90° 굴곡 각도에서 균열을 보이지 않았다. 본 명세서의 합금의 대부분은 균열 없이 180°로 굴곡될 수 있는 능력을 갖는다. 180°의 굴곡 시험 후 합금 1로부터의 샘플의 실시례는 도 34에 도시되어 있다.The results of the bending reaction of the alloys herein are reported in Table 28, including the initial sheet thickness, the ratio of the former radius to the sheet thickness (r / t) and the maximum bending angle before cracking. All alloys listed in Table 28 showed no cracks at 90 ° bend angles. Most of the alloys herein have the ability to bend at 180 ° without cracking. An example of a sample from alloy 1 after a 180 ° bend test is shown in FIG. 34.
[표 28] 표 7 선택된 합금의 굴곡 시험 결과 TABLE 7 Table 7 Bending Test Results for Selected Alloys
(mm)(mm)
자동차 및 기타 용도의 복잡한 부품을 제작하기 위해, AHSS는 벌크 시트 성형성 및 에지 시트 성형성의 둘 모두를 나타내야 한다. 이 실시례는 굴곡 시험을 통해 표 2의 합금의 우수한 벌크 시트 성형성을 입증한다. In order to fabricate complex parts for automotive and other applications, AHSS must exhibit both bulk sheet formability and edge sheet formability. This example demonstrates the good bulk sheet formability of the alloys of Table 2 through flexural testing.
실시례 #6 펀칭된 에지 대 EDM 절단된 인장 특성Example # 6 Punched Edge to EDM Cut Tensile Properties
50 mm의 두께를 가진 슬래브를 표 2에 제공된 원자비에 따라 표 2에 기록된 선택된 합금으로 실험실 주조하였고, 실험실 처리로 열간 압연, 냉간 압연 및 본원에 기술된 바와 같이 850℃에서 10 분 동안 어닐링하였다. 1.2 mm의 최종 두께 및 재결정된 모달 구조(구조 #4, 도 1b)를 갖는 각 합금으로부터 얻어진 시트를 사용하여 와이어 방전 가공(와이어-EDM)에 의해 인장 시편을 절단(이는 기계적 특성을 손상하지 않고 제어 상황 또는 전단과 에지 형성의 상대적 결여를 나타냄)함으로써 그리고 펀칭(전단에 기인된 기계적 특성 손실을 확인하기 위함)함으로써 합금 특성에 미치는 에지 손상의 영향을 평가하였다. 피어싱, 천공, 절단 또는 크로핑(소정의 금속 부품의 단부의 절단)과 같은 다수의 공정 옵션에 의해 전단(재료 단면과 동일한 평면 상의 응력의 인가)이 발생될 수 있음을 이해해야 한다. Slabs with a thickness of 50 mm were laboratory cast with selected alloys listed in Table 2 according to the atomic ratios given in Table 2, and hot rolled, cold rolled and annealed for 10 minutes at 850 ° C. as described herein by laboratory treatment. It was. The tensile specimens were cut by wire discharge machining (wire-EDM) using sheets obtained from each alloy with a final thickness of 1.2 mm and a recrystallized modal structure (structure # 4, FIG. 1B) (which does not compromise mechanical properties). The impact of edge damage on alloy properties was assessed by indicating a control situation or relative lack of shear and edge formation) and by punching (to determine the loss of mechanical properties due to shear). It should be understood that shearing (application of stress on the same plane as the material cross section) may be generated by a number of processing options such as piercing, drilling, cutting or cropping (cutting of the ends of certain metal parts).
와이어 EDM 절단 및 펀칭의 둘 모두를 이용하여 ASTM E8 형상의 인장 시험을 준비하였다. Instron의 Bluehill 제어 소프트웨어를 사용하여 Instron 5984 기계적 시험 프레임 상에서 인장 특성을 측정하였다. 모든 시험은 실온에서 수행하였고, 하부 그립(grip)은 고정되고, 상부 그립은 0.012 mm/초의 속도로 상방으로 이동하였다. 변형률 데이터는 Instron의 Advanced Video Extensometer를 사용하여 수집하였다. 선택된 합금에 대한 인장 데이터는 표 29에 표시되고, 도 35a에 도시되어 있다. 시험된 모든 합금에 대해 특성의 감소가 관찰되지만 그 감소의 수준은 합금의 화학적 성질에 따라 상당히 다양하다. 표 30은 와이어 EDM 절단된 샘플에 전성과 펀칭된 샘플의 전성의 비교를 요약한 것이다. 도 35b에서는 선택된 합금에 대한 대응하는 인장 곡선이 도시되어 있고, 오스테나이트 안정성의 함수로서 기계적 거동을 나타낸다. 본 명세서에서 선택된 합금의 경우, 오스테나이트 안정성은 높은 전성을 보이는 합금 12에서 최고이고, 고강도를 보이는 합금 13에서 최저이다. 대응하여, 합금 12는 펀칭된 시편 대 EDM 절단에서 전성의 손실이 최저(29.7% 대 60.5%, 표 30)임이 입증되었고, 합금 13은 펀칭된 시편 대 EDM 절단에서 전성의 손실이 최고(5.2% 대 39.1%, 표 30)임이 입증되었다. 낮은 오스테나이트 안정성을 가진 합금으로부터 펀칭된 시편에서 높은 에지 손상이 발생한다.Tensile tests of ASTM E8 shapes were prepared using both wire EDM cutting and punching. Tensile properties were measured on an Instron 5984 mechanical test frame using Instron's Bluehill control software. All tests were performed at room temperature, the lower grips were fixed and the upper grips moved upwards at a rate of 0.012 mm / sec. Strain data was collected using Instron's Advanced Video Extensometer. Tensile data for selected alloys are shown in Table 29 and shown in FIG. 35A. A reduction in properties is observed for all alloys tested, but the level of reduction varies considerably depending on the chemical nature of the alloy. Table 30 summarizes the comparison of the malleability of the malleable and punched samples to the wire EDM cut samples. In FIG. 35B the corresponding tensile curve for the selected alloy is shown and shows mechanical behavior as a function of austenite stability. For the alloys selected herein, the austenite stability is highest in alloy 12 showing high malleability and lowest in alloy 13 showing high strength. Correspondingly, alloy 12 demonstrated the lowest loss of malleability (29.7% vs. 60.5%, Table 30) in punched specimen to EDM cuts, while alloy 13 showed the highest loss of malleability in punched specimen to EDM cuts (5.2%). Versus 39.1%, Table 30). High edge damage occurs in specimens punched from alloys with low austenite stability.
[표 8] 선택된 합금으로부터 펀칭된 시편 대 EDM 절단된 시편의 인장 특성 TABLE 8 Tensile Properties of Punched vs. EDM Cut Specimens from Selected Alloys
(MPa)(MPa)
(MPa)(MPa)
(%)(%)
[표 30] 표 9 상이한 절단 방법의 경우의 시편의 인장 신율 Table 30 Tensile Elongation of Specimen for Different Cutting Methods
(E2/E1)(E2 / E1)
표 30에서 볼 수 있는 바와 같이, EDM 절단은 전단된 에지 없이 특정 합금의 최적의 기계적 특성의 대표인 것으로 간주되며, 구조 #4(재결정된 모달 구조)를 취하는 지점까지 처리되었다. 따라서, 펀칭으로 인한 전단된 에지를 갖는 샘플은 ASTM E8 형상을 갖는 펀칭된 샘플의 인장 신율 측정에 의해 반영되는 전성의 상당한 저하는 나타낸다. 합금 1의 경우, 인장 신율은 초기에 47.2%이고, 다음에는 8.2%(82.8%의 저하)로 저하한다. 펀칭으로부터 EDM 절단(E2/E1)으로의 전성의 감소는 0.57 내지 0.05의 범위이다.As can be seen in Table 30, the EDM cut was considered representative of the optimum mechanical properties of the particular alloy without sheared edges and was processed up to the point taking structure # 4 (recrystallized modal structure). Thus, a sample with sheared edges due to punching exhibits a significant degradation of the malleability reflected by the tensile elongation measurement of the punched sample having an ASTM E8 shape. In the case of Alloy 1, the tensile elongation is initially 47.2%, and then decreases to 8.2% (a drop of 82.8%). The decrease in malleability from punching to EDM cleavage (E2 / E1) ranges from 0.57 to 0.05.
펀칭 및 EDM 절단 후의 에지 상태는 Carl Zeiss SMT Inc사에서 제작된 EVO-MA10 주사 전자 현미경을 사용하여 SEM으로 분석하였다. 합금 1에 대한 EDM 절단 후의 시편 에지의 전형적인 외관은 도 36a에 도시되어 있다. EDM 절단 방법은 절단된 에지의 손상을 최소화하고, 유해한 에지 영향 없이 재료의 인장 특성을 측정할 수 있게 한다. 와이어-EDM 절단에서는, 일련의 급속하게 반복되는 전류 방전/스파크에 의해 에지로부터 재료가 제거되고, 이 경로에 의해 상당한 변형이나 에지 손상 없이 에지가 형성된다. 펀칭 후의 전단된 에지의 외관은 도 36b에 도시되어 있다. 에지의 상당한 손상이 펀칭 중에 심각한 변형을 겪는 파단 영역에서 발생되고, 제한된 전성을 갖는 미세화된 고강도 나노모달 구조(도 37b)로의 전단 영향 영역의 구조적 변태로 이어지는 한편 EDM 절단된 에지 부근에서는 재결정된 모달 구조가 관찰되었다(도 37a).Edge states after punching and EDM cutting were analyzed by SEM using an EVO-MA10 scanning electron microscope manufactured by Carl Zeiss SMT Inc. A typical appearance of the specimen edge after EDM cutting for Alloy 1 is shown in FIG. 36A. The EDM cutting method minimizes damage to the cut edges and enables the measurement of the tensile properties of the material without the harmful edge effect. In wire-EDM cutting, material is removed from the edges by a series of rapidly repeated current discharges / sparks, and the paths form the edges without significant deformation or edge damage. The appearance of the sheared edge after punching is shown in FIG. 36B. Significant damage of the edges occurs in the fracture area that undergoes severe deformation during punching, leading to structural transformation of the shear affected area to the refined high strength nanomodal structure with limited malleability (FIG. 37B) while recrystallized modal near the EDM cut edge The structure was observed (FIG. 37A).
이 실시례는 와이어-EDM 절단의 경우에 펀칭 후의 것에 비해 비교적 더 높은 수준으로 인장 특성이 측정됨을 보여준다. EDM 절단과 대조적으로, 인장 시험의 펀칭은 상당한 에지 손상을 일으켜 인장 특성 저하를 초래한다. 펀칭 중의 본 명세서의 합금의 시트의 비교적 과도한 소성 변형은 전성이 감소된 미세화된 고강도 나노모달 구조(구조 #5, 도 1b)로의 구조적 변태를 유발하며, 에지에서의 조기 균열 및 상대적으로 낮은 특성(예를 들면, 신율 및 인장 강도의 감소)을 초래한다. 이러한 인장 특성의 감소의 크기는 오스테나이트 안정성과 관련한 합금의 화학적 성질에 의존하는 것으로 관찰되었다.This example shows that in the case of wire-EDM cutting, the tensile properties are measured at a relatively higher level compared to after the punching. In contrast to EDM cutting, punching in the tensile test results in significant edge damage resulting in lower tensile properties. Relatively excessive plastic deformation of the sheets of the alloys of this disclosure during punching leads to structural transformations into reduced high malleability, high-strength nanomodal structures (
실시례 #7 펀칭된 에지 대 EDM 절단의 인장 특성 및 회복Example # 7 Tensile Properties and Recovery of Punched Edge to EDM Cut
표 2에 제공된 원자비에 따라 50 mm 두께의 슬래브를 표 31에 기록된 선택된 합금으로부터 실험실 주조하고, 실험실 처리로 본 명세서에 기술된 바와 같이 열간 압연, 냉간 압연 및 850℃에서 10 분 동안 어닐링하였다. 1.2 mm의 최종 두께 및 재결정된 모달 구조(구조 #4, 도 1b)를 가진 각 합금으로부터 얻어진 시트를 사용하여 펀칭된 인장 시편의 어닐링에 의한 에지 손상 회복을 입증하였다. 본 발명의 넓은 맥락에서, 어닐링은 퍼니스 열처리, 유도 열처리 및/또는 레이저 열처리를 포함하는, 그러나 이들에 한정되지 않는, 다양한 방법으로 달성될 수 있다. Slabs of 50 mm thickness according to the atomic ratios provided in Table 2 were laboratory cast from the selected alloys reported in Table 31 and annealed for 10 minutes at hot rolling, cold rolling and 850 ° C. as described herein by laboratory treatment. . Sheets obtained from each alloy with a final thickness of 1.2 mm and recrystallized modal structure (structure # 4, FIG. 1B) were used to demonstrate edge damage recovery by annealing punched tensile specimens. In the broad context of the present invention, annealing can be accomplished in a variety of ways, including but not limited to furnace heat treatment, induction heat treatment and / or laser heat treatment.
와이어 EDM 절단 및 펀칭의 둘 모두를 사용하여 ASTM E8 형상의 인장 시편을 준비하였다. 펀칭된 인장 시편의 부품을 850℃에서 10 분 동안 회복 어닐링하고, 다음에 공냉시켜 펀칭 및 전단 손상에 의해 상실된 특성을 회복하는 능력을 확인하였다. Instron의 Bluehill 제어 소프트웨어를 사용하여 Instron 5984 기계적 시험 프레임 상에서 인장 특성을 측정하였다. 모든 시험은 실온에서 수행하였고, 하부 그립(grip)은 고정되고, 상부 그립은 0.012 mm/초의 속도로 상방으로 이동하였다. 변형률 데이터는 Instron의 Advanced Video Extensometer를 사용하여 수집하였다. 선택된 합금에 대한 인장 시험 결과는 표 31에 제공되어 있고, 도 38에 도시되어 있으며, 어닐링 후에 펀칭된 샘플의 상당한 기계적 특성의 회복을 보여준다.Tensile specimens of ASTM E8 shape were prepared using both wire EDM cutting and punching. The parts of the punched tensile specimens were recovered annealed at 850 ° C. for 10 minutes and then air cooled to confirm the ability to recover the properties lost by punching and shear damage. Tensile properties were measured on an Instron 5984 mechanical test frame using Instron's Bluehill control software. All tests were performed at room temperature, the lower grips were fixed and the upper grips moved upwards at a rate of 0.012 mm / sec. Strain data was collected using Instron's Advanced Video Extensometer. Tensile test results for the selected alloys are provided in Table 31, and are shown in FIG. 38, showing the recovery of significant mechanical properties of the punched samples after annealing.
예를 들면, 인장 시험 샘플로 EDM 절단된 표시된 합금 1의 경우, 인장 신율 평균 값은 약 47.2%이다. 전술한 바와 같이, 펀칭되고, 따라서 전단된 에지를 포함하는 경우에, 이러한 에지를 가진 샘플의 인장 시험은 이러한 신율 값의 상당한 감소, 즉 메커니즘 #4 및 미세화된 고강도 나노모달 구조(구조 #5, 도 1b)의 형성에 기인되어 불과 8.1%의 평균값을 나타냈고, 이것은 전단이 발생된 에지 부분에 주로 존재하지만 인장 시험에서 벌크 특성 측정에 반영된다. 그러나, 도 1b의 메커니즘 #3 및 구조 #4(재결정된 모달 구조, 도 1b)로의 변환을 대표하는 어닐링 시에, 인장 신율 특성이 회복된다. 합금 1의 경우, 인장 신율은 약 46.2%의 평균값으로 되돌아 간다. 어닐링된 것과 어닐링되지 않은 펀칭된 시편에 대한 예시적인 인장 응력-변형률 곡선이 도 39에 도시되어 있다. 표 32에는, 평균 인장 특성, 평균 손실 및 평균 이득 인장 신율의 요약이 제공되어 있다. 개개의 손실과 이득은 평균 손실보다 큰 발산(spread)다. 따라서, 본 개시의 맥락에서, 전단되었을 때 인장 신율의 초기 값(E1)을 갖는 본 명세서의 합금은 E2의 값으로 신율 특성의 저하를 나타낼 수 있으며, 여기서 E2=(0.0.57 내지 0.05)(E1)이다. 다음에, 바람직하게는 합금의 화학적 성질에 따라 450℃ 내지 Tm의 온도 범위에서의 가열/어닐링에 의해 달성되는 메커니즘 #3의 적용시, E2의 값은 신율 값 E3=(0.48 내지 1.21)(E1)으로 회복된다. For example, for the indicated alloy 1 EDM cut with a tensile test sample, the tensile elongation average value is about 47.2%. As noted above, in the case of punched and thus sheared edges, tensile testing of samples with such edges results in a significant reduction in this elongation value, ie mechanism # 4 and micronized high strength nanomodal structures (
[표 10] 선택된 합금으로부터 펀칭 및 어닐링된 시편의 인장 특성 TABLE 10 Tensile Properties of Punched and Annealed Specimens from Selected Alloys
(MPa)(MPa)
(MPa)(MPa)
(%)(%)
[표 32] 인장 특성의 요약; 손실(E2/E1) 및 이득(E3/E1) TABLE 32 Summary of Tensile Properties; Loss (E2 / E1) and Gain (E3 / E1)
(E2/E1)(E2 / E1)
(E3/E1)(E3 / E1)
인장 시험의 펀칭은 에지 손상을 초래하고, 재료의 인장 특성을 저하시킨다. 펀칭 중의 본 명세서의 시트 합금의 소성 변형은 전성이 감소된 미세화된 고강도 나노모달 구조(구조 #5, 도 1b)로의 구조적 변태를 유발함으로써, 에지에서의 조기 균열 및 상대적으로 낮은 특성(예를 들면, 신율 및 인장 강도의 감소)으로 이어진다. 이 실시례는 고유의 구조적 가역성으로 인해 표 2에 기록된 합금의 에지 손상이 어닐링에 의해 실질적으로 회복가능하고, 합금의 화학적 성질 및 공정에 의존하는 완전한 또는 부분적인 특성 회복을 갖는 재결정된 모달 구조(구조 #4, 도 1b)의 형성으로 복귀함을 보여준다. 예를 들면, 합금 1에 의해 예시된 바와 같이, 펀칭, 전단 및 전단된 에지의 생성은 평균 약 1310 MPa(전단된/손상된 에지를 가지지 않는 EDM 절단된 샘플)로부터 678 MPa의 평균 값까지 감소(45 내지 50% 범위의 감소)하는 것으로 관찰된다. 어닐링 시에, 인장 강도는 약 1308 MPa의 평균값으로 회복되고, 이는 원래의 값인 1310 MPa의 95% 이상의 범위이다. 유사하게, 인장 신율은 초기에 평균 약 47.1%이고, 8.1%의 평균값(최대 약 80 내지 85%의 감소)으로 감소되고, 어닐링 및 도 1b에 메커니즘 #3으로 도시된 처리를 받으면, 인장 신율은 46.1%의 평균값으로 회복된다(47.1%의 신율 값의 90% 이상의 회복).Punching of the tensile test results in edge damage and degrades the tensile properties of the material. Plastic deformation of the sheet alloys herein during punching leads to structural transformation into reduced high malleability, high strength nanomodal structures (
실시례 #8 회복 및 재결정에 미치는 온도 영향
합금 1로부터 50 mm 두께의 슬래브를 실험실 주조하고, 실험실에서 2 mm의 두께로 열간 압연하고, 약 40%의 감소로 냉간 압연하였다. 냉간 압연된 시트로부터 와이어 EDM 절단에 의해 ASTM E8 형상의 인장 시편을 준비하였다. 인장 시편의 일부를 450 내지 850℃ 범위의 상이한 온도로 10 분 동안 어닐링한 후에 공냉시켰다. Instron의 Bluehill 제어 소프트웨어를 사용하여 Instron 5984 기계적 시험 프레임 상에서 인장 특성을 측정하였다. 모든 시험은 실온에서 수행하였고, 하부 그립(grip)은 고정되고, 상부 그립은 0.012 mm/초의 속도로 상방으로 이동하였다. 변형률 데이터는 Instron의 Advanced Video Extensometer를 사용하여 수집하였다. 인장 시험 결과는 어닐링 온도에 따른 변형 거동의 전이를 보여주는 도 40에 도시되어 있다. 냉간 압연 공정 중에, 동적 나노상 강화(메커니즘 #2, 도 1a) 또는 나노상 미세화 및 강화(메커니즘 #4, 도 1b)가 발생하며, 이는 항복 강도가 증가하는 변형률을 초과하면 오스테나이트로부터 페라이트로 및 나노스케일의 육방정 상으로의 연속적인 변태를 수반한다. 이 변태와 동시에 변태 전후에 매트릭스 결정립 내에서 전위 메커니즘에 의한 변형도 발생한다. 그 결과 나노모달 구조(구조 #2, 도 1a)로부터 고강도 나노모달 구조(구조 #3, 도 1a)로의 변화 또는 재결정된 모달 구조(구조 #4, 도 1b)로부터 미세화된 고강도 나노모달 구조(구조 #5, 도 1b)로의 변화가 발생한다. 냉간 변형 중에 발생하는 구조 및 특성의 변화는 도 40의 인장 곡선에서 보이는 바와 같이 어닐링 파라미터에 따라 어닐링에 의해 다양한정도로 반전될 수 있다. 도 40b에서, 인장 곡선으로부터 대응하는 항복 강도가 열처리 온도의 함수로서 제공된다. 냉간 압연 후 어닐링되지 않은 상태의 항복 강도는 1141 MPa로 측정된다. 도시된 바와 같이, 부분적 및 완전한 회복 및 부분적 및 완전한 재결정을 포함할 수 있는 재료의 어닐링 방법에 따라, 항복 강도는 500℃의 어닐링에서의 1372 MPa로부터 850℃의 어닐링에서의 458 MPa에 이르기까지 크게 변화될 수 있다.
어닐링 시의 인장 특성에 따른 미세구조의 회복을 설명하기 위해, 상이한 온도에서 어닐링된 선택된 샘플에 대해 TEM 조사를 수행하였다. 비교를 위해, 냉간 압연된 시트가 본 명세서에 기준으로서 포함되었다. 50 mm의 두께의 실험실 주조된 합금 1 슬래브가 사용되었고, 이 슬래브를 1250℃에서 80.8% 및 78.3%의 2 단계로 약 2 mm의 두께까지 열간 압연하고, 다음에 37% 만큼 냉간 압연하여 1.2 mm의 두께의 시트를 제작하였다. 냉간 압연된 시트를 450℃, 600℃, 650℃ 및 700℃에서 각각 10 분 동안 어닐링하였다. 도 41은 냉간 압연된 그대로의 합금 1 샘플의 미세구조를 보여준다. 냉간 압연 후에 전형적인 고강도 나노모달 구조가 형성되고, 여기서 강한 조직의 존재와 동반하여 고밀도의 전위가 생성됨을 알 수 있다. 450℃에서 10 분 동안의 어닐링은, 미세구조가 냉간 압연된 구조의 미세구조와 유사하게 잔류하고, 압연 조직이 변화지 않은 상태로 유지되므로(도 42), 재결정 및 고강도 나노모달 구조의 형성을 유발하지 않는다. 냉간 압연된 샘플을 600℃에서 10 분 동안 어닐링한 경우에, TEM 분석은 재결정 개시의 신호인 매우 작은 고립된 결정립을 보여준다. 도 43에 도시된 바와 같이, 100 nm 정도의 고립된 결정립이 어닐링 후에 생성되며, 전위 네트워크를 가진 변형된 구조의 영역도 또한 존재한다. 650℃에서 10 분 동안의 어닐링은 더 큰 재결정된 결정립을 보이며, 이는 재결정의 진행을 시사한다. 변형된 영역의 분율이 감소되지만, 변형된 구조는 도 44에 도시된 바와 같이 계속 보인다. 700℃에서 10 분 동안의 어닐링은 도 45에 표시된 바와 같이 더 크고 분명한 재결정된 결정립을 보여준다. 선택된 전자 회절은 이들 재결정된 결정립이 오스테나이트 상임을 보여준다. 변형된 구조의 영역은 더 낮은 온도로 어닐링된 샘플에 비해 작다. 전체 샘플의 조사에서는 약 10% 내지 20%의 영역이 변형된 구조에 의해 점유됨을 시사한다. 더 낮은 온도 내지 더 높은 온도에서 어닐링된 샘플의 TEM에 의해 밝혀진 재결정의 진행은 도 40에 도시된 인장 특성의 변화와 잘 대응한다. 이들 저온(예를 들면, 600℃ 미만) 어닐링된 샘플은 주로 고강도 나노모달 구조를 유지하여 전성의 감소로 이어진다. 재결정된 샘플(예를 들면, 700℃)은 850℃에서 완전히 재결정된 샘플에 비해 대부분의 신율을 회복한다. 이들 온도 사이에서의 어닐링은 전성을 부분적으로 회복시킨다.TEM irradiation was performed on selected samples annealed at different temperatures to account for the recovery of microstructures with tensile properties during annealing. For comparison, cold rolled sheets are included herein as reference. A laboratory cast alloy 1 slab of 50 mm thickness was used, which was hot rolled at 1250 ° C. in two steps of 80.8% and 78.3% to a thickness of about 2 mm, then cold rolled by 37% to 1.2 mm The sheet of thickness was produced. The cold rolled sheet was annealed at 450 ° C., 600 ° C., 650 ° C. and 700 ° C. for 10 minutes each. 41 shows the microstructure of Alloy 1 sample as cold rolled. It can be seen that after cold rolling a typical high strength nanomodal structure is formed, where a high density of dislocations is created with the presence of strong tissue. Annealing at 450 ° C. for 10 minutes resulted in the formation of recrystallization and high strength nanomodal structures, as the microstructures remained similar to those of cold rolled structures, and the rolling structure remained unchanged (FIG. 42). Does not cause When the cold rolled sample was annealed at 600 ° C. for 10 minutes, the TEM analysis showed very small isolated grains that signaled the onset of recrystallization. As shown in FIG. 43, isolated grains on the order of 100 nm are produced after annealing, and there is also a region of the modified structure with a potential network. Annealing at 650 ° C. for 10 minutes shows larger recrystallized grains, indicating the progress of recrystallization. Although the fraction of the deformed regions is reduced, the deformed structure continues to be seen as shown in FIG. 44. Annealing at 700 ° C. for 10 minutes shows larger and clear recrystallized grains as indicated in FIG. 45. Selected electron diffraction shows that these recrystallized grains are austenite phases. The area of the modified structure is small compared to the sample annealed to lower temperature. Examination of the entire sample suggests that about 10% to 20% of the area is occupied by the modified structure. The progress of recrystallization, as revealed by the TEM of the samples annealed at lower to higher temperatures, corresponds well to the change in tensile properties shown in FIG. 40. These low temperature (eg, less than 600 ° C.) annealed samples maintain predominantly high strength nanomodal structures leading to reduced malleability. The recrystallized sample (eg 700 ° C.) recovers most of the elongation compared to the sample completely recrystallized at 850 ° C. Annealing between these temperatures partially restores malleability.
변형 거동의 회복과 전이의 차이의 배후에 있는 하나의 이유는 도 46의 전형적인 TTT 다이어그램에 의해 설명된다. 전술한 바와 같이, 냉간 가공 중에 형성되는 페라이트의 매우 미세한/나노스케일의 결정립은 어닐링 중에 오스테나이트로 재결되고, 나노석출물의 일부의 분율은 재용해된다. 동시에, 변형 경화의 영향은 다양한 공지된 메커니즘에 의해 소멸되는 전위 네트워크, 엉킴, 쌍정 계면, 및 소각 경계와 함께 제거된다. 도 46의 전형적인 온도, 시간 변태(TTT) 다이어그램의 가열 곡선(A)에 의해 나타낸 바와 같이, 저온(특히 합금 1의 경우에 650℃ 미만)에서, 재결정 없이 회복만 발생할 수 있다(즉, 회복이 전위 밀도의 감소의 기준이다).One reason behind the difference in recovery and transition of deformation behavior is illustrated by the typical TTT diagram of FIG. 46. As mentioned above, very fine / nanoscale grains of ferrite formed during cold working recrystallize into austenite during annealing, and a fraction of a portion of the nano precipitates is redissolved. At the same time, the effects of strain hardening are removed along with dislocation networks, entanglements, twin interfaces, and incineration boundaries that are dissipated by various known mechanisms. As shown by the heating curve (A) of the typical temperature, time transformation (TTT) diagram of FIG. 46, at low temperatures (especially below 650 ° C. for Alloy 1), only recovery can occur without recrystallization (ie, recovery is Is the basis for the reduction of dislocation density).
다시 말하면, 본 발명의 넓은 맥락에서, 전단의 영향 및 전단된 에지의 형성, 및 이것과 관련된 기계적 특성에 미치는 부정적인 영향은 도 46에 도시된 바와 같이 450℃ 내지 650℃의 온도에서 적어도 부분적으로 회복될 수 있다. 또한, 650℃ 내지 합금의 Tm 미만에서, 재결정이 발생할 수 있고, 이는 또한 전단된 에지의 형성에 기인되어 상실된 기계적 강도를 회복시키는데 기여한다.In other words, in the broad context of the present invention, the effects of shear and the formation of sheared edges, and the negative effects on the mechanical properties associated therewith, are at least partially recovered at temperatures between 450 ° C. and 650 ° C. as shown in FIG. 46. Can be. In addition, at 650 ° C. to less than the Tm of the alloy, recrystallization may occur, which also contributes to the recovery of lost mechanical strength due to the formation of sheared edges.
따라서, 이 실시례는 냉간 압연 중의 변형 시에 전위를 기반으로 하는 메커니즘과 함께 고유의 메커니즘 #2 또는 #3(도 1a)을 통한 동적 변형 경화 및 상변태를 수반하는 동시 프로세스가 발생하는 것을 보여준다. 가열 시, 미세구조는 재결정된 모달 구조(구조 #4, 도 1b)로 반전될 수 있다. 그러나, 저온에서, 전위 회복만이 일어나는 경우에 이 반전 프로세스는 발생하지 않을 수 있다. 따라서, 표 2의 합금의 고유의 메커니즘으로 인해, 펀칭/스탬핑으로부터의 에지 손상을 수복하기 위해 양한 외부의 열처리가 사용될 수 있다. Thus, this example shows that a simultaneous process involving dynamic strain hardening and phase transformation occurs through inherent mechanisms # 2 or # 3 (FIG. 1A) with dislocation-based mechanisms in deformation during cold rolling. Upon heating, the microstructure can be inverted into a recrystallized modal structure (structure # 4, FIG. 1B). However, at low temperatures, this reversal process may not occur if only potential recovery occurs. Thus, due to the inherent mechanism of the alloys of Table 2, a positive external heat treatment can be used to repair edge damage from punching / stamping.
실시례 #9 펀칭된 에지 회복의 온도 영향Example # 9 Temperature Effect of Punched Edge Recovery
50 mm의 두께를 가진 슬래브를 표 2에 제공된 원자비에 따라 표 33에 기록된 선택된 합금으로 실험실 주조하였고, 실험실 처리로 열간 압연, 냉간 압연 및 본원의 본문 부분에 기술된 바와 같이 850℃에서 10 분 동안 어닐링하였다. 1.2 mm의 최종 두께 및 재결정된 모달 구조(구조 #4, 도 1b)를 갖는 각각의 합금으로부터 얻어진 시트를 사용하여 온도의 함수로서 어닐링 후의 펀칭된 에지 손상 회복을 입증하였다.Slabs with a thickness of 50 mm were laboratory cast with the selected alloys listed in Table 33 according to the atomic ratios provided in Table 2, and were subjected to laboratory processing of hot rolling, cold rolling and 10 at 850 ° C. as described in the text portion of the present application. Annealed for minutes. Sheets obtained from each alloy with a final thickness of 1.2 mm and recrystallized modal structure (structure # 4, FIG. 1B) were used to demonstrate recovery of punched edge damage after annealing as a function of temperature.
ASTM E8 형상의 인장 시편을 펀칭에 의해 제조하였다. 선택된 합금으로부터 펀칭된 인장 시편의 일부를 450 내지 850℃ 범위의 상이한 온도에서 10 분 동안 회복 어닐링한 후에 공냉시켰다. Instron의 Bluehill 제어 소프트웨어를 사용하여 Instron 5984 기계적 시험 프레임 상에서 인장 특성을 측정하였다. 모든 시험은 실온에서 수행하였고, 하부 그립(grip)은 고정되고, 상부 그립은 0.012 mm/초의 속도로 상방으로 이동하였다. 변형률 데이터는 Instron의 Advanced Video Extensometer를 사용하여 수집하였다. Tensile specimens of ASTM E8 shape were prepared by punching. A portion of the tensile specimen punched from the selected alloy was air cooled after recovery annealing for 10 minutes at different temperatures in the range of 450-850 ° C. Tensile properties were measured on an Instron 5984 mechanical test frame using Instron's Bluehill control software. All tests were performed at room temperature, the lower grips were fixed and the upper grips moved upwards at a rate of 0.012 mm / sec. Strain data was collected using Instron's Advanced Video Extensometer.
인장 시험 결과는 표 32 및 도 47에 표시되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 650℃ 이상의 온도에서 어닐링 후에 완전한 또는 거의 완전한 특성 회복이 달성되었으며, 이는 펀칭 후에 손상된 에지에서 구조가 완전히 또는 거의 완전히 재결정(즉, 구조 #5로부터 도 1b의 구조 #4로의 구조 변화)되었음을 시사한다. 예를 들면, 손상된 에지에서의 재결정의 수준은 어닐링 온도가 650℃ 내지 Tm 범위인 경우에 90% 이상의 수준인 것으로 생각된다. 더 낮은 어닐링 온도(예를 들면, 온도 650℃ 미만)는 완전한 재결정을 일으키지 않고, 실시례 #8에서 설명되고 도 6에 도시된 바와 같이 부분적 회복(즉, 전위 밀도의 감소)을 일으킨다.Tensile test results are shown in Table 32 and FIG. 47. As can be seen, complete or near complete recovery of properties has been achieved after annealing at temperatures above 650 ° C., which means that after punching the structure is completely or almost completely recrystallized at the damaged edges (ie, from
펀칭 및 상이한 온도에서의 어닐링의 결과로서 합금 1의 전단 에지에서의 미세구조의 변화를 SEM으로 검사하였다. 도 48에 도시된 바와 같이 펀칭된 그대로의 상태에서 650℃ 및 700℃에서 어닐링 후에 전단된 에지 부근의 ASTM E8 펀칭된 인장 시편으로부터 단면 샘플을 절단했다.Changes in the microstructure at the shear edges of Alloy 1 as a result of punching and annealing at different temperatures were examined by SEM. Sectional samples were cut from ASTM E8 punched tensile specimens near the sheared edges after annealing at 650 ° C. and 700 ° C. in the punched intact state as shown in FIG. 48.
SEM 조사의 경우, 샘플의 단면을 그릿(grit)의 크기가 작은 SiC 연마지로 연마하고, 다음에 1 μm에 이르는 다이아몬드 매체 페이스트로 점진적으로 폴리싱하였다. 최종 폴리싱은 0.02 μm 그릿의 SiO2 용액을 이용하여 수행하였다. 미세구조는 Carl Zeiss SMT Inc사에서 제작된 EVO-MA10 주사 전자 현미경을 사용하여 SEM에 의해 검사하였다. For SEM irradiation, the cross section of the sample was polished with a small grit SiC abrasive paper and then gradually polished with a diamond media paste of up to 1 μm. Final polishing was performed using a 0.02 μm grit SiO 2 solution. Microstructure was examined by SEM using an EVO-MA10 scanning electron microscope manufactured by Carl Zeiss SMT Inc.
도 49는 펀칭된 그대로의 상태의 에지의 미세구조의 후방산란 SEM 이미지를 보여준다. 전단 영향 영역으로부터 떨어진 영역의 재결정된 미세구조와 대조적으로 전단 영향 영역(에지에 근접한 흰색 콘트라스트를 가진 삼각형) 내의 미세구조가 변형 및 변태되었음을 알 수 있다. 인장 변형과 유사하게, 펀칭에 의해 유발된 전단 영향 영역의 변형은 나노상 미세화 및 강화 메커니즘을 통해 미세화된 고강도 나노모달 구조(구조 #5, 도 1b)를 생성한다. 그러나, 어닐링은 펀칭된 ASTM E8 시편의 인장 특성을 회복시키며, 이는 어닐링 동안 전단 영향 영역의 미세구조의 변화와 관련된다. 도 50은 650℃에서 10 분 동안 어닐링된 샘플의 미세구조를 보여준다. 펀칭된 그대로의 샘플과 비교하여, 전단 영향 영역은 콘트라스트가 적어짐으로써 더 작아지고, 이는 전단 영향 영역의 미세구조가 샘플 중심의 미세구조로 진화함을 시사한다. 고배율 SEM 이미지는 일부의 매우 작은 결정립이 핵생성되지만 재결정은 전단 영향 영역의 전체에 걸쳐 대규모로 발생하지 않음을 보여준다. 이 재결정은 대부분의 전위가 소멸된 초기 단계일 가능성이 있다. 구조가 완전히 재결정되지는 않았지만, 인장 특성은 실질적으로 회복된다(표 32 및 도47a). 700℃에서 10 분 동안의 어닐링은 전단 영향 영역의 완전한 재결정을 유발한다. 도 51에 도시된 바와 같이, 전단 영향 영역의 콘트라스트는 상당히 감소되었다. 고배율 이미지는 명확한 결정립계를 가진 등축 결정립이 전단 영향 영역에 형성된 것을 보여주며, 이는 완전한 재결정을 나타낸다. 결정립 크기는 샘플의 중심의 것보다 작다. 중심의 결정립은 시편의 펀칭 전 850℃에서 10 분 동안 어닐링 후의 재결정으로부터 생성된 것임에 유의한다. 전단 영향 영역이 완전히 재결정된 상태에서, 인장 특성은, 표 32 및 도 47a에 표시된 바와 같이, 완전히 회복된다49 shows a backscatter SEM image of the microstructure of the edges as punched. In contrast to the recrystallized microstructure of the area away from the shear influence area, it can be seen that the microstructure within the shear influence area (a triangle with white contrast close to the edge) has been deformed and transformed. Similar to tensile deformation, the deformation of the shear influence area caused by punching produces a refined high strength nanomodal structure (
인장 시편을 펀칭하면 재료의 인장 특성을 저하시키는 에지 손상이 유발된다. 펀칭 동안에 본 명세서의 시트 합금의 소성 변형은 전성이 감소된 미세화된 고강도 나노모달 구조(구조 #5, 도 1b)로의 구조적 변태를 유발하여 에지에서의 조기 균열로 이어진다. 이 실시례는 광범위한 산업 온도에 걸친 상이한 어닐링에 의해 에지 손상이 부분적으로/완전히 회복가능함을 입증한다.Punching tensile specimens causes edge damage that degrades the tensile properties of the material. Plastic deformation of the sheet alloys herein during punching leads to structural transformations into reduced high malleability, high strength nanomodal structures (
[표 33] 펀칭 및 상이한 온도에서의 어닐링 후 인장 특성 TABLE 33 Tensile Properties after Punching and Annealing at Different Temperatures
(℃)(℃)
(MPa)(MPa)
(MPa)(MPa)
(%)(%)
실시례 #10 펀칭된 에지 특성 가역성에 미치는 펀칭 속도의 영향
50 mm의 두께를 가진 슬래브를 표 2에 제공된 원자비에 따라 표 34에 기록된 선택된 합금으로 실험실 주조하였고, 실험실 처리로 열간 압연, 냉간 압연 및 본원에 기술된 바와 같이 850℃에서 10 분 동안 어닐링하였다. 1.2 mm의 최종 두께 및 재결정된 모달 구조(구조 #4, 도 1b)를 가진 각각의 합금으로부터 얻어진 시트를 사용하여 펀칭 속도의 함수로서 에지 손상 회복을 입증하였다. Slabs with a thickness of 50 mm were laboratory cast with selected alloys listed in Table 34 according to the atomic ratios given in Table 2, and hot rolled, cold rolled and annealed at 850 ° C. for 10 minutes as described herein. It was. Sheets obtained from each alloy with a final thickness of 1.2 mm and a recrystallized modal structure (structure # 4, FIG. 1B) were used to demonstrate edge damage recovery as a function of punching speed.
28 mm/초, 114 mm/초, 및 228 mm/초의 3 가지 상이한 속도로 펀칭하여 ASTM E8 형상의 인장 시편을 준비하였다. 동일한 재료로 와이어 EDM 절단된 시편을 참조용으로 사용하였다. 선택된 합금으로부터 펀칭된 인장 시편의 일부를 850℃에서 10 분 동안 회복 어닐링 한 후에 공냉시켰다. Instron의 Bluehill 제어 소프트웨어를 사용하여 Instron 5984 기계적 시험 프레임 상에서 인장 특성을 측정하였다. 모든 시험은 실온에서 수행하였고, 하부 그립(grip)은 고정되고, 상부 그립은 0.012 mm/초의 속도로 상방으로 이동하였다. 변형률 데이터는 Instron의 Advanced Video Extensometer를 사용하여 수집하였다. 인장 시험 결과는 표 34에 기록되어 있고, 선택된 합금의 펀치 속도의 함수로서 인장 특성은 도 52에 도시되어 있다. 인장 특성이 와이어 EDM 절단의 인장 특성에 비해 펀칭된 샘플에서 상당히 감소하는 것으로 나타났다. 28 mm/초로부터 228 mm/초로의 펀칭 속도 증가는 3 종의 모든 선택된 합금의 특성을 향상시킨다. 홀을 펀칭하는 동안 또는 에지를 전단하는 동안의 국부적 발열은 펀칭 속도가 증가함에 따라 증가하는 것으로 알려져 있으며, 더 높은 속도로 펀칭된 시편의 에지 손상 회복에 요인이 될 수 있다. 열만으로는 에지 손상 회복을 일으키지 않지만 생성된 열에 대한 재료의 반응에 의해 가능해짐에 유의한다. 상업용 강 샘플에 대한 본원의 표 2에 포함된 합금의 반응의 이러한 차이는 실시례 15 및 실시례 17에 명확하게 예시되어 있다.Tensile specimens of ASTM E8 shape were prepared by punching at three different speeds: 28 mm / sec, 114 mm / sec, and 228 mm / sec. Wire EDM cut specimens of the same material were used for reference. A portion of the tensile specimen punched from the selected alloy was air cooled after recovery annealing at 850 ° C. for 10 minutes. Tensile properties were measured on an Instron 5984 mechanical test frame using Instron's Bluehill control software. All tests were performed at room temperature, the lower grips were fixed and the upper grips moved upwards at a rate of 0.012 mm / sec. Strain data was collected using Instron's Advanced Video Extensometer. Tensile test results are reported in Table 34, and tensile properties as a function of punch speed of the selected alloy are shown in FIG. Tensile properties were found to be significantly reduced in the punched samples compared to the tensile properties of wire EDM cuts. An increase in punching speed from 28 mm / sec to 228 mm / sec improves the properties of all three selected alloys. Local heating during punching holes or shearing edges is known to increase with increasing punching speed and may be a factor in recovering edge damage of specimens punched at higher speeds. Note that heat alone does not cause edge damage recovery but is made possible by the reaction of the material to the heat produced. This difference in the reaction of the alloys included in Table 2 herein for commercial steel samples is clearly illustrated in Examples 15 and 17.
[표 34] 상이한 속도로 펀칭된 시편과 EDM 절단된 시편의 인장 특성 TABLE 34 Tensile Properties of Specimens Punched and EDM Cut at Different Speeds
(MPa)(MPa)
(MPa)(MPa)
(%)(%)
이 실시례는 펀치 속도가 본 명세서의 강 합금의 얻어진 인장 특성에 상당한 영향을 미칠 수 있음을 입증한다. 펀칭 시의 국부적 발열은 특성 특성 개선을 유발하는 에지 부근의 구조 회복의 요인이 될 수 있다.This example demonstrates that punch rates can have a significant impact on the obtained tensile properties of the steel alloys herein. Local heat generation during punching can be a factor in structural recovery near the edges leading to improved characteristic properties.
실시례 #11 홀 펀칭 및 확장 중의 에지 구조 변태Example # 11 Edge structure transformation during hole punching and expansion
50 mm의 두께를 가진 슬래브를 합금 1로부터 실험실 주조하였고, 실험실 처리로 열간 압연, 냉간 압연 및 본원에 기술된 바와 같이 850℃에서 10 분 동안 어닐링하였다. 1.2 mm의 최종 두께 및 재결정된 모달 구조(구조 #4, 도 1b)를 가진 얻어진 시트를 홀 확장률(HER) 시험에 사용하였다. Slabs with a thickness of 50 mm were lab cast from Alloy 1 and annealed for 10 minutes at 850 ° C. by hot rolling, cold rolling and laboratory as described herein. The resulting sheet with a final thickness of 1.2 mm and a recrystallized modal structure (structure # 4, FIG. 1B) was used for the hole expansion rate (HER) test.
89 x 89 mm 크기의 시편을 시트로부터 와이어 EDM 절단하였다. 10 mm 직경의 홀을 2 가지 방법, 즉 펀칭과, 에지 밀링에 의한 드릴링을 사용하여 시편의 중간에 절삭하였다. Instron Model 5985 범용 시험 시스템 상에서 0.25 mm/초의 일정 속도 및 16% 간격(clearance)을 사용하여 홀 펀칭을 수행하였다. 홀 확장률(HER) 시험은 SP-225 유압 프레스 상에서 수행되었으며, 홀을 반경방향 외측으로 균일하게 확장시키는 원뿔형 펀치를 천천히 상승시키는 것으로 구성되었다. 디지털 이미지 카메라 시스템은 원뿔형 펀치에 초점을 맞추고, 균열 형성 및 전파의 증거를 찾기 위해 홀의 에지를 모니터링하였다. 홀의 초기 직경은 캘리퍼를 사용하여 2회 측정하였고, 측정은 90° 증분으로 실시하였고, 평균하여 초기 홀 직경을 얻었다. 균열이 시편 두께를 통해 전파하는 것이 관찰될 때까지 원뿔형 펀치를 연속적으로 상승시켰다. 시험이 중단된 시점에서 시험 시작 전에 측정된 초기 홀 직경의 백분율로서 홀 확장률을 계산하였다. 확장 후에 매 45° 마다 캘리퍼를 사용하여 4 회의 직경 측정을 실시하였고, 균열에 기인된 홀의 비대칭을 설명하기 위해 평균하였다.Specimens measuring 89 × 89 mm were wire EDM cut from the sheet. A 10 mm diameter hole was cut in the middle of the specimen using two methods: punching and drilling by edge milling. Hole punching was performed using a constant speed of 0.25 mm / sec and 16% clearance on an Instron Model 5985 general purpose test system. The Hole Expansion Ratio (HER) test was performed on an SP-225 hydraulic press and consisted of slowly raising a conical punch that evenly extended the hole radially outward. The digital image camera system focused on conical punches and monitored the edges of the holes to look for evidence of crack formation and propagation. Initial diameters of the holes were measured twice using calipers, measurements were made in 90 ° increments and averaged to obtain initial hole diameters. The conical punch was continuously raised until a crack propagated through the specimen thickness. The hole expansion rate was calculated as a percentage of the initial hole diameter measured before the start of the test at the time the test was stopped. Four diameter measurements were made using a caliper every 45 ° after expansion and averaged to account for the asymmetry of the holes due to cracking.
HER 시험의 결과는 도 53에 도시되어 있으며, 홀이 펀칭에 의해 형성된 샘플이 밀링에 의한 것에 비해 상당히 더 낮은 값(각각 5.1% HER 대 73.6% HER)을 입증한다. SEM 분석 및 미소경도 측정을 위해 도 54에 도시된 바와 같이 시험된 두 샘플로부터 샘플을 절단하였다. The results of the HER test are shown in FIG. 53, demonstrating significantly lower values (5.1% HER vs. 73.6% HER, respectively) compared to those by milling holes formed by punching holes. Samples were cut from two samples tested as shown in FIG. 54 for SEM analysis and microhardness measurement.
홀 확장 공정의 모든 관련된 단계에서 합금 1의 미소경도를 측정하였다. 미소경도 측정은 어닐링된 상태(펀칭 및 HER 시험 전), 펀칭된 상태, 및 HER 시험된 상태의 시트 샘플의 단면을 따라 수행하였다. 또한 참조용으로 합금 1의 냉간 압연된 시트의 미소경도를 측정하였다. 측정 프로파일은 샘플의 에지로부터 80 마이크론 거리에서 시작하였으며, 매 120 마이크론마다 취한 추가 측정은 10 회까지 수행하였다. 그 시점 후, 매 500 마이크론마다 추가의 측정을 수행하여 적어도 5 mm의 총 샘플 길이를 측정하였다. HER 시험된 샘플의 미소경도 측정 위치의 개략도가 도 55에 도시되어 있다. 미소경도 측정 후 펀칭된 샘플 및 HER 시험된 샘플의 SEM 이미지가 도 56에 도시되어 있다. The microhardness of Alloy 1 was measured at all relevant stages of the hole expansion process. Microhardness measurements were made along the cross section of the sheet sample in the annealed state (prior to punching and HER test), punched state, and HER tested state. The microhardness of the cold rolled sheet of alloy 1 was also measured for reference. The measurement profile started at a distance of 80 microns from the edge of the sample, with further measurements taken every 120 microns up to 10 times. After that point, additional measurements were taken every 500 microns to determine a total sample length of at least 5 mm. A schematic of the microhardness measurement position of the HER tested sample is shown in FIG. 55. SEM images of the punched and HER tested samples after microhardness measurements are shown in FIG. 56.
도 57에 도시된 바와 같이, 펀칭 프로세스는 펀칭된 에지에 직접 인접한 약 500 마이크론의 변태된 영역을 생성하며, 펀칭된 에지에 가장 근접한 재료는 완전히 또는 거의 완전히 변태되며, 이는 펀칭된 에지의 바로 옆의 완전히 변태된 40% 냉간 압연된 재료에서 관찰되는 경도 접근에 의해 입증된다. 각각의 샘플에 대한 미소경도 프로파일은 도 58에 제시되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 밀링된 경우, 미소경도는 홀 에지를 향해 점진적으로 증가되는 한편, 펀칭된 홀의 경우의 미소경도의 증가는 홀 에지에 근접한 매우 좁은 영역 내에서 관찰되었다. 도 58에 나타낸 바와 같이 두 경우의 TEM 샘플을 동일 거리에서 절단하였다. As shown in FIG. 57, the punching process creates a strained region of about 500 microns directly adjacent to the punched edge, with the material closest to the punched edge completely or almost completely transformed, which is next to the punched edge. This is evidenced by the hardness approach observed in fully transformed 40% cold rolled material. The microhardness profile for each sample is shown in FIG. 58. As can be seen, when milled, the microhardness gradually increased towards the hole edge, while the increase in the microhardness in the case of punched holes was observed in a very narrow area proximate to the hole edge. As shown in FIG. 58, the TEM samples of both cases were cut at the same distance.
TEM 시편을 준비하기 위해, 먼저 HER 시험 샘플을 와이어 EDM에 의해 절단하고, 홀 에지 부분을 가진 조각은 그릿 크기가 감소된 패드로 연삭하여 박육화하였다. 약 60 μm 두께까지의 추가의 박육화는 각각 9 μm, 3 μm, 및 1 μm의 다이아몬드 현탁액으로 폴리싱함으로써 수행하였다. 포일의 홀의 에지 부근으로부터 3 mm 직경의 디스크를 펀칭하고, 트윈 제트 폴리셔를 사용하여 전해폴리싱으로 최종 폴리싱을 완료하였다. 사용된 화학 용액은 메탄올 베이스에 혼합된 30% 질산이었다. TEM 관찰을 위한 불충분한 얇은 영역의 경우, TEM 시편을 PIPS(Gatan Precision Ion Polishing System)을 사용하여 이온 밀링할 수 있다. 이온 밀링은 통상적으로 4.5 keV에서 수행되며, 경사각을 4°로부터 2°로 감소시켜 얇은 영역을 개척한다. TEM 조사는 200 kV에서 작동되는 JEOL 2100 고해상도 현미경을 사용하여 수행하였다. TEM 조사를 위한 위치가 디스크의 중심에 있으므로, 관찰된 미세구조는 홀의 에지로부터 약 1.5 mm이다.To prepare the TEM specimens, the HER test samples were first cut by wire EDM, and pieces with hole edge portions were thinned by grinding with pads with reduced grit size. Further thinning up to about 60 μm thick was performed by polishing with diamond suspensions of 9 μm, 3 μm, and 1 μm, respectively. A 3 mm diameter disc was punched from near the edge of the hole of the foil and final polishing was completed by electropolishing using a twin jet polisher. The chemical solution used was 30% nitric acid mixed in methanol base. For insufficient thin regions for TEM observations, TEM specimens can be ion milled using the Gatan Precision Ion Polishing System (PIPS). Ion milling is typically performed at 4.5 keV and the incline angle is reduced from 4 ° to 2 ° to exploit thin areas. TEM irradiation was performed using a JEOL 2100 high resolution microscope operated at 200 kV. Since the location for the TEM irradiation is in the center of the disk, the observed microstructure is about 1.5 mm from the edge of the hole.
시험 전 합금 1 시트의 초기 미세구조는 재결정된 모달 구조(구조 #4, 도 1b)를 나타내는 도 69에 도시되어 있다. 도 60a는 홀 에지로부터 1.5 mm의 위치에 있는 상이한 영역에서 시험 후의 펀칭된 홀(HER = 5.1%)을 가진 HER 시험 샘플의 미세구조의 TEM 현미경사진을 도시한다. 재결정된 미세구조는 주로 부분적으로 변태된 "포켓"(도 60b)을 갖는 작은 영역을 갖는 샘플(도 60a)에 잔류하는 것이 밝혀졌으며, 이는 샘플의 제한된 체적(약 1500 μm 깊이)이 HER 시험에서 변형에 관련됨을 나타낸다. 도 61에 도시된 바와 같이, 밀링된 홀(HER = 73.6%)을 갖는 HER 샘플에서, 다량의 변태된 "포켓" 및 고밀도의 전위(108 내지 1010 mm-2)에 의해 나타나는 바와 같이 샘플 내에 다량의 변형이 존재한다. The initial microstructure of the alloy 1 sheet prior to testing is shown in FIG. 69 showing the recrystallized modal structure (structure # 4, FIG. 1B). FIG. 60A shows a TEM micrograph of the microstructure of a HER test sample with punched holes (HER = 5.1%) after testing in different areas at 1.5 mm from the hole edge. The recrystallized microstructure was found to remain in the sample (FIG. 60A) with a small area with mainly partially transformed “pockets” (FIG. 60B), which indicated that the limited volume of the sample (about 1500 μm depth) in the HER test. Related to the variant. As shown in FIG. 61, in a HER sample with milled holes (HER = 73.6%), the sample as indicated by a large amount of transformed “pockets” and high density dislocations (10 8 to 10 10 mm −2 ) There is a large amount of variation in it.
펀칭된 홀을 가진 샘플에서 HER 성능이 빈약한 이유를 보다 상세히 분석하기 위해, 펀칭된 홀의 에지에서 TEM 시편을 제조하는데 FIB(Focused Ion Beam) 기술을 사용하였다. 도 62에 도시된 바와 같이, TEM 시편은 에지로부터 약 10 μm에서 절단된다. FIB에 의해 TEM 시편을 준비하기 위해, 얇은 백금 층을 그 영역에 퇴적시켜 절단될 시편을 보호한다. 다음에 쐐기형 시편을 잘라내고, 텅스텐 바늘로 들어올린다. 추가의 이온 밀링을 수행하여 시편을 박육화한다. 최종적으로 박육화된 시편을 옮겨서 TEM 관찰을 위해 구리 그리드(grid)에 용접한다. 도 63은 펀칭 전의 합금 1 시트의 미세구조에 비해 상당히 미세화되고 변태된 펀칭된 홀 에지로부터 약 10 마이크론의 거리의 합금 1 시트의 미세구조를 보여준다. 이것은 펀칭이 홀 에지에 심한 변형을 유발하여 나노상 미세화 및 강화(메커니즘 #4, 도 1b)를 발생시켜 펀칭된 홀 에지에 근접한 영역에서 미세화된 고강도 나노모달 구조(구조 #5, 도 1b)의 형성으로 이어짐을 시사한다. 이 구조는 재결정된 모달 구조 표 1과 비교했을 때 비교적 더 낮은 전성을 가지므로 에지에서의 조기 균열 및 낮은 HER 값을 발생시킨다. 이 실시례는 표 2의 합금이 특정된 나노상 미세화 및 강화(메커니즘 #4, 도 1b)를 통해 재결정된 모달 구조(구조 #4, 도 1b)로부터 미세화된 고강도 나노모달 구조(구조 #5, 도 1b)로 변태되는 고유의 능력을 발휘한다는 것을 입증한다. 펀칭 시에 홀 에지에서의 변형으로 인해 발생하는 구조적 변태는 냉간 압연 변형 중에 발생하는 변태 및 인장 시험 변형 중에 관찰되는 변태와 성질이 유사한 것으로 보인다.In order to analyze in more detail why HER performance is poor in samples with punched holes, Focused Ion Beam (FIB) technology was used to prepare TEM specimens at the edges of the punched holes. As shown in FIG. 62, the TEM specimen is cut at about 10 μm from the edge. To prepare a TEM specimen by FIB, a thin layer of platinum is deposited in that area to protect the specimen to be cut. The wedge shaped specimen is then cut out and lifted with a tungsten needle. Additional ion milling is performed to thin the specimen. Finally, the thinned specimen is transferred and welded to a copper grid for TEM observation. FIG. 63 shows the microstructure of Alloy 1 sheet at a distance of about 10 microns from the punched hole edge significantly refined and transformed relative to the microstructure of Alloy 1 sheet before punching. This is because punching causes severe deformation at the hole edges, resulting in nanophase refinement and reinforcement (mechanism # 4, FIG. 1B), resulting in a refined high strength nanomodal structure (
실시례 #12 어닐링의 유무에 따른 HER 시험 결과Example # 12 HER test results with or without annealing
50 mm의 두께를 가진 슬래브를 표 2에 제공된 원자비에 따라 표 35에 기록된 선택된 합금으로 실험실 주조하였고, 실험실 처리로 열간 압연, 냉간 압연 및 본원에 기술된 바와 같이 850℃에서 10 분 동안 어닐링하였다. 1.2 mm의 최종 두께 및 재결정된 모달 구조(구조 #4, 도 1b)를 가진 얻어진 시트를 홀 확장률(HER) 시험에 사용하였다. Slabs with a thickness of 50 mm were laboratory cast with selected alloys listed in Table 35 according to the atomic ratios provided in Table 2, and hot rolled, cold rolled and annealed at 850 ° C. for 10 minutes as described herein. It was. The resulting sheet with a final thickness of 1.2 mm and a recrystallized modal structure (structure # 4, FIG. 1B) was used for the hole expansion rate (HER) test.
89 x 89 mm의 시편을 시트의 더 큰 부분으로부터 와이어 EDM 절단하였다. Instron Model 5985 범용 시험 시스템 상에서 6%의 다이의 펀치의 간격에서 0.25 mm/s의 일정 속도를 사용하여 펀칭에 의해 시편의 중심에 10 mm 직경의 홀을 형성하였다. 펀칭된 홀을 가진 준비된 시편들 중 절반은 스테인리스강 포일로 개별적으로 포장하고, HER 시험 전에 850℃에서 10 분 동안 어닐링하였다. 홀 확장률(HER) 시험은 SP-225 유압 프레스 상에서 수행되었으며, 홀을 반경방향 외측으로 균일하게 확장시키는 원뿔형 펀치를 천천히 상승시키는 것으로 구성되었다. 디지털 이미지 카메라 시스템은 원뿔형 펀치에 초점을 맞추고, 균열 형성 및 전파의 증거를 찾기 위해 홀의 에지를 모니터링하였다. 89 x 89 mm specimens were wire EDM cut from a larger portion of the sheet. A 10 mm diameter hole was formed in the center of the specimen by punching using a constant speed of 0.25 mm / s at a punch spacing of 6% on an Instron Model 5985 universal test system. Half of the prepared specimens with punched holes were individually wrapped in stainless steel foil and annealed at 850 ° C. for 10 minutes before the HER test. The Hole Expansion Ratio (HER) test was performed on an SP-225 hydraulic press and consisted of slowly raising a conical punch that evenly extended the hole radially outward. The digital image camera system focused on conical punches and monitored the edges of the holes to look for evidence of crack formation and propagation.
홀의 초기 직경은 캘리퍼를 사용하여 2회 측정하였고, 측정은 90° 증분으로 실시하였고, 평균하여 초기 홀 직경을 얻었다. 균열이 시편 두께를 통해 전파하는 것이 관찰될 때까지 원뿔형 펀치를 연속적으로 상승시켰다. 시험이 중단된 시점에서 시험 시작 전에 측정된 초기 홀 직경의 백분율로서 홀 확장률을 계산하였다. 확장 후에 매 45° 마다 캘리퍼를 사용하여 4 회의 직경 측정을 실시하였고, 균열에 기인된 홀의 비대칭을 설명하기 위해 평균하였다.Initial diameters of the holes were measured twice using calipers, measurements were made in 90 ° increments and averaged to obtain initial hole diameters. The conical punch was continuously raised until a crack propagated through the specimen thickness. The hole expansion rate was calculated as a percentage of the initial hole diameter measured before the start of the test at the time the test was stopped. Four diameter measurements were made using a caliper every 45 ° after expansion and averaged to account for the asymmetry of the holes due to cracking.
표 35에는 홀 펀칭 후 어닐링을 한 시편 및 어닐링을 하지 않은 시편에 관한 홀 활장률 측정 결과가 표시되어 있다. 합금 1, 합금 9, 합금 12, 합금 13, 및 합금 17에 대해 도 64, 도 65, 도 66, 도 67 및 도 68에 각각 도시된 바와 같이, 일반적으로 어닐링을 한 펀칭된 홀의 경우에 측정된 홀 확장률은 어닐링 되지 않은 펀칭된 홀보다 크다. 본 명세서에서 특정된 합금에 대한 어닐링 상태의 홀 확장률의 증가는 약 25% 내지 90%의 실제 HER의 증가로 이어진다.Table 35 shows the results of measuring hole slide rates for specimens annealed and unannealed after hole punching. As shown in FIGS. 64, 65, 66, 67, and 68 for Alloy 1, Alloy 9, Alloy 12, Alloy 13, and Alloy 17, respectively, measured in the case of punched holes that have been annealed. Hole expansion rates are greater than unannealed punched holes. An increase in hole expansion rate in the annealing state for the alloys specified herein leads to an increase in the actual HER of about 25% to 90%.
[표 35] 어닐링의 유무에 따른 선택된 합금에 대한 홀 확장률 결과 Table 35. Hole Expansion Rate Results for Selected Alloys with and Without Annealing
(%)(%)
(%)(%)
이 실시례는 HER 시험 중에 입증된 에지 성형성이 표 2에 기록된 합금의 고유의 메커니즘의 결과로 펀칭 작업 중의 에지 손상으로 인해 불량한 결과를 낳을 수 있음을 보여준다. 완전히 후처리된 합금은 매우 높은 변형 경화 및 거의 파괴에 이르는 네킹(necking)에 대한 저항과 맞물려서 표 6 내지 표 10에 표시된 바와 같이 매우 높은 인장 전설을 발휘한다. 따라서, 재료는 최악의 파괴에 크게 저항하지만 펀칭 중에 펀칭된 에지의 근처에서 인공적인 최악의 파괴가 발생하게 된다. 특정된 메커니즘의 고유의 가역성으로 인해, 나노상 미세화 및 강화(메커니즘 #3, 도 1a) 및 구조적 변태의 결과로서 이러한 유해한 에지 손상은 어닐링에 의해 반전되어 높은 HER 결과를 얻을 수 있다. 따라서, 홀을 펀칭한 후에 어닐링을 실시하는 경우, 높은 홀 확장률 값을 얻을 수 있고, 인장 특성 및 관련된 벌크 성형성의 탁월한 조합을 유지할 수 있다.This example shows that the edge formability demonstrated during the HER test can lead to poor results due to edge damage during punching operations as a result of the alloy's inherent mechanisms listed in Table 2. Fully post-treated alloys exhibit very high tensile legends as shown in Tables 6-10 by engaging resistance to necking leading to very high strain hardening and near fracture. Thus, the material is highly resistant to the worst failures, but artificial worst failures occur near the punched edge during punching. Due to the inherent reversibility of the specified mechanisms, these harmful edge damage as a result of nanophase refinement and enhancement (mechanism # 3, FIG. 1A) and structural transformation can be reversed by annealing to obtain high HER results. Thus, when annealing is performed after punching the hole, a high hole expansion ratio value can be obtained, and an excellent combination of tensile properties and associated bulk formability can be maintained.
또한, 구조 #4(재결정된 모달 구조)의 형태로 이러한 합금을 제공하기 위한 처리 경로를 경유하는 본 명세서의 합금은, 전단에 의해 형성되고 전단된 에지를 포함하는 홀의 경우에, 제 1 홀 확장률(HER1)을 나타내고, 이 합금을 가열하면 제 2 홀 확장률(HER2)(여기서, HER2>HER1임)을 갖는 것으로 이해될 수 있다.In addition, the alloy of the present disclosure via a processing path for providing such an alloy in the form of structure # 4 (a recrystallized modal structure), in the case of a hole formed by shearing and comprising a sheared edge, has a first hole expansion. It can be understood that the ratio HER 1 , and heating this alloy, has a second hole expansion rate HER 2 , where HER 2 > HER 1 .
더 구체적으로, 구조 #4(재결정된 모달 구조)를 가진 이러한 합금을 제공하기 위한 처리 경로를 경유하는 본 명세서의 합금은, 홀을 펀칭하는 것과 비교하여 주로 전단에 의존하지 않는 홀 형성 방법(즉, 방법(즉, 워터젯 절단, 레이저 절단, 와이어-edm, 밀링 등)을 통해 합금에 설치된 홀의 경우, 값이 0 내지 130%의 범위 내에 속하는 제 1 홀 확장률(HER1)을 나타냄을 이해할 수 있다. 그러나, 동일 합금이 전단에 의해 형성된 홀을 포함하는 경우, 제 2 홀 확장률(HER2)이 관찰되고 여기서 HER2 =(0.01 내지 0.30)(HER1). 그러나, 합금이 열처리되는 경우, HER2이 HER3 =(0.60 내지 1.0) HER1로 회복되는 것이 관찰된다.More specifically, the alloys of the present disclosure via a processing path for providing such alloys with structure # 4 (recrystallized modal structure) are not primarily dependent on shear compared to punching holes (ie It can be understood that, for holes installed in the alloy via a method (i.e., waterjet cutting, laser cutting, wire-edm, milling, etc.), the value represents a first hole expansion ratio (HER 1 ) in the range of 0 to 130%. However, if the same alloy contains holes formed by shearing, a second hole expansion ratio HER 2 is observed where HER 2 = (0.01 to 0.30) (HER 1 ). , HER 2 is observed to recover to HER 3 = (0.60 to 1.0) HER 1 .
실시례 #13 합금 특성에 미치는 에지 조건 영향Example # 13 Effect of Edge Conditions on Alloy Properties
50 mm의 두께를 가진 슬래브를 표 2에 제공된 원자비에 따라 합금 1로 실험실 주조하였고, 실험실 처리로 열간 압연, 냉간 압연 및 본원에 기술된 바와 같이 850℃에서 10 분 동안 어닐링하였다. 1.2 mm의 최종 두께 및 재결정된 모달 구조(구조 #4, 도 1b)을 가진 합금 1로부터 얻어진 시트를 사용하여 에지 조건이 합금 1의 인장 및 홀 확장 특성에 미치는 영향을 입증하였다.Slabs with a thickness of 50 mm were lab cast into alloy 1 according to the atomic ratios provided in Table 2, and hot rolled, cold rolled and annealed at 850 ° C. for 10 minutes as described herein. Sheets obtained from Alloy 1 with a final thickness of 1.2 mm and recrystallized modal structure (structure # 4, FIG. 1B) were used to demonstrate the effect of edge conditions on the tensile and hole expansion properties of Alloy 1.
펀칭 및 와이어 EDM 절단의 2 가지 방법을 사용하여 ASTM E8 형상의 인장 시편을 제작하였다. 펀칭된 인장 시편은 상업용 프레스를 사용하여 제조하였다. 펀칭된 인장 시편의 일부는 850℃에서 10 분 동안 열처리하여 펀칭 후 어닐링된 에지 조건을 가진 샘플을 생성하였다.Tensile specimens of ASTM E8 shape were fabricated using two methods, punching and wire EDM cutting. Punched tensile specimens were prepared using a commercial press. Some of the punched tensile specimens were heat treated at 850 ° C. for 10 minutes to produce samples with annealed edge conditions after punching.
Instron의 Bluehill 제어 소프트웨어를 사용하여 Instron 5984 기계적 시험 프레임 상에서 ASTM E8 시편의 인장 특성을 측정하였다. 모든 시험은 실온에서 수행하였고, 하부 그립은 고정되고, 상부 그립은 먼저 0.5% 신율을 목표로 0.025 mm/초의 속도로 그리고 그 시점 이후에는 0.125 mm/초의 속도로 상방으로 이동하도록 설정되었다. 변형률 데이터는 Instron의 Advanced Video Extensometer를 사용하여 수집하였다. 표 36에는 펀칭, EDM 절단, 및 펀칭 후 어닐링된 에지 조건을 가진 합금 1의 인장 특성이 표시되어 있다. 도 69에는 상이한 에지 조건을 가진 합금 1의 인장 특성이 도시되어 있다.Tensile properties of ASTM E8 specimens were measured on an Instron 5984 mechanical test frame using Instron's Bluehill control software. All tests were performed at room temperature, the lower grip was fixed, and the upper grip was first set to move upwards at a rate of 0.025 mm / sec with a target of 0.5% elongation and after that at 0.125 mm / sec. Strain data was collected using Instron's Advanced Video Extensometer. Table 36 shows the tensile properties of Alloy 1 with punched, EDM cut, and annealed edge conditions after punching. 69 shows the tensile properties of Alloy 1 with different edge conditions.
[표 36] 상이한 에지 조건을 가진 합금 1의 인장 특성 Table 36 Tensile Properties of Alloy 1 with Different Edge Conditions
89 x 89 mm의 크기를 가진 홀 확장률 시험용 시편을 시트로부터 와이어 EDM 절단하였다. 10 mm 직경의 홀을 펀칭 및 와이어 EDM 절단의 2 가지 방법으로 준비하였다. Instron 5985 범용 시험 시스템 상에서 16% 펀치 간격 및 평면 펀치 프로파일 형상을 사용하여 10 mm 직경의 펀칭된 홀을 0.25 mm/초로 펀칭에 의해 형성하였다. 홀 확장률 시험용 펀칭된 샘플의 일부는 펀칭 후에 850℃에서 10 분 동안의 열처리로 어닐링하였다.Specimens for hole expansion rate test with dimensions of 89 × 89 mm were wire EDM cut from the sheet. 10 mm diameter holes were prepared in two ways: punching and wire EDM cutting. Punched holes of 10 mm diameter were formed by punching at 0.25 mm / sec using 16% punch spacing and planar punch profile shapes on an Instron 5985 universal test system. A portion of the punched sample for hole expansion rate test was annealed by heat treatment at 850 ° C. for 10 minutes after punching.
홀 확장률(HER) 시험은 SP-225 유압 프레스 상에서 수행되었으며, 홀을 반경방향 외측으로 균일하게 확장시키는 원뿔형 펀치를 천천히 상승시키는 것으로 구성되었다. 디지털 이미지 카메라 시스템은 원뿔형 펀치에 초점을 맞추고, 균열 형성 및 전파의 증거를 찾기 위해 홀의 에지를 모니터링하였다. The Hole Expansion Ratio (HER) test was performed on an SP-225 hydraulic press and consisted of slowly raising a conical punch that evenly extended the hole radially outward. The digital image camera system focused on conical punches and monitored the edges of the holes to look for evidence of crack formation and propagation.
홀의 초기 직경은 캘리퍼를 사용하여 2회 측정하였고, 측정은 90° 증분으로 실시하였고, 평균하여 초기 홀 직경을 얻었다. 균열이 시편 두께를 통해 전파하는 것이 관찰될 때까지 원뿔형 펀치를 연속적으로 상승시켰다. 시험이 중단된 시점에서 시험 시작 전에 측정된 초기 홀 직경의 백분율로서 홀 확장률을 계산하였다. 확장 후에 매 45° 마다 캘리퍼를 사용하여 4 회의 직경 측정을 실시하였고, 균열에 기인된 홀의 비대칭을 설명하기 위해 평균하였다.Initial diameters of the holes were measured twice using calipers, measurements were made in 90 ° increments and averaged to obtain initial hole diameters. The conical punch was continuously raised until a crack propagated through the specimen thickness. The hole expansion rate was calculated as a percentage of the initial hole diameter measured before the start of the test at the time the test was stopped. Four diameter measurements were made using a caliper every 45 ° after expansion and averaged to account for the asymmetry of the holes due to cracking.
홀 확장률 시험 결과는 표 37에 표시되어 있다. 각각의 에지 조건에 대한 평균 홀 확장률 값도 표시되어 있다. 각각의 에지 조건에 대한 평균 홀 확장률은 도 70에 도시되어 있다. EDM 절단 및 펀칭된 후 어닐링된 에지 조건을 가진 샘플의 경우, 에지 성형성(즉, HER 반응)이 탁월하며, 반면에 펀칭된 에지 조건의 홀을 가진 샘플은 상당히 낮은 에지 성형성을 가진다는 것을 알 수 있다.The hole expansion rate test results are shown in Table 37. The average hole expansion rate values for each edge condition are also shown. The average hole expansion rate for each edge condition is shown in FIG. For samples with annealed edge conditions after EDM cutting and punching, the edge formability (ie HER response) is excellent, whereas samples with holes in punched edge conditions have significantly lower edge formability. Able to know.
[표 37] 상이한 에지 조건을 가진 합금 1의 홀 확장률 Table 37. Hole Expansion Rate of Alloy 1 with Different Edge Conditions
이 실시례는 합금 1의 에지 조건이 인장 특성 및 에지 성형성(즉, HER 반응)에 뚜렷한 영향을 미친다는 것을 입증한다. 펀칭된 에지 조건으로 시험된 인장 샘플은 와이어 EDM 절단된 것 및 펀칭 후 어닐링된 것의 둘 모두에 비해 감쇄된 특성을 갖는다. 펀칭된 에지 조건을 가진 샘플은 평균 3.20%의 홀 확장률을 가지는 반면 EDM 절단 및 펀칭된 후 어닐링된 에지 조건은 각각 82.43% 및 93.10%의 홀 확장률을 갖는다. 에지 조건의 비교는 또한 에지 형성에 관련된 (즉, 펀칭을 통한) 손상은 본 명세서의 합금의 에지 성형성에 중요한 영향을 미친다는 것을 입증한다.This example demonstrates that the edge conditions of Alloy 1 have a marked effect on tensile properties and edge formability (ie, HER response). Tensile samples tested with punched edge conditions have attenuated properties compared to both wire EDM cut and annealed after punch. Samples with punched edge conditions have an average 3.20% hole expansion rate while EDM cut and punched and annealed edge conditions have 82.43% and 93.10% hole expansion rates, respectively. Comparison of edge conditions also demonstrates that damage related to edge formation (ie, through punching) has a significant impact on the edge formability of the alloys herein.
실시례 #14 홀 펀칭 속도의 함수로서의 HER 결과Example # 14 HER Results as a Function of Hole Punching Speed
50 mm의 두께를 가진 슬래브를 표 2에 제공된 원자비에 따라 표 38에 기록된 선택된 합금으로 실험실 주조하였고, 실험실 처리로 열간 압연, 냉간 압연 및 본원에 기술된 바와 같이 850℃에서 10 분 동안 어닐링하였다. 1.2 mm의 최종 두께 및 재결정된 모달 구조(구조 #4, 도 1b)를 가진 각각의 합금으로부터 얻어진 시트를 사용하여 HER 결과에 미치는 홀 펀칭 속도의 영향을 입증하였다.Slabs having a thickness of 50 mm were laboratory cast with selected alloys listed in Table 38 according to the atomic ratios given in Table 2, and hot rolled, cold rolled and annealed for 10 minutes at 850 ° C. as described herein. It was. Sheets obtained from each alloy with a final thickness of 1.2 mm and a recrystallized modal structure (structure # 4, FIG. 1B) were used to demonstrate the effect of hole punching speed on HER results.
89 x 89 mm 크기의 시편을 시트로부터 와이어 EDM 절단하였다. 10 mm의 직경을 가진 홀을 2 가지 상이한 기계 상에서 상이한 속도로 펀칭하였으나, 모든 시편은 16%의 펀치 간격 및 동일한 펀치 프로파일 형상으로 펀칭하였다. 저속(0.25 mm/초, 8 mm/초) 펀칭된 홀은 Instron 5985 범용 시험 시스템을 사용하여 펀칭하였고, 고속(28 mm/초, 114 mm/초, 228 mm/초) 펀칭된 홀은 상업용 펀치 프레스 상에서 펀칭하였다. 모든 홀은 평면 펀치 형상을 이용하여 펀칭하였다.Specimens measuring 89 × 89 mm were wire EDM cut from the sheet. Holes with a diameter of 10 mm were punched at different speeds on two different machines, but all specimens were punched to 16% punch spacing and the same punch profile shape. Low speed (0.25 mm / sec, 8 mm / sec) punched holes were punched using the Instron 5985 universal test system, and high speed (28 mm / sec, 114 mm / sec, 228 mm / sec) punched holes were commercial punches. Punched on press. All holes were punched using a flat punch shape.
홀 확장률(HER) 시험은 SP-225 유압 프레스 상에서 수행되었으며, 홀을 반경방향 외측으로 균일하게 확장시키는 원뿔형 펀치를 천천히 상승시키는 것으로 구성되었다. 디지털 이미지 카메라 시스템은 원뿔형 펀치에 초점을 맞추고, 균열 형성 및 전파의 증거를 찾기 위해 홀의 에지를 모니터링하였다. The Hole Expansion Ratio (HER) test was performed on an SP-225 hydraulic press and consisted of slowly raising a conical punch that evenly extended the hole radially outward. The digital image camera system focused on conical punches and monitored the edges of the holes to look for evidence of crack formation and propagation.
홀의 초기 직경은 캘리퍼를 사용하여 2회 측정하였고, 측정은 90° 증분으로 실시하였고, 평균하여 초기 홀 직경을 얻었다. 균열이 시편 두께를 통해 전파하는 것이 관찰될 때까지 원뿔형 펀치를 연속적으로 상승시켰다. 시험이 중단된 시점에서 시험 시작 전에 측정된 초기 홀 직경의 백분율로서 홀 확장률을 계산하였다. 확장 후에 매 45° 마다 캘리퍼를 사용하여 4 회의 직경 측정을 실시하였고, 균열에 기인된 홀의 비대칭을 설명하기 위해 평균하였다.Initial diameters of the holes were measured twice using calipers, measurements were made in 90 ° increments and averaged to obtain initial hole diameters. The conical punch was continuously raised until a crack propagated through the specimen thickness. The hole expansion rate was calculated as a percentage of the initial hole diameter measured before the start of the test at the time the test was stopped. Four diameter measurements were made using a caliper every 45 ° after expansion and averaged to account for the asymmetry of the holes due to cracking.
시험에 대한 홀 확장률 값은 표 37에 표시되어 있다. 각각의 속도 및 16% 펀치 간격으로 시험된 합금에 대한 평균 홀 확장 값이 표시되어 있다. 펀치 속도의 함수로서 평균 홀 확장률이 합금 1, 합금 9, 및 합금 12에 대해 도 71, 도 72 및 도 73에 각각 도시되어 있다. 펀치 속도가 증가함에 따라 시험된 모든 합금은 홀 확장률의 증가에 의해 입증되는 바와 같이 긍정적인 에지 성형성 반응을 갖는다는 것을 알 수 있다. 이러한 증가의 이유는 다음의 영향과 관련되는 것으로 생각된다. 펀치 속도가 높을 수록, 전단된 에지에서 생성되는 열량이 증가할 것으로 예상되며, 이 국부적 온도 스파이크는 어닐링 효과를 일으킬 수 있다(즉, 인시츄 어닐링). 대안적으로, 펀치 속도가 증가하면, 재결정된 모달 구조(즉, 구조 #4 in 도 1B)로부터 미세화된 고강도 나노모달 구조(즉, 구조 #5 in 도 1B)로 변태되는 재료의 양이 감소될 수 있다. 동시에, 국부적 재결정(즉, 도 1b의 메커니즘 #3)을 가능하게 하는 온도 스파이크로 인해, 미세화된 고강도 나노모달 구조(즉, 구조 #5 in 도 1B)의 양이 감소될 수 있다. The hole expansion rate values for the test are shown in Table 37. Average hole expansion values are shown for the alloys tested at each speed and 16% punch interval. Average hole expansion rates as a function of punch speed are shown in FIGS. 71, 72 and 73 for Alloy 1, Alloy 9, and Alloy 12, respectively. It can be seen that as the punch speed increases, all alloys tested have a positive edge formability response as evidenced by the increase in hole expansion rate. The reason for this increase is considered to be related to the following effects. Higher punch rates are expected to increase the amount of heat generated at the sheared edges, which local temperature spikes can cause an annealing effect (ie in situ annealing). Alternatively, increasing the punch speed may reduce the amount of material transformed from the recrystallized modal structure (ie, structure # 4 in FIG. 1B) to the refined high strength nanomodal structure (ie,
[표 38] 상이한 펀치 속도에서의 홀 확장률 Table 38. Hole Expansion Rate at Different Punch Speeds
(mm/초)(mm / sec)
(%)(%)
(%)(%)
이 실시례는 홀 확장률에 의해 측정된 펀칭 속도에 미치는 에지 성형성의 의존성을 입증한다. 펀치 속도가 증가함에 따라, 시험된 합금에 대한 홀 확장률은 일반적으로 증가한다. 펀칭 속도가 증가하면, 에지의 성질은 에지 성형성(즉, HER 반응)이 개선되도록 변화된다. 측정된 것보다 큰 펀칭 속도에서, 에지 성형성은 훨씬 더 큰 홀 확장률 값을 향해 계속 개선될 것으로 예상된다.This example demonstrates the dependence of the edge formability on the punching speed measured by the hole expansion rate. As the punch speed increases, the hole expansion rate for the alloys tested generally increases. As the punching speed increases, the properties of the edges change to improve edge formability (ie, HER response). At punching speeds greater than measured, edge formability is expected to continue to improve towards much larger hole expansion rate values.
실시례 #15 홀 펀칭 속도의 함수로서의 DP980의 HER
상업적으로 생산 및 가공된 이중 상 980 강(Dual Phase 980 steel)을 구입하여 홀 확장률 시험을 수행하였다. 모든 시편은 수취된 (상업적으로 처리된) 그대로의 상태로 시험되었다.The hole expansion rate test was performed by purchasing a commercially produced and processed dual phase 980 steel. All specimens were tested as received (commercially processed).
89 x 89 mm 크기의 시편을 시트로부터 와이어 EDM 절단하였다. 10 mm의 직경을 가진 홀을 2 가지 상이한 기계 상에서 상이한 속도로 펀칭하였으나, 모든 시편은 상업용 펀치 프레스를 이용하여 16%의 펀치 간격 및 동일한 펀치 프로파일 형상으로 펀칭하였다. 저속(0.25 mm/초) 펀칭된 홀은 Instron 5985 범용 시험 시스템을 사용하여 펀칭하였고, 고속(28 mm/초, 114 mm/초, 228 mm/초) 펀칭된 홀은 상업용 펀치 프레스 상에서 펀칭하였다. 모든 홀은 평면 펀치 형상을 이용하여 펀칭하였다.Specimens measuring 89 × 89 mm were wire EDM cut from the sheet. Holes with a diameter of 10 mm were punched at different speeds on two different machines, but all specimens were punched with a punch punch of 16% and the same punch profile shape using a commercial punch press. Low speed (0.25 mm / sec) punched holes were punched using an Instron 5985 universal test system, and high speed (28 mm / sec, 114 mm / sec, 228 mm / sec) punched holes were punched on a commercial punch press. All holes were punched using a flat punch shape.
홀 확장률(HER) 시험은 SP-225 유압 프레스 상에서 수행되었으며, 홀을 반경방향 외측으로 균일하게 확장시키는 원뿔형 펀치를 천천히 상승시키는 것으로 구성되었다. 디지털 이미지 카메라 시스템은 원뿔형 펀치에 초점을 맞추고, 균열 형성 및 전파의 증거를 찾기 위해 홀의 에지를 모니터링하였다. The Hole Expansion Ratio (HER) test was performed on an SP-225 hydraulic press and consisted of slowly raising a conical punch that evenly extended the hole radially outward. The digital image camera system focused on conical punches and monitored the edges of the holes to look for evidence of crack formation and propagation.
홀의 초기 직경은 캘리퍼를 사용하여 2회 측정하였고, 측정은 90° 증분으로 실시하였고, 평균하여 초기 홀 직경을 얻었다. 균열이 시편 두께를 통해 전파하는 것이 관찰될 때까지 원뿔형 펀치를 연속적으로 상승시켰다. 시험이 중단된 시점에서 시험 시작 전에 측정된 초기 홀 직경의 백분율로서 홀 확장률을 계산하였다. 확장 후에 매 45° 마다 캘리퍼를 사용하여 4 회의 직경 측정을 실시하였고, 균열에 기인된 홀의 비대칭을 설명하기 위해 평균하였다.Initial diameters of the holes were measured twice using calipers, measurements were made in 90 ° increments and averaged to obtain initial hole diameters. The conical punch was continuously raised until a crack propagated through the specimen thickness. The hole expansion rate was calculated as a percentage of the initial hole diameter measured before the start of the test at the time the test was stopped. Four diameter measurements were made using a caliper every 45 ° after expansion and averaged to account for the asymmetry of the holes due to cracking.
홀 확장 시험 값은 표 39에 표시되어 있다. 각각의 펀치 속도에 대한 평균 홀 확장 값은 16% 펀치 간격에서 상업용 이중 상 980 재료에 대해서도 표시되어 있다. 도 74에서 평균 홀 확장 값은 상업용 이중 상 980 강에 대한 펀칭 속도의 함수로서 작도되어 있다.Hole expansion test values are shown in Table 39. Average hole expansion values for each punch speed are also shown for commercial dual phase 980 materials at 16% punch spacing. The average hole expansion value in FIG. 74 is plotted as a function of punching speed for commercial dual phase 980 steels.
[표 39] 상이한 펀치 속도에서 이중 상 980 강의 홀 확장률 Table 39. Hole expansion rate for dual phase 980 steels at different punch rates
(mm/초)(mm / sec)
(%)(%)
(%)(%)
이 실시례는 이중 상 980 강에서 펀치 속도에 기초한 에지 성능 영향을 측정할 수 없음을 보여준다. 이중 상 980 강에서 측정된 모든 펀치 속도에 대해, 에지 성능(즉, HER 반응)은 21% ± 3% 범위의 범위 내에서 일관되게 유지되며, 이는 도 1a 및 도 1b에 제공된 것과 같은 본원에서 제시하는 고유의 구조 및 메커니즘이 존재하지 않으므로 종래의 AHSS의 에지 성능이 예상대로 펀치 속도에 의해 개선되지 않음을 나타낸다.This example shows that in dual phase 980 steels, edge performance effects based on punch speed cannot be measured. For all punch rates measured in the dual phase 980 steel, the edge performance (ie HER response) remains consistent within the range of 21% ± 3%, as presented herein in FIGS. 1A and 1B. Since there is no unique structure and mechanism, the edge performance of conventional AHSS is not improved by the punch speed as expected.
실시례 #16: 펀치 디자인의 함수로서의 HER 결과Example # 16: HER Results as a Function of Punch Design
50 mm의 두께를 가진 슬래브를 표 2에 제공된 원자비에 따라 합금 1, 합금 9 및 합금 12로 실험실 주조하였고, 실험실 처리로 열간 압연, 냉간 압연 및 본원에 기술된 바와 같이 850℃에서 10 분 동안 어닐링하였다. 1.2 mm의 최종 두께 및 재결정된 모달 구조(구조 #4, 도 1b)를 가진 각각의 합금으로부터 얻어진 시트를 사용하여 HER 결과에 미치는 홀 펀칭 속도의 영향을 입증하였다.Slabs with a thickness of 50 mm were laboratory cast into Alloy 1, Alloy 9 and Alloy 12 according to the atomic ratios provided in Table 2, and were subjected to laboratory treatment for hot rolling, cold rolling and 10 minutes at 850 ° C. as described herein. Annealed. Sheets obtained from each alloy with a final thickness of 1.2 mm and a recrystallized modal structure (structure # 4, FIG. 1B) were used to demonstrate the effect of hole punching speed on HER results.
89 x 89 mm의 시편을 더 큰 부분으로부터 와이어 EDM 절단하였다. 3 가지 상이한 속도(28 mm/초, 114 mm/초, 및 228 mm/초), 16% 펀치 간격, 및 상업용 펀치 프레스를 사용한 4 가지 펀치 프로파일 형상으로 10 mm 직경의 홀을 시편의 중심에 펀칭하였다. 사용된 이들 펀치 형상은 평면, 6° 테이퍼형, 7° 원뿔형, 및 원뿔형 평면이었다. 도 75에 6° 테이퍼형, 7° 원뿔형, 및 원뿔형 평면의 펀치 형상의 개략도가 도시되어 있다.89 x 89 mm specimens were wire EDM cut from larger portions. Punching a 10 mm diameter hole in the center of the specimen with three different speeds (28 mm / sec, 114 mm / sec, and 228 mm / sec), 16% punch spacing, and four punch profile shapes using a commercial punch press It was. These punch shapes used were flat, 6 ° tapered, 7 ° conical, and conical planes. A schematic of the punch shapes of 6 ° tapered, 7 ° conical, and conical planes is shown in FIG.
홀 확장률(HER) 시험은 SP-225 유압 프레스 상에서 수행되었으며, 홀을 반경방향 외측으로 균일하게 확장시키는 원뿔형 펀치를 천천히 상승시키는 것으로 구성되었다. 디지털 이미지 카메라 시스템은 원뿔형 펀치에 초점을 맞추고, 균열 형성 및 전파의 증거를 찾기 위해 홀의 에지를 모니터링하였다. The Hole Expansion Ratio (HER) test was performed on an SP-225 hydraulic press and consisted of slowly raising a conical punch that evenly extended the hole radially outward. The digital image camera system focused on conical punches and monitored the edges of the holes to look for evidence of crack formation and propagation.
홀의 초기 직경은 캘리퍼를 사용하여 2회 측정하였고, 측정은 90° 증분으로 실시하였고, 평균하여 초기 홀 직경을 얻었다. 균열이 시편 두께를 통해 전파하는 것이 관찰될 때까지 원뿔형 펀치를 연속적으로 상승시켰다. 시험이 중단된 시점에서 시험 시작 전에 측정된 초기 홀 직경의 백분율로서 홀 확장률을 계산하였다. 확장 후에 매 45° 마다 캘리퍼를 사용하여 4 회의 직경 측정을 실시하였고, 균열에 기인된 홀의 비대칭을 설명하기 위해 평균하였다.Initial diameters of the holes were measured twice using calipers, measurements were made in 90 ° increments and averaged to obtain initial hole diameters. The conical punch was continuously raised until a crack propagated through the specimen thickness. The hole expansion rate was calculated as a percentage of the initial hole diameter measured before the start of the test at the time the test was stopped. Four diameter measurements were made using a caliper every 45 ° after expansion and averaged to account for the asymmetry of the holes due to cracking.
홀 확장률 데이터는 4 가지 펀치 형상 및 2 가지 펀치 속도에서 합금 1, 합금 9, 및 합금 12에 대해 표 40, 표 41, 및 표 42에 각각 포함되어 있다. 합금 1, 합금 9, 및 합금 12에 대한 평균 홀 확장 값은 각각 도 76, 도 77 및 도 78에 표시되어 있다. 시험된 모든 합금에 대해, 7° 원뿔형 펀치 형상은 다른 모든 펀치 형상과 비교하여 최대의 즉 최대 홀 확장률과 동일한 확장률을 달성하였다. 펀치 속도가 증가하면 또한 모든 펀치 형상에 대해 에지 성형성(즉, HER 반응이 개선된다. 상이한 펀치 형상에서 펀칭 속도가 증가하면, 본 명세서의 합금은 이러한 더 높은 상대적 펀치 속도에서 에지의 국부적 가열, 유발 메커니즘(#3), 및 어느 정도의 구조(#4)의 형성이 존재할 수 있다고 생각되므로 어느 정도의 재결정(메커니즘 #3)을 겪을 수 있다.Hole expansion rate data are included in Tables 40, 41, and 42, respectively for Alloy 1, Alloy 9, and Alloy 12 at four punch shapes and two punch rates. Average hole expansion values for Alloy 1, Alloy 9, and Alloy 12 are shown in FIGS. 76, 77, and 78, respectively. For all alloys tested, the 7 ° conical punch shape achieved an expansion rate equal to the maximum or maximum hole expansion rate compared to all other punch shapes. Increasing the punch rate also improves edge formability (ie HER response for all punch shapes). If the punching speed is increased at different punch shapes, the alloys of the present disclosure will provide for local heating of the edges at these higher relative punch rates, It is believed that there may be a trigger mechanism (# 3), and some formation of structure (# 4), so that some recrystallization (mechanism # 3) may be experienced.
[표 40] 상이한 펀치 형상에서 합금 1의 홀 확장률 Table 40. Hole Expansion Rate of Alloy 1 at Different Punch Shapes
(mm/초)(mm / sec)
(%)(%)
(%)(%)
[표 41] 상이한 펀치 형상에서 합금 9의 홀 확장률 Table 41. Hole Expansion Rate of Alloy 9 at Different Punch Shapes
(mm/초)(mm / sec)
(%)(%)
(%)(%)
[표 42] 상이한 펀치 형상에서 합금 12의 홀 확장률 Table 42. Hole Expansion Rate of Alloy 12 at Different Punch Shapes
(mm/초)(mm / sec)
(%)(%)
(%)(%)
이 실시례는 시험된 모든 합금에 대해 에지 성형성에 미치는 펀치 형상의 영향이 존재함을 보여준다. 시험된 모든 합금에 대해, 원뿔형 펀치 형상이 최대의 홀 확장률을 생성하며, 이는 펀치 형상을 평면 펀치로부터 원뿔형 펀치 형상으로 수정하면 펀칭된 에지로 인한 재료 내의 손상을 감소시켜 에지 성형성을 개선시킨다는 것을 입증한다. 7° 원뿔형 펀치 형상은 평면 펀치 형상과 비교했을 때 최대 에지 성형성 증가를 보이며, 원뿔형 평면 형상은 시험된 대부분의 합금에 걸쳐 약간 더 낮은 홀 확장률을 생성한다. 합금 1의 경우, 펀치 형상의 영향은 펀칭 속도의 증가에 따라 감소되며, 3 가지 시험된 형상은 홀 확장률에 의해 측정된 바 거의 동등한 에지 성형성을 발휘한다(도 79). 펀치 형상은 펀치 속도의 증가와 함께 재료의 에지 내의 펀칭으로부터의 잔류 손상을 크게 저감시키고, 그 결과 에지 성형성을 개선시킨다는 것이 입증되었다. 펀치 속도가 높을 수록, 전단된 에지에서 생성되는 열량이 증가할 것으로 예상되며, 이 국부적 온도 스파이크는 어닐링 효과를 일으킬 수 있다(즉, 인시츄 어닐링). 대안적으로, 펀치 속도가 증가하면, 재결정된 모달 구조(즉, 구조 #4 in 도 1B)로부터 미세화된 고강도 나노모달 구조(즉, 구조 #5 in 도 1B)로 변태되는 재료의 양이 감소될 수 있다. 동시에, 국부적 재결정(즉, 도 1b의 메커니즘 #3)을 가능하게 하는 온도 스파이크로 인해, 미세화된 고강도 나노모달 구조(즉, 구조 #5 in 도 1B)의 양이 감소될 수 있다.This example shows that there is an impact of punch shape on edge formability for all alloys tested. For all alloys tested, the conical punch shape produces the maximum hole expansion rate, which means that modifying the punch shape from a planar punch to a conical punch shape reduces edge damage in the material due to punched edges, thereby improving edge formability. Prove that. The 7 ° conical punch shape shows the maximum edge formability increase compared to the planar punch shape, and the conical planar shape produces slightly lower hole expansion rates over most of the alloys tested. For Alloy 1, the effect of the punch shape is reduced with increasing punching speed, and the three tested shapes exhibit nearly equivalent edge formability as measured by the hole expansion rate (FIG. 79). It has been demonstrated that the punch shape greatly reduces residual damage from punching in the edges of the material with increasing punch speed, and as a result improves edge formability. Higher punch rates are expected to increase the amount of heat generated at the sheared edges, which local temperature spikes can cause an annealing effect (ie in situ annealing). Alternatively, increasing the punch speed may reduce the amount of material transformed from the recrystallized modal structure (ie, structure # 4 in FIG. 1B) to the refined high strength nanomodal structure (ie,
실시례 #17: 홀 펀칭 속도의 함수로서 상업용 강 등급의 HERExample # 17: Commercial steel grade HER as a function of hole punching speed
상업용 강 등급 780, 980 및 1180에 대하여 홀 확장률 시험을 수행하였다. 모든 시편은 수취된 (상업적으로 처리된) 그대로의 시트 상태로 시험되었다.Hole expansion rate tests were performed on commercial steel grades 780, 980 and 1180. All specimens were tested as received sheets (commercially processed).
89 x 89 mm 크기의 시편을 각 등급의 시트로부터 와이어 EDM 절단하였다 10 mm 직경을 가진 홀을 상업용 펀치 프레스를 사용하여 동일한 펀치 프로파일 형상으로 2 가지 상이한 기계에서 상이한 속도로 펀칭하였다. 저속(0.25 mm/초) 펀칭된 홀은 Instron 5985 범용 시험 시스템을 사용하여 펀칭하였고, 고속(28 mm/초, 114 mm/초, 228 mm/초) 펀칭된 홀은 상업용 펀치 프레스 상에서 펀칭하였다 모든 홀은 평면 펀치 형상을 이용하여 펀칭하였다.Specimens of 89 × 89 mm size were wire EDM cut from each grade of sheet. Holes with a 10 mm diameter were punched at different speeds on two different machines in the same punch profile shape using a commercial punch press. Low speed (0.25 mm / sec) punched holes were punched using an Instron 5985 universal test system, and high speed (28 mm / sec, 114 mm / sec, 228 mm / sec) punched holes were punched on a commercial punch press. Holes were punched using a flat punch shape.
홀 확장률(HER) 시험은 SP-225 유압 프레스 상에서 수행되었으며, 홀을 반경방향 외측으로 균일하게 확장시키는 원뿔형 펀치를 천천히 상승시키는 것으로 구성되었다. 디지털 이미지 카메라 시스템은 원뿔형 펀치에 초점을 맞추고, 균열 형성 및 전파의 증거를 찾기 위해 홀의 에지를 모니터링하였다. The Hole Expansion Ratio (HER) test was performed on an SP-225 hydraulic press and consisted of slowly raising a conical punch that evenly extended the hole radially outward. The digital image camera system focused on conical punches and monitored the edges of the holes to look for evidence of crack formation and propagation.
홀의 초기 직경은 캘리퍼를 사용하여 2회 측정하였고, 측정은 90° 증분으로 실시하였고, 평균하여 초기 홀 직경을 얻었다. 균열이 시편 두께를 통해 전파하는 것이 관찰될 때까지 원뿔형 펀치를 연속적으로 상승시켰다. 시험이 중단된 시점에서 시험 시작 전에 측정된 초기 홀 직경의 백분율로서 홀 확장률을 계산하였다. 확장 후에 매 45° 마다 캘리퍼를 사용하여 4 회의 직경 측정을 실시하였고, 균열에 기인된 홀의 비대칭을 설명하기 위해 평균하였다.Initial diameters of the holes were measured twice using calipers, measurements were made in 90 ° increments and averaged to obtain initial hole diameters. The conical punch was continuously raised until a crack propagated through the specimen thickness. The hole expansion rate was calculated as a percentage of the initial hole diameter measured before the start of the test at the time the test was stopped. Four diameter measurements were made using a caliper every 45 ° after expansion and averaged to account for the asymmetry of the holes due to cracking.
홀 확장 시험의 결과는 표 43 내지 표 45에 표시되고, 도 80에 도시되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 홀 확장률은 모든 시험된 등급에서 펀칭 속도를 증가시켜도 개선되지 않는다. The results of the hole expansion test are shown in Tables 43-45 and shown in FIG. 80. As can be seen, the hole expansion rate does not improve with increasing punching speed in all tested grades.
[표 43] 상이한 펀치 속도에서 780 강 등급의 홀 확장률 Table 43. Hole expansion rate of 780 steel grades at different punch speeds
[표 44] 상이한 펀치 속도에서 980 강 등급의 홀 확장률 Table 44 Hole expansion rates of 980 steel grades at different punch speeds
[표 45] 상이한 펀치 속도에서 1180 강 등급의 홀 확장률 Table 45 Hole Expansion Rate of 1180 Steel Grades at Different Punch Speeds
이 실시례는 시험된 상업용 강 등급에서 홀 펀칭 속도에 기초한 에지 성능 영향이 측정될 수 없음을 보여주고, 이는 도 1a 및 도 1b에 제공된 것과 같은 본원에서 제시하는 고유의 구조 및 메커니즘이 존재하지 않으므로 종래의 AHSS의 에지 성능이 예상대로 펀치 속도에 의해 영향을 받거나 개선되지 않음을 나타낸다.This example shows that edge performance effects based on hole punching rates cannot be measured in commercial steel grades tested, since there is no inherent structure and mechanism presented herein as provided in FIGS. 1A and 1B. It is shown that the edge performance of conventional AHSS is not affected or improved by the punch speed as expected.
실시례 #18: 홀 확장률에 대한 후(post) 균일 신율의 상관관계Example # 18: Correlation of Post Uniform Elongation to Hole Expansion Rate
기존의 강 재료는 측정된 홀 확장률과 재료의 후 균일 신율의 강한 상관관계를 보이는 것으로 밝혀졌다. 재료의 후 균일 신율은 인장 시험 중의 샘플의 총 신율과 인장 시험 중의 전형적으로 최대 인장 강도에서의 균일 신율 사이의 차이로서 정의된다. 기존의 재료 상관관계와 비교를 위해 약 1.2 mm 두께의 시트 재료에서 합금 1 및 합금 9에 대해 일축 인장 시험 및 홀 확장률 시험을 완료하였다.Conventional steel materials have been found to show a strong correlation between the measured hole expansion rate and the post uniform elongation of the material. Post-uniform elongation of a material is defined as the difference between the total elongation of the sample in the tensile test and the uniform elongation at typical maximum tensile strength during the tensile test. Uniaxial tensile tests and hole expansion rate tests were completed for Alloy 1 and Alloy 9 on sheet materials about 1.2 mm thick for comparison with existing material correlations.
50 mm의 두께를 가진 슬래브를 표 2에 제공된 원자비에 따라 합금 1 및 합금 9로 실험실 주조하였고, 실험실 처리로 열간 압연, 냉간 압연 본원의 본문 부분에 기술된 바와 같이 850℃에서 10 분 동안 어닐링하였다. Slabs with a thickness of 50 mm were laboratory cast into Alloy 1 and Alloy 9 according to the atomic ratios given in Table 2, and hot rolled, cold rolled by laboratory treatment for 10 minutes at 850 ° C. as described in the text part of the present application. It was.
ASTM E8 형상의 인장 시편을 와이어 EDM 의해 제조하였다. 모든 샘플은 본 명세서의 본문 부분에 기술된 표준 시험 절차에 따라 시험되었다. 각 합금에 대한 균일 신율 및 총 신율의 평균을 이용하여 후 균일 신율을 계산하였다. 합금 1 및 합금 9에 대한 평균 균일 신율, 평균 총 신율, 및 계산된 후 균일 신율은 표 46에 제공되어 있다.Tensile specimens of ASTM E8 shape were prepared by wire EDM. All samples were tested according to the standard test procedure described in the text section of this specification. The post uniform elongation was calculated using the average of the elongation and total elongation for each alloy. The average uniform elongation, average total elongation, and the calculated uniform elongation for Alloy 1 and Alloy 9 are provided in Table 46.
89 x 89 mm의 크기를 가진 홀 확장률 시험용 시편을 합금 1 및 합금 9의 시트로부터 와이어 EDM 절단하였다. 10 mm 직경의 홀이 12% 간격으로 Instron 5985 범용 시험 시스템 상에서 0.25 mm/초로 펀칭되었다. 모든 홀은 평면 펀치 형상을 이용하여 펀칭하였다. 이들 시험 파라미터는 산업계 및 학계의 전문가가 홀 확장률 시험을 위해 일반적으로 사용하므로 선택되었다.Specimens for hole expansion rate testing with dimensions of 89 × 89 mm were wire EDM cut from sheets of Alloy 1 and Alloy 9. 10 mm diameter holes were punched at 0.25 mm / sec on the Instron 5985 universal test system at 12% intervals. All holes were punched using a flat punch shape. These test parameters were chosen because they are commonly used by industry and academic experts for hole expansion rate testing.
홀 확장률(HER) 시험은 SP-225 유압 프레스 상에서 수행되었으며, 홀을 반경방향 외측으로 균일하게 확장시키는 원뿔형 펀치를 천천히 상승시키는 것으로 구성되었다. 디지털 이미지 카메라 시스템은 원뿔형 펀치에 초점을 맞추고, 균열 형성 및 전파의 증거를 찾기 위해 홀의 에지를 모니터링하였다. The Hole Expansion Ratio (HER) test was performed on an SP-225 hydraulic press and consisted of slowly raising a conical punch that evenly extended the hole radially outward. The digital image camera system focused on conical punches and monitored the edges of the holes to look for evidence of crack formation and propagation.
홀의 초기 직경은 캘리퍼를 사용하여 2회 측정하였고, 측정은 90° 증분으로 실시하였고, 평균하여 초기 홀 직경을 얻었다. 균열이 시편 두께를 통해 전파하는 것이 관찰될 때까지 원뿔형 펀치를 연속적으로 상승시켰다. 시험이 중단된 시점에서 시험 시작 전에 측정된 초기 홀 직경의 백분율로서 홀 확장률을 계산하였다. 확장 후에 매 45° 마다 캘리퍼를 사용하여 4 회의 직경 측정을 실시하였고, 균열에 기인된 홀의 비대칭을 설명하기 위해 평균하였다.Initial diameters of the holes were measured twice using calipers, measurements were made in 90 ° increments and averaged to obtain initial hole diameters. The conical punch was continuously raised until a crack propagated through the specimen thickness. The hole expansion rate was calculated as a percentage of the initial hole diameter measured before the start of the test at the time the test was stopped. Four diameter measurements were made using a caliper every 45 ° after expansion and averaged to account for the asymmetry of the holes due to cracking.
합금 1 및 합금 9의 측정된 홀 확장률 값은 표 46에 표시되어 있다.The measured hole expansion rate values for Alloy 1 and Alloy 9 are shown in Table 46.
[표 46] 합금 1 및 합금 9의 일축 인장 및 홀 확장 데이터 Table 46. Uniaxial Tensile and Hole Expansion Data for Alloy 1 and Alloy 9
균일 신율Uniform elongation
총 신율Total elongation
(ε(ε
pulpul
))
상업용 기준 데이터는 [Paul S.K., J Mater Eng Perform 2014; 23:3610.]로부터 표 47에 표시되어 있다.. 상업용 데이터의 경우, S.K. Paul의 예측은 재료의 홀 확장률은 후 균일 신율의 7.5 배에 비례한다고 한다(식 1 참조).Commercial reference data are described by Paul S.K., J Mater Eng Perform 2014; 23: 3610.], Which is shown in Table 47. For commercial data, S.K. Paul predicts that the hole expansion rate of the material is proportional to 7.5 times the post-uniform elongation (see Equation 1).
HER = 7.5(εpul) 식 1 HER = 7.5 (ε pul ) Equation 1
[표 47] [Paul S.K., J Mater Eng Perform 2014;23:3610.]로부터의 기준 데이터 TABLE 47 Reference data from Paul SK, J Mater Eng Perform 2014; 23: 3610.
(ε(ε
pulpul
))
합금 1 및 합금 9의 후 균일 신율 및 홀 확장률은 상업용 합금 데이터 및 S.K. Paul의 예상 상관관계를 이용하여 도 81에 작도되어 있다. 합금 1 및 합금 9의 데이터는 예상된 상관관계 선을 따르지 않음에 유의한다.이 실시례는 본 명세서의 강 합금의 경우에 후 균일 신율과 홀 확장률의 상관관계가 상업용 강 등급의 것을 따르지 않음을 보여준다. 합금 1 및 합금 9의 측정된 홀 확장률은 기존의 상업용 강 등급의 상관관계에 기초한 예측 값보다 훨씬 작고, 이는, 예를 들면, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같은 고유의 구조 및 메커니즘의 영향이 본 명세서의 강 합금에 존재함을 나타낸다. Post uniform elongation and hole expansion rates of Alloy 1 and Alloy 9 were obtained from commercial alloy data and S.K. It is plotted in FIG. 81 using Paul's expected correlation. Note that the data of Alloy 1 and Alloy 9 do not follow the expected correlation lines. This example does not follow the correlation of post uniform elongation and hole expansion rate for commercial steel grades for the steel alloys herein. Shows. The measured hole expansion rates of Alloy 1 and Alloy 9 are much smaller than predicted values based on the correlation of existing commercial steel grades, which, for example, inherent in structures and mechanisms as shown in FIGS. Influence is present in the steel alloys herein.
실시례 #19 홀 확장 속도의 함수로서 HER 성능Example # 19 HER Performance as a Function of Hole Expansion Rate
50 mm의 두께를 가진 슬래브를 표 2에 제공된 원자비에 따라 3가지의 선택된 합금으로 실험실 주조하였고, 실험실 처리로 열간 압연, 냉간 압연 및 본원에 기술된 바와 같이 850℃에서 10 분 동안 어닐링하였다. 1.2 mm의 최종 두께를 갖는 재결정된 모달 구조를 갖는 각각의 합금으로부터의 시트를 사용하여 HER 성능에 미치는 홀 확장 속도의 영향을 입증하였다.Slabs with a thickness of 50 mm were lab cast into three selected alloys according to the atomic ratios provided in Table 2, and hot rolled, cold rolled and annealed at 850 ° C. for 10 minutes as described herein. Sheets from each alloy with recrystallized modal structures with a final thickness of 1.2 mm were used to demonstrate the effect of hole expansion rate on HER performance.
89 x 89 mm 크기의 시편을 시트로부터 와이어 EDM으로 절단하였다. 상업용 펀치 프레스 상에서 228 mm/초의 일정한 속도로 10 mm 직경의 홀을 펀칭하였다. 모든 홀은 평면 펀치 형상 및 약 16% 다이에 대한 펀치의 간격으로 펀칭되었다.Specimens of 89 × 89 mm size were cut from the sheet with wire EDM. 10 mm diameter holes were punched on a commercial punch press at a constant speed of 228 mm / sec. All holes were punched out with a flat punch shape and spacing of punches for about 16% die.
홀 확장률(HER) 시험은 Interlaken Technologies SP-225 유압 프레스 상에서 수행되었으며, 홀을 반경방향 외측으로 균일하게 확장시키는 원뿔형 펀치를 상승시키는 것으로 구성되었다. 5, 25, 50, 및 100 mm/분의 4 가지 홀 확장 속도, 즉 원뿔형 램 이동 속도가 사용되었다. 디지털 이미지 카메라 시스템은 원뿔형 펀치에 초점을 맞추고, 균열 형성 및 전파의 증거를 찾기 위해 홀의 에지를 모니터링하였다. Hole expansion rate (HER) testing was performed on an Interlaken Technologies SP-225 hydraulic press and consisted of raising a conical punch that evenly extended the hole radially outward. Four hole expansion speeds of 5, 25, 50, and 100 mm / min, ie conical ram movement speed, were used. The digital image camera system focused on conical punches and monitored the edges of the holes to look for evidence of crack formation and propagation.
홀의 초기 직경은 캘리퍼를 사용하여 2회 측정하였고, 측정은 90° 증분으로 실시하였고, 평균하여 초기 홀 직경을 얻었다. 균열이 시편 두께를 통해 전파하는 것이 관찰될 때까지 원뿔형 펀치를 연속적으로 상승시켰다. 시험이 중단된 시점에서 시험 시작 전에 측정된 초기 홀 직경의 백분율로서 홀 확장률을 계산하였다. 확장 후에 매 45° 마다 캘리퍼를 사용하여 4 회의 직경 측정을 실시하였고, 균열에 기인된 홀의 비대칭을 설명하기 위해 평균하였다. Initial diameters of the holes were measured twice using calipers, measurements were made in 90 ° increments and averaged to obtain initial hole diameters. The conical punch was continuously raised until a crack propagated through the specimen thickness. The hole expansion rate was calculated as a percentage of the initial hole diameter measured before the start of the test at the time the test was stopped. Four diameter measurements were made using a caliper every 45 ° after expansion and averaged to account for the asymmetry of the holes due to cracking.
시험에 대한 홀 확장률 값은 표 48에 표시되어 있다. 평균 홀 확장률 값은 각각의 속도에 대해 표시되어 있고, 시험된 합금은 모두 3 개의 합금에서 홀 확장 속도가 증가함에 따라 HER 값이 증가함을 보여준다. 홀 확장 속도의 영향은 또한 합금 1, 합금 9, 및 합금 12에 대해 각각 도 82, 도 83, 및 도 84에서 입증되어 있다.The hole expansion rate values for the test are shown in Table 48. Average hole expansion rate values are indicated for each speed, and the tested alloys show that the HER value increases as the hole expansion speed increases in all three alloys. The effect of the hole expansion rate is also demonstrated in FIGS. 82, 83, and 84 for Alloy 1, Alloy 9, and Alloy 12, respectively.
[표 48] 상이한 확장 속도에서 선택된 합금의 홀 확장률 Table 48. Hole Expansion Rate of Selected Alloys at Different Expansion Rates
(mm/초)(mm / sec)
(mm/분)(mm / min)
(%)(%)
(%)(%)
이 실시례는 HER 시험에 의해 측정되는 에지 성형성, 즉 상대적으로 감소된 균열을 갖는 변형 능력이 홀 에지의 변형 속도(즉, 홀 확장 속도)에 의해 영향을 받을 수 있음을 보여준다. 이 실시례에서 시험된 합금은 홀 확장 속도가 증가하면 측정된 홀 확장률이 상대적으로 더 높아지는 홀 확장률과 홀 확장 속도 사이의 긍정적인 상관관계를 보여준다.This example shows that the edge formability measured by the HER test, i.e., the deformation ability with relatively reduced cracking, can be influenced by the strain rate (i.e., hole expansion rate) of the hole edge. The alloy tested in this example shows a positive correlation between the hole expansion rate and the hole expansion rate where the measured hole expansion rate is relatively higher as the hole expansion rate is increased.
따라서, 본 개시의 넓은 맥락에서, (예를 들면, 펀칭, 전단, 피어싱, 천공, 절단, 크로핑, 스탬핑으로) 에지를 형성할 때 금속 합금의 변형을 유발하는 임의의 에지 형성 방법에 의해 임의의 형상의 에지가 형성된 후, 형성된 이 에지를 확장시키는 속도를 증가시키면 에지 자체가 상대적으로 감소된 균열의 경향으로 더 확장될 수 있다는 것이 확립되었다. 따라서 본 명세서의 에지는 본 명세서에 기술된 합금의 금속 시트 내의 내부 홀이나 이러한 금속 시트 상의 외부 에지를 형성하는 에지를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서의 에지는 전형적으로 펀칭, 전단, 코이닝 및 굴곡가공을 포함하는 금속 가공 작업에 대한 기준인 프로그레시브 다이 스탬핑(progressive die stamping) 작업으로 형성될 수 있다. 본 명세서의 에지는 차량, 또는 더 구체적으로는, 차량 프레임, 차량 섀시, 또는 차량 패널의 일부에 존재할 수 있다.. Thus, in the broad context of the present disclosure, by any edge forming method that causes deformation of the metal alloy when forming the edge (eg, by punching, shearing, piercing, drilling, cutting, cropping, stamping) It has been established that after the edges of the shape of are formed, increasing the speed of expanding these formed edges can expand further with the tendency of the relatively reduced cracking. Thus, the edges herein can include inner holes in metal sheets of alloys described herein or edges that form outer edges on such metal sheets. In addition, the edges herein can be formed by progressive die stamping operations, which are typically the basis for metalworking operations including punching, shearing, coining, and bending. Edges herein may be present in a vehicle, or more specifically in a vehicle frame, vehicle chassis, or part of a vehicle panel.
본 명세서에서 에지 확장이라고 함은 대응하는 에지 두께의 변화를 수반하여 이러한 에지의 길이를 증가시키는 것으로 이해된다. 이는 표 48의 상기 데이터에 의해 확인되며, 이는 홀에 존재하는 에지에 관하여, 이러한 홀 내의 에지가 5 mm/분 이상의 속도로 확장되는 경우, 홀 확장률의 증가(즉, 홀 내의 에지가 원래의 직경에 비해 더 높은 백분율로 확장될 수 있음)가 관찰되고, 에지는, 예를 들면, 도 91의 확장된 에지의 단면에서 보이는 바와 같이 더 얇아짐을 보여준다. Edge expansion is understood herein to increase the length of such an edge with a corresponding change in edge thickness. This is confirmed by the above data in Table 48, which, in relation to the edges present in the holes, increases the rate of hole expansion (i.e., the edges in the holes are original when the edges in these holes expand at a rate of 5 mm / min or more). Can be expanded at a higher percentage relative to diameter), and the edges become thinner, for example as seen in the cross section of the expanded edge of FIG. 91.
실시례 20 펀치 속도 및 홀 확장 속도의 함수로서 HER 성능Example 20 HER Performance as a Function of Punch Speed and Hole Expansion Speed
표 2에 제공된 원자비에 따른 합금 9로부터 시트가 제조되었다. 연속 주조에 의해 제조된 슬래브를 핫 밴드로 열간 압연한 후 냉간 압연에 의해 약 1.4 mm의 두께의 시트로 압연하고 어닐링 사이클에 의해 가공하였다. SEM 및 에칭된 광학 현미경검사를 모두 사용하는 제조된 시트의 미세구조는 전형적인 재결정된 모달 구조를 보이는 도 85에서 입증된다. Sheets were prepared from alloy 9 according to the atomic ratios provided in Table 2. The slab produced by continuous casting was hot rolled with hot bands and then cold rolled into a sheet about 1.4 mm thick and processed by an annealing cycle. The microstructure of the prepared sheet using both SEM and etched optical microscopy is demonstrated in FIG. 85 showing a typical recrystallized modal structure.
도 85a 및 도 85b에서, SEM 현미경사진은 일부의 어닐링 쌍정 및 적층 결함을 함유하는 오스테나이트계 결정립의 마이크론 규모의 특성을 보여준다. 도 85c 및 도 85d에서, 에칭된 샘플은 광학 현미경법으로 검사하였다. 결정립계가 우선적으로 에칭되고, 미세구조는 결정립계를 표시함을 알 수 있다. 결정립 크기는 라인 인터셉트(line intercept) 방법으로 측정되며, 15 μm의 평균값을 갖는 6 μm 내지 22 μm의 범위이다.85A and 85B, SEM micrographs show micron-scale properties of austenite-based grains containing some annealing twins and stacking defects. In FIGS. 85C and 85D, the etched samples were examined by light microscopy. It can be seen that the grain boundaries are preferentially etched and the microstructures indicate grain boundaries. Grain size is measured by the line intercept method and ranges from 6 μm to 22 μm with an average value of 15 μm.
HER 시험을 위해 재결정된 모달 구조를 갖는 시트를 사용하였다. 89 x 89 mm 크기의 시편을 시트로부터 와이어 EDM으로 절단하였다. 10 mm 직경의 홀을 2 가지 상이한 속도(Instron 기계적 시험 프레임을 사용하여 5 mm/초의 속도 및 상업용 펀치 프레스를 사용하여 228 mm/초의 속도)로 펀칭하고, 평면 펀치 형상 및 각각 약 12.5% 및 16%의 다이에 대한 펀치의 간격을 사용하였다.Sheets with recrystallized modal structure were used for the HER test. Specimens of 89 × 89 mm size were cut from the sheet with wire EDM. 10 mm diameter holes were punched at two different speeds (5 mm / sec using Instron mechanical test frames and 228 mm / sec using commercial punch presses), flat punch shapes and about 12.5% and 16, respectively Punch spacing for die of% was used.
홀 확장률(HER) 시험은 Interlaken Technologies SP-225 유압 프레스 상에서 수행되었으며, 홀을 반경방향 외측으로 균일하게 확장시키는 원뿔형 펀치를 상승시키는 것으로 구성되었다. 3 mm/분 및 50 mm/분의 2 가지 홀 확장 속도, 즉 원뿔형 램 이동 속도를 사용하였다. 디지털 이미지 카메라 시스템은 원뿔형 펀치에 초점을 맞추고, 균열 형성 및 전파의 증거를 찾기 위해 홀의 에지를 모니터링하였다. Hole expansion rate (HER) testing was performed on an Interlaken Technologies SP-225 hydraulic press and consisted of raising a conical punch that evenly extended the hole radially outward. Two hole expansion speeds of 3 mm / min and 50 mm / min, ie conical ram movement speed, were used. The digital image camera system focused on conical punches and monitored the edges of the holes to look for evidence of crack formation and propagation.
홀의 초기 직경은 캘리퍼를 사용하여 2회 측정하였고, 측정은 90° 증분으로 실시하였고, 평균하여 초기 홀 직경을 얻었다. 균열이 시편 두께를 통해 전파하는 것이 관찰될 때까지 원뿔형 펀치를 연속적으로 상승시켰다. 시험이 중단된 시점에서 시험 시작 전에 측정된 초기 홀 직경의 백분율로서 홀 확장률을 계산하였다. 확장 후에 매 45° 마다 캘리퍼를 사용하여 4 회의 직경 측정을 실시하였고, 균열에 기인된 홀의 비대칭을 설명하기 위해 평균하였다. Initial diameters of the holes were measured twice using calipers, measurements were made in 90 ° increments and averaged to obtain initial hole diameters. The conical punch was continuously raised until a crack propagated through the specimen thickness. The hole expansion rate was calculated as a percentage of the initial hole diameter measured before the start of the test at the time the test was stopped. Four diameter measurements were made using a caliper every 45 ° after expansion and averaged to account for the asymmetry of the holes due to cracking.
시험에 대한 홀 확장률 값은 표 49에 기록되어 있다. 5 mm/초로 펀칭된 홀을 가진 샘플에서 HER 값은 2.4 내지 18.5%의 범위이다. 228 mm/초 홀 펀칭 속도의 경우, HER 값은 33.8 내지 75.0%의 범위로 상당히 더 높다. 확장 속도의 영향은 도 86에 예시되어 있다. 확장 속도가 증가하면 사용된 펀치 속도(즉, 5 mm/초 및 228 mm/초)에 무관하게 더 높은 HER 값이 얻어진다.The hole expansion rate values for the test are reported in Table 49. In samples with holes punched at 5 mm / sec, the HER value is in the range of 2.4 to 18.5%. For the 228 mm / second hole punching speed, the HER value is significantly higher in the range of 33.8 to 75.0%. The influence of the expansion speed is illustrated in FIG. 86. Increasing the expansion speed results in higher HER values regardless of the punch speeds used (ie, 5 mm / sec and 228 mm / sec).
[표 49] 상이한 펀칭 및 확장 속도에서 합금 9 시트의 홀 확장률 TABLE 49 Hole Expansion Rate of Alloy 9 Sheets at Different Punching and Expansion Rates
(mm/초)(mm / sec)
(mm/분)(mm / min)
(%)(%)
Fischer Feritscope FMP30을 사용하여 상이한 홀 펀칭 속도 및 홀 확장 속도로 HER 시험된 샘플의 자기상(magnetic phase) 체적%(Fe%)을 측정하였다. 결과는 표 50에 기록되어 있다. 도 87은 홀 에지로부터의 거리의 함수로서 시험된 샘플의 자기상 체적%의 영향을 예시하고 있다. 더 높은 펀치 속도 및/또는 더 높은 확장 속도에서 볼 수 있는 바와 같이, 시험이 종료된 후, 홀 에지 부근에서 자기상 체적%가 증가하고, 또한 홀 에지로부터 재료 내로 멀어진다. 자기상 체적(Fe%)는 구조 #4에 존재하는 출발 비자성 오스테나이트로부터 자성 나노스케일의 α철의 형성으로 인해 변형 중에 형성되는 표 1의 구조 #5의 양이 증가하는 것과 일치한다.Fischer Feritscope FMP30 was used to measure the percent magnetic phase volume (Fe%) of the HER tested samples at different hole punching rates and hole expansion rates. The results are reported in Table 50. 87 illustrates the effect of the percent magnetic field volume of the sample tested as a function of distance from the hole edge. As can be seen at higher punch speeds and / or higher expansion speeds, after the test is finished, the magnetic phase volume% increases near the hole edge and also moves away from the hole edge into the material. The magnetic phase volume (Fe%) is consistent with an increase in the amount of
[표 50] 확장 후 홀 에지로부터의 거리의 함수로서 상이한 홀 펀칭 속도 및 홀 확장 속도에서 합금 9의 자기상 체적(Fe%) TABLE 50 Magnetic phase volume (Fe%) of alloy 9 at different hole punching speeds and hole expansion rates as a function of distance from hole edge after expansion
이 실시례는 에지의 균열에 대한 상대적 저항이, 홀 내에 에지를 형성하는 예시적인 경우에, 홀 펀칭 속도, 홀 확장 속도 또는 둘 모두를 증가시킴으로써 증가될 수 있음을 예시한다. 이 실시례에서 시험된 합금 9로부터의 시트는 홀 펀칭 속도(즉, 5 내지 228 mm/초) 및/또는 홀 확장 속도(즉, 3 내지 50 mm/분)를 증가시킴으로써 홀 확장률의 증가를 입증하였다. 따라서, 바람직하게 본 명세서에서 주제의 합금의 경우, 합금에 에지를 형성하고, 5 mm/분 이상의 속도로 이 에지를 확장시킨다. 시험된 샘플의 자기상 체적%(Fe%)는 조사된 범위에 걸쳐 홀 펀칭 속도 및/또는 홀 확장 속도를 증가시킴에 따라 증가한다. 여기서 개시된 증가된 홀 펀칭 속도 또는 홀 확장 속도 중에 홀 에지에서 그리고 이것에 인접하여 이용가능한 상대적으로 더 많은 양의 변형으로, HER에 의해 측정된 바와 같이 재료 내에서 더욱 고도의 국부적인 성형성 및 에지의 균열에 대한 저항이 달성된다. This embodiment illustrates that the relative resistance to cracking of the edges can be increased by increasing the hole punching speed, hole expansion speed, or both, in an exemplary case of forming an edge in a hole. Sheets from alloy 9 tested in this example may increase the hole expansion rate by increasing the hole punching speed (ie, 5 to 228 mm / sec) and / or the hole expansion speed (ie, 3 to 50 mm / min). Proved. Thus, preferably for the alloy of the subject matter herein, an edge is formed in the alloy and the edge is expanded at a rate of 5 mm / min or more. The percent magnetic phase volume (Fe%) of the tested samples increases with increasing hole punching rate and / or hole expanding rate over the investigated range. Higher local formability and edge in the material as measured by HER, with a relatively higher amount of deformation available at and near the hole edge during the increased hole punching speed or hole expansion speed disclosed herein. Resistance to cracking is achieved.
실시례 #21 홀 준비 방법의 함수로서의 HER 성능
50 mm의 두께를 가진 슬래브를 표 2에 제공된 원자비에 따라 3가지의 선택된 합금으로 실험실 주조하였고, 실험실 처리로 열간 압연, 냉간 압연 및 본원에 기술된 바와 같이 850℃에서 10 분 동안 어닐링하였다. 1.2 mm의 최종 두께를 갖는 재결정된 모달 구조를 갖는 각각의 합금으로부터의 시트를 사용하여 HER 성능에 미치는 홀 확장 속도의 영향을 입증하였다.Slabs with a thickness of 50 mm were lab cast into three selected alloys according to the atomic ratios provided in Table 2, and hot rolled, cold rolled and annealed at 850 ° C. for 10 minutes as described herein. Sheets from each alloy with recrystallized modal structures with a final thickness of 1.2 mm were used to demonstrate the effect of hole expansion rate on HER performance.
89 x 89 mm 크기의 시편을 시트로부터 와이어 EDM으로 절단하였다. 10 mm 직경 홀을 펀칭, EDM 절단, 밀링, 및 레이저 절단을 포함하는 다양한 방법으로 준비하였다. 홀 펀칭은 Komatsu OBS80-3 프레스를 사용하여 16%의 다이에 대한 펀치의 간격으로 0.25 mm/초의 낮은 준정적(quasistatic) 펀칭 속도로 수행되었다. EDM 절단 홀은 먼저 거친 절단 후에 시각적으로 매끈한 표면을 형성하기 위한 파라미터로 최종 절단을 실시하였다. 홀 밀링 중에 홀은 파일럿 드릴링, 크기에 맞게 리밍(reaming), 다음에 디버링(deburring)하였다. 레이저 절단된 샘플은 4kW 섬유 광학 Mazak Optiplex 4020 Fiber II 기계 상에서 절단되었다. Specimens of 89 × 89 mm size were cut from the sheet with wire EDM. 10 mm diameter holes were prepared by various methods including punching, EDM cutting, milling, and laser cutting. Hole punching was performed using a Komatsu OBS80-3 press at a low quasistatic punching speed of 0.25 mm / sec with a punch gap of 16% of the die. EDM cut holes were subjected to final cuts as a parameter to form a visually smooth surface first after rough cuts. During hole milling, the holes were pilot drilled, reamed to size, and then deburred. Laser cut samples were cut on a 4 kW fiber optic Mazak Optiplex 4020 Fiber II machine.
홀 확장률(HER) 시험은 Interlaken Technologies SP-225 유압 프레스 상에서 수행되었으며, 홀을 반경방향 외측으로 균일하게 확장시키는 원뿔형 펀치를 상승시키는 것으로 구성되었다. 도 88에서, HER 시험의 결과는 각각의 합금에 대해 홀 준비 방법의 함수로서 제공된다. 도시된 바와 같이, 펀칭된 홀의 경우, HER 값은 6 내지 12%의 범위로 3 개의 합금에서 최저이다. EDM 절단 홀, 밀링 홀 및 레이저 절단 홀을 구비한 샘플은 65 내지 140%+의 높은 HER 값을 나타낸다. 약 140% 확장은 시험 중의 프레스 크로스헤드의 최대 연장 한계를 나타내므로 합금 12로부터 EDM 절단 홀을 가진 샘플 및 합금 9 및 합금 12로부터 밀링된 홀을 가진 샘플에서는 HER 시험 중에 확장 한계에 도달되지 않은 것에 유의한다(즉, 실제 값 > 140%).Hole expansion rate (HER) testing was performed on an Interlaken Technologies SP-225 hydraulic press and consisted of raising a conical punch that evenly extended the hole radially outward. In FIG. 88, the results of the HER test are provided as a function of the hole preparation method for each alloy. As shown, for punched holes, the HER value is the lowest in the three alloys in the range of 6 to 12%. Samples with EDM cutting holes, milling holes and laser cutting holes exhibit high HER values of 65-140% +. About 140% expansion represents the maximum extension limit of the press crosshead under test, so that samples with EDM cut holes from alloy 12 and samples with milled holes from alloy 9 and alloy 12 did not reach the expansion limit during the HER test. Note (ie actual value> 140%).
도 89에서, 확장 전에 홀 에지 부근의 샘플 단면의 SEM 이미지가 상이한 방법으로 준비된 홀을 가진 합금 1로부터의 샘플에 대해 저배율로 제공되어 있다. 펀칭된 샘플(도 89a)에서, 상부의 전형적인 롤오버(rollover) 영역 및 하부의 버(burr) 영역을 볼 수 있다. 또한, 반구형 전단 영향 영역이 홀의 에지에서 볼 수 있으며, 가장 깊은 침투 지점은 약 0.5 mm이다. 유사한 전단 영향 영역이 다른 2 종의 합금의 펀칭된 샘플에서 마찬가지로 관찰되었으나 비펀칭 방법에 의해 형성된 홀을 구비한 샘플에서는 관찰되지 않았다. 홀 준비에 사용된 모든 방법은 홀 에지에 어떤 종류의 결함을 도입하였음에 유의한다. EDM 절단 홀(도 89b)에서, 에지는 단면 이미지에서는 수직이지만 표면에서 작은 마이크론 규모의 절단 결함을 볼 수 있고, 밀링된 샘플(도 89c)에서, 홀의 에지는 사다리꼴 형상이고, 레이저 절단된 홀(도 89d)에서, 에지는 레이저가 샘플을 관통할 때 횡방향으로 벗어났다. 도 90에는 0.25 mm/초의 홀 펀칭 속도의 펀칭, EDM 절단 홀, 밀링된 홀, 및 레이저 절단 홀을 포함하는 상이한 방법에 의해 준비된 홀을 가진 합금 1의 샘플에 대해 더 높은 배율로 확장 전의 홀 에지 부근(에지에서 그리고 에지로부터 최대 0.7 mm까지)의 단면의 SEM 이미지가 제공되어 있다. 홀 에지 부근의 미세구조는 도 90a, 도 90b, 도 90c 및 도 90d에 각각 도시되어 있다. 알 수 있는 바와 같이, 0.25 mm/초로 펀칭된 홀의 에지(도 90a)는 상대적으로 고도로 변형되어 낮은 HER 값이 관찰된다. 펀칭된 샘플의 에지 부근의 이 구조는 표 1의 구조 #5의 미세화된 고강도 나노모달 구조를 대표하며, EDM 절단 홀, 밀링된 홀, 및 레이저 절단 홀의 홀 에지 부근의 구조는 표 1의 구조 #4의 재결정된 모달 구조를 대표한다. 그러나, 홀이 비펀칭 방법(도 90b, 도 90c, 도 90d)에 의해 형성된 실시례에서, 얻어진 합금은 홀 에지 부근의 구조 #4의 전성 성질과 일치하는 65 내지 140%+의 높은 HER 값을 갖는 탁월한 국부적 성형성을 갖는다. 도 91a(펀칭된 홀), 도 91b(EDM 절단 홀), 도 92c(밀링된 홀), 및 도 91d(레이저 절단 홀)에서, HER 시험 후의 홀 에지 부근의 단면의 SEM 이미지는 합금 1의 샘플에 대해 저배율로 제공되어 있다. 홀의 확장은 홀 에지 부근에서 샘플을 더 얇아지게 하므로 홀 부근의 샘플의 두께는 더 높은 HER 값을 갖는 확장된 샘플에서 더 작다. In FIG. 89, SEM images of the sample cross section near the hole edges before expansion are provided at low magnification for samples from Alloy 1 with holes prepared in different ways. In the punched sample (FIG. 89A), one can see the typical rollover area at the top and the burr area at the bottom. In addition, a hemispherical shear influence region can be seen at the edge of the hole and the deepest penetration point is about 0.5 mm. Similar shear influence zones were similarly observed in punched samples of the other two alloys, but not in samples with holes formed by the non-punching method. Note that all methods used for hole preparation introduced some kind of defects at the hole edges. In the EDM cutting hole (FIG. 89B), the edges are vertical in the cross-sectional image but small micron-scale cutting defects can be seen at the surface, and in the milled sample (FIG. 89C), the edges of the holes are trapezoidal and laser cut holes ( In FIG. 89 d), the edges deviated laterally as the laser penetrated the sample. 90 shows hole edges before expansion at higher magnification for samples of alloy 1 with holes prepared by different methods including punching at a hole punching speed of 0.25 mm / sec, EDM cutting holes, milled holes, and laser cutting holes. SEM images of the cross section in the vicinity (at the edge and up to 0.7 mm from the edge) are provided. The microstructures near the hole edges are shown in FIGS. 90A, 90B, 90C and 90D, respectively. As can be seen, the edge of the hole punched at 0.25 mm / sec (FIG. 90A) is relatively highly deformed so that a low HER value is observed. This structure near the edge of the punched sample represents the refined high-strength nanomodal structure of
도 92에서, 모든 경우에 유사한 변형된 구조를 보이는 상이한 방법으로 준비된 홀을 구비하는 합금 1의 샘플에 대해 더 높은 배율로 HER 시험 후 (즉, 균열에 의한 파괴까지의 확장 후) 홀 에지 부근의 샘플 단면의 이미지가 제공되어 있다. 에지의 홀 확장 및 변형이 완료되어 있으므로 모든 홀 에지 부근의 미세구조는 유사하고, 이는 표 1의 구조 #5의 미세화된 고강도 나노모달 구조를 대표한다.이 실시례는 본 명세서의 합금에서 얻어지는 국부적인 성형성에 미치는 에지 준비의 영향을 보여준다. 0.25 mm/초의 저속의 펀칭은 홀 에지 부근에서 구조 변화를 유발하며, 이는 에지의 제한된 국부적인 성형성 및 낮은 HER 값을 유발하는 이전의 실시례와 일치한다. 그러나, 홀이 비펀칭 방법에 의해 형성된 실시례에서, 얻어진 합금은 샘플 및 홀 에지에서의 전성 성질과 일치하는 65 내지 140%+의 높은 HER 값을 갖는 탁월한 국부적 성형성을 갖는다.In FIG. 92, after the HER test (ie after expansion to fracture by crack) at higher magnification for samples of Alloy 1 with holes prepared in different ways showing similarly deformed structures in all cases near the hole edges. An image of the sample cross section is provided. Since the hole expansion and deformation of the edges have been completed, the microstructures near all hole edges are similar, which represents the refined high strength nanomodal structure of
Claims (20)
a. 50 원자% 이상의 철과, Si, Mn, B, Cr, Ni, Cu 또는 C로부터 선택되는 4 종 이상의 원소를 포함하는 금속 합금을 공급하고, 상기 합금을 용융시키고, 250 K/초 이하의 속도로 냉각시키거나 2.0 mm 내지 500 mm의 두께로 응고시키고, Tm을 갖는 합금을 형성하는 단계;
b. 상기 합금을 700 ℃ 내지 상기 합금의 Tm 미만의 온도까지 가열하고, 10-6 내지 104의 변형 속도로 상기 합금의 두께를 감소시키고, 921 MPa 내지 1413 MPa의 최대 인장 강도 및 12.0% 내지 77.7%의 신율을 갖는 결과적인 제 1 합금을 제공하는 단계;
c. 상기 결과적인 제 1 합금에 응력을 가하여 1356 MPa 내지 1831 MPa의 최대 인장 강도 및 1.6% 내지 32.8%의 신율을 갖는 결과적인 제 2 합금을 제공하는 단계;
d. 상기 결과적인 제 2 합금을 Tm 미만의 온도까지 가열하고, 6.6% 내지 86.7%의 신율을 갖는 결과적인 제 3 합금을 형성하는 단계;
e. 상기 결과적인 합금에 에지를 형성하고, 상기 에지를 5 mm/분 이상의 속도로 확장시키는 단계를 포함하는, 합금의 에지를 확장시키는 방법.As a method of expanding the edge of the alloy,
a. Supplying a metal alloy containing at least 50 atomic% iron and at least four elements selected from Si, Mn, B, Cr, Ni, Cu or C, melting the alloy, and at a rate of 250 K / sec or less Cooling or solidifying to a thickness of 2.0 mm to 500 mm and forming an alloy with Tm;
b. The alloy is heated to a temperature of 700 ° C. to less than the Tm of the alloy, the thickness of the alloy is reduced at a strain rate of 10 −6 to 10 4 , a maximum tensile strength of 921 MPa to 1413 MPa and 12.0% to 77.7% Providing a resultant first alloy having an elongation of;
c. Stressing the resulting first alloy to provide a resulting second alloy having a maximum tensile strength of 1356 MPa to 1831 MPa and an elongation of 1.6% to 32.8%;
d. Heating the resulting second alloy to a temperature below Tm and forming the resulting third alloy having an elongation of 6.6% to 86.7%;
e. Forming an edge in the resulting alloy, and extending the edge at a speed of at least 5 mm / min.
상기 에지는 5 mm/분 내지 100 mm/분 범위의 속도로 확장되는, 합금의 에지를 확장시키는 방법.The method of claim 1,
Wherein the edge extends at a speed ranging from 5 mm / min to 100 mm / min.
상기 합금은 Fe와, Si, Mn, B, Cr, Bi, Cu 또는 C로부터 선택되는 5 종 이상의 원소를 포함하는, 합금의 에지를 확장시키는 방법.The method of claim 1,
Wherein said alloy comprises Fe and at least 5 elements selected from Si, Mn, B, Cr, Bi, Cu or C.
상기 합금은 Fe와, Si, Mn, B, Cr, Ni, Cu 또는 C로부터 선택되는 6 종 이상의 원소를 포함하는, 합금의 에지를 확장시키는 방법.The method of claim 1,
Wherein said alloy comprises Fe and at least six elements selected from Si, Mn, B, Cr, Ni, Cu or C.
상기 합금은 Fe, Si, Mn, B, Cr, Ni, Cu 및 C를 포함하는, 합금의 에지를 확장시키는 방법. The method of claim 1,
Wherein the alloy comprises Fe, Si, Mn, B, Cr, Ni, Cu, and C. 18.
상기 단계 (d)에서의 가열에 의해 197 내지 1372 MPa의 상기 합금의 항복 강도가 얻어지는, 합금의 에지를 확장시키는 방법. The method of claim 1,
And the yield strength of the alloy of 197 to 1372 MPa is obtained by heating in step (d).
상기 단계 (d)에서의 가열에 의해 799 내지 1683 MPa의 상기 합금의 최대 인장 강도가 얻어지는, 합금의 에지를 확장시키는 방법. The method of claim 1,
Heating at the step (d) results in a maximum tensile strength of the alloy of 799 to 1683 MPa being obtained.
상기 단계 (e) 전에 상기 합금 내의 에지는 400 ℃ 내지 상기 합금의 Tm 미만의 온도 범위의 온도에 노출되는, 합금의 에지를 확장시키는 방법. The method of claim 1,
Prior to step (e), the edges in the alloy are exposed to temperatures in the temperature range of 400 ° C. to less than the Tm of the alloy.
상기 단계 (e)에서, 상기 에지는 내부 홀 및/또는 외부 에지를 형성하는, 합금의 에지를 확장시키는 방법.The method of claim 1,
In said step (e), said edge forms an inner hole and / or an outer edge.
상기 단계 (e)에서, 상기 에지는 펀칭, 피어싱, 천공, 절단, 크로핑(cropping), EDM 절단, 워터젯 절단, 레이저 절단, 또는 밀링을 통해 형성되는, 합금의 에지를 확장시키는 방법. The method of claim 1,
In step (e), the edge is formed by punching, piercing, drilling, cutting, cropping, EDM cutting, waterjet cutting, laser cutting, or milling.
상기 합금 내의 에지는 프로그레시브 다이 스탬핑(progressive die stamping) 작업으로 형성되는, 합금의 에지를 확장시키는 방법.The method of claim 1,
Wherein the edge in the alloy is formed by a progressive die stamping operation.
상기 합금 내의 상기 확장된 에지는 차량에 위치되는, 합금의 에지를 확장시키는 방법.The method of claim 1,
And the extended edge in the alloy is located in the vehicle.
상기 합금 내의 상기 확장된 에지는 차량 프레임, 차량 섀시, 또는 차량 패널의 일부인, 합금의 에지를 확장시키는 방법.The method of claim 1,
Wherein the expanded edge in the alloy is part of a vehicle frame, vehicle chassis, or vehicle panel.
50 원자% 이상의 철과, Si, Mn, B, Cr, Ni, Cu 또는 C로부터 선택되는 4 종 이상의 원소를 포함하는 금속 합금을 공급하는 단계 - 상기 합금은 799 MPa 내지 1683 MPa의 최대 인장 강도 및 6.6 내지 86.7%의 신율을 가짐 -;
상기 합금에 에지를 형성하는 단계; 및
상기 합금 내의 에지를 5 mm/분 이상의 속도로 확장시키는 단계를 포함하는, 합금의 에지를 확장시키는 방법.As a method of expanding the edge of the alloy,
Supplying a metal alloy comprising at least 50 atomic% iron and at least four elements selected from Si, Mn, B, Cr, Ni, Cu or C, the alloy having a maximum tensile strength of 799 MPa to 1683 MPa and Having an elongation of 6.6 to 86.7%;
Forming an edge in the alloy; And
Expanding the edge of the alloy at a rate of at least 5 mm / min.
상기 에지는 5 mm/분 내지 100 mm/분의 속도로 확장되는, 합금의 에지를 확장시키는 방법.The method of claim 14,
Wherein the edge extends at a rate of 5 mm / min to 100 mm / min.
상기 합금 내의 에지를 형성하는 단계는 5 mm/초 이상의 속도로 펀칭에 의해 수행되는, 합금의 에지를 확장시키는 방법.The method of claim 14,
Forming an edge in the alloy is performed by punching at a speed of at least 5 mm / sec.
상기 펀칭 속도는 5 mm/초 내지 228 mm/초인, 합금의 에지를 확장시키는 방법.The method of claim 16,
Said punching speed is from 5 mm / sec to 228 mm / sec.
상기 에지는 5 mm/초 내지 228 mm/초의 펀치 속도로 상기 합금에 형성되고, 상기 에지는 5 mm/분 내지 100 mm/분의 속도로 확장되는, 합금의 에지를 확장시키는 방법.The method of claim 14,
The edge is formed in the alloy at a punch speed of 5 mm / sec to 228 mm / sec, and the edge extends at a speed of 5 mm / min to 100 mm / min.
상기 확장된 에지를 갖는 합금은 차량에 위치되는, 합금의 에지를 확장시키는 방법.The method of claim 14,
And the alloy with the extended edge is located in the vehicle.
상기 합금 내에 확장된 에지를 갖는 합금은 차량 프레임, 차량 섀시, 또는 차량 패널의 일부인, 합금의 에지를 확장시키는 방법. The method of claim 14,
Wherein the alloy having an extended edge in the alloy is part of a vehicle frame, vehicle chassis, or vehicle panel.
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