TW201710512A - 用於製造沃斯田鋼組件之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係關於一種製造沃斯田TWIP或TRIP/TWIP鋼組件之方法。經由在扁平產品(1)之至少一表面上產生至少一個壓痕(16)來使扁平產品(1)變形，以於經變形之產品(5)中具有嵌埋於延展性材料基質中之高強度鋼之區域。本發明亦關於該組件之用途，其中在該組件中需要嵌埋於延展性材料基質中之高強度鋼之區域。

Description

用於製造沃斯田鋼組件之方法
本發明係關於一種製造沃斯田TWIP或TRIP/TWIP鋼組件之方法。經由使扁平鋼產品在利用該組件所需之鋼材區域中變形來產生壓痕。
在製造用於運輸系統諸如汽車、卡車、巴士、鐵路或農用車輛的組件之前，應計算需要多少強度及材料厚度來達成安全性需求。但當存在具有較所需者高之材料厚度的組件時，則將其描述為「過度設計」。因此，使用在正確位置具有正確材料的配置。計算通常係使用就機械技術值(屈服及抗拉強度、伸長率、硬度)而言的均質材料進行。
WO公開案2014/096180係關於一種製造壓型(profiled)金屬帶的方法，其中將尤其由不銹鋼組成之具有預定材料厚度的金屬帶捲繞於線圈上且引導通過含有數個輥的輥軋站。至少一部分與金屬帶有效交互作用之輥具有預定的表面形態，藉此可視輥之表面形態的幾何形狀而定在金屬帶之兩側上產生具有超過250微米輪廓深度的輪廓。金屬帶在其壓型後捲繞於線圈上，且若需要，經受熱後處理。因此，WO公開案2014/096180之目的僅係要在具有預定帶厚度之金屬帶的兩側上獲得預定的表面形態。此外， WO公開案2014/096180完全未教示如何避開傳統衝突以產生高強度以及高伸長率。
本發明之目的係要除去先前技術的一些缺失及獲致一種製造沃斯田鋼組件之方法，該方法不僅對鋼材之厚度具有影響，而且亦對其他機械性質(諸如強度及延展性)具有影響。本發明之基本特徵羅列於隨附之申請專利範圍中。
根據本發明，為製造組件，使具有TWIP(孿晶誘導塑性(Twinning Induced Plasticity))硬化效應之沃斯田鋼的扁平產品或具有TRIP(相變誘導塑性(Transformation Induced Plasticity))及TWIP(孿晶誘導塑性)效應之組合之沃斯田鋼的扁平產品變形以擁有具有至少一個壓痕的產品。經變形之產品結合嵌埋於延展性材料基質中之高強度鋼之區域。具有高強度之區域既具有高強度亦具有高硬度，而延展性材料之區域則具有高伸長率。本發明亦關於該組件之用途，其中在該組件中需要嵌埋於延展性材料基質中之高強度鋼之區域。
在經變形之產品的製造期間，藉由在扁平產品與變形設備(諸如冷軋機)之間的機械接觸在經變形之產品的至少一表面上產生至少一壓痕。該壓痕具有取決於經變形之產品之利用需求而定的幾何形狀。當與先前技術比較時，該具有至少一壓痕之經變形之產品具有較佳伸長率組合強度、較佳疲勞行為及較低裂紋生長、變形期間之較低回彈以及在經變形之產品之壽命期間的較高安全性。
該扁平產品係由具有沃斯田微結構的鋼製成。該鋼利用TWIP(孿晶誘導塑性)硬化效應或TRIP(相變誘導塑性)及 TWIP(孿晶誘導塑性)效應之組合，且疊差(stacking fault)能量在20至30mJ/m2範圍內。該沃斯田鋼含有10至25重量%錳，較佳14至18重量%錳，且具有間隙脫離(interstitial disengaged)氮(N)及碳(C)原子，且(C+N)含量係在0.4至0.8重量%範圍內。在鋼具有利用TRIP硬化效應之介穩態沃斯田微結構的情況中，所得的疊差能量低於20mJ/m2。在此情況，鋼亦含有10至20.5重量%鉻，較佳13至17重量%鉻，及3.5至9.5重量%鎳。
根據本發明之扁平產品有利地為扁平片材、帶材以及經切分的帶材、嵌板或板材。扁平產品在變形前的起始厚度為0.15至4.0毫米，較佳0.8至2.0毫米。扁平產品有利地藉由冷軋來變形，以致至少一個輥為壓型輥(profiled roll)，來在橫向於輥軋方向之方向中在扁平產品之表面上產生至少一個具有期望幾何形狀的壓痕。在本發明之較佳具體例中，至少一個輥經如此壓型，以致在橫向於輥軋方向之方向中或在平行於輥軋方向之方向中或在橫向於輥軋方向之方向及在平行於輥軋方向之方向兩者中在扁平產品之表面上產生兩個或兩個以上具有期望幾何形狀的壓痕。在本發明之一具體例中，至少一個用於產生壓痕之輥中的輪廓可基本上彼此相似，但在本發明之另一具體例中，至少一個用於產生壓痕之輥中的輪廓亦可基本上彼此不同。根據本發明，僅一個冷軋機之工作輥具有期望的輪廓，且因此僅一個扁平產品之表面經變形。然而，亦可能冷軋機中的兩個工作輥皆係壓型輥，且因此扁平產品的兩個表面皆經變形。於變形後，經變形之產品可經盤捲以作為經盤捲產品進一步加工，但經變形之產品亦可在進一步加工中作為經變形之扁平產品利用。
根據本發明之經變形之產品中的壓痕具有蜂巢、波浪、三角形、矩形、圓、十字、線條、波紋、蜘蛛網之幾何形狀或此等幾何形狀之任何組合。壓痕之幾何形狀係取決於經變形之產品的利用，因為藉由壓痕在經變形之產品中產生具有不同機械特性值的區域。基於不同的機械特性值，經變形之產品僅藉由延展性區域特性而具有(例如)作為均質材料之良好的疲勞行為。
在根據本發明之經變形之產品中利用TWIP(孿晶誘導塑性)硬化效應或TRIP(相變誘導塑性)及TWIP(孿晶誘導塑性)效應之組合時，硬化程度係取決於變形程度，且因此，硬化程度係與壓痕深度有關。在一個變形輥中，壓痕的輪廓深度可不同，且因此，壓痕之幾何形狀亦可不同。來自扁平產品之一側的壓痕可經變形成具有由扁平產品之起始厚度計算至多30%的深度。在需要逆轉藉由扁平產品之變形所產生之硬化效應的情況中，硬化效應可藉由在900至1250℃，較佳900至1050℃範圍內之溫度下退火而逆轉。
根據本專利發明具有至少一個壓痕之經變形之產品可至少在以下目標範圍內利用作為組件：˙利用用於汽車車體構造之回彈相關成形製程製造的高強度片材或捲材，˙汽車車體構造中之安全相關組件，如構件、柱子、車頸、軋條、保險桿、衝撞盒(crashbox)、通道或座椅組件如橫管，˙汽車或鐵路車輛本體中之疲勞設計組件如底盤零件、控制臂、減震器或滑柱拱座(strut dome)，˙鐵路車輛中之剛性相關組件如側壁或底板，˙用於巴士、卡車、鐵路車輛之構造或鋼建築構造的 管或型材。
1‧‧‧扁平帶
2‧‧‧工作輥
3‧‧‧工作輥
4‧‧‧蜂巢結構
5‧‧‧經變形之帶
12‧‧‧經變形厚度
13‧‧‧扁平帶的起始厚度
14‧‧‧壓痕深度
15‧‧‧未經變形區域
16‧‧‧壓痕
根據本發明製造的經變形之產品參照以下圖式作更詳細說明，其中圖1示意性地繪示本發明之一較佳具體例於變形後自側面觀看的變形圖，圖2繪示圖1之具體例的一部分及放大點，圖3繪示壓痕深度之效應，及圖4繪示本發明之經變形之產品與經變形之標準材料間的性質比較。
圖1至4之材料係具有TWIP效應且包含鐵作為主要組分與0.3重量%碳、16重量%錳、14重量%鉻、少於0.5重量%鎳及0.3重量%氮的沃斯田不銹鋼。
根據圖1，扁平帶1行進通過由工作輥2及3所繪示的冷軋機。輥2及3係壓型輥以在橫向於輥軋方向之方向及在平行於輥軋方向之方向兩者中產生壓痕，該等壓痕於經變形之帶5的表面上形成蜂巢結構4。
圖2中顯示圖1之經變形之帶5的一部分。扁平帶的起始厚度經顯示為元件符號13，及具有30%值的壓痕深度顯示為元件符號14。具有經變形厚度12之經變形之帶5在表面上具有具高延展性及高伸長率的未經變形區域15。由冷軋機之工作輥2及3(圖1)所產生的壓痕16在具有厚度12之經變形之帶的表面上形成具高 強度及高硬度的高度變形區域。
圖3以座標顯示測試結果，其中水平軸代表根據本發明變形之試驗樣品中的測量點。使試驗樣品在五個區域21、22、23、24及25中變形，其分別具有180、80、75、90及155微米之不同壓痕深度。座標的垂直軸代表局部維氏(Vickers)硬度(HV1)。圖3之測試結果顯示維氏硬度(HV1)與試驗樣品中的壓痕深度成正比。
圖4顯示當自試驗樣品測量伸長率(A80)及屈服強度Rp0.2時的測試結果，其中試驗樣品(發明_1...5)係根據本發明變形以於材料表面上產生壓痕。其他的試驗樣品(老式_1...5)作為比較而未經變形。圖4顯示未經變形之試驗樣品具有較經變形之試驗樣品大的伸長率值，但未經變形之試驗樣品當與經變形之試驗樣品比較時屈服強度實質降低。於材料表面上產生壓痕的變形同時達成具有高強度及高伸長率。
1‧‧‧扁平帶
2‧‧‧工作輥
3‧‧‧工作輥
4‧‧‧蜂巢結構
5‧‧‧經變形之帶

Claims (16)

  1. 一種用於製造沃斯田TWIP或TRIP/TWIP鋼組件之方法，其特徵在於經由在扁平產品(1)之至少一表面上產生至少一個壓痕(16)使扁平產品(1)變形，以於經變形之產品(5)中具有嵌埋於延展性材料基質中之高強度鋼之區域。
  2. 如請求項1之方法，其中，該扁平產品(1)在變形前之起始厚度(13)係0.15至4.0毫米，較佳0.8至2.0毫米。
  3. 如請求項1或2之方法，其中，由該扁平產品(1)之起始厚度(13)計算，壓痕之深度(14)係至多30%。
  4. 如請求項3之方法，其中，該TWIP或TRIP/TWIP效應係與該壓痕深度(14)成正比。
  5. 如前述請求項中任一項之方法，其中，該扁平產品(1)之變形係冷軋，其中至少一個輥(2、3)係壓型輥(2、3)，以在橫向於輥軋方向之方向中在扁平產品(1)之表面上產生具有期望幾何形狀的至少一個壓痕(16)。
  6. 如前述請求項1至4中任一項之方法，其中，該扁平產品(1)之變形係冷軋，其中至少一個輥(2、3)係壓型輥(2、3)，以在平行於輥軋方向之方向中在扁平產品(1)之表面上產生具有期望幾何形狀的兩個或兩個以上之壓痕(16)。
  7. 如前述請求項1至4中任一項之方法，其中，該扁平產品(1)之變形係冷軋，其中至少一個輥(2、3)係壓型輥(2、3)，以在橫向於輥軋方向之方向及在平行於輥軋方向之方向兩者中在扁平產品(1)之表面上產生具有期望幾何形狀的兩個或兩個以上之壓痕(16)。
  8. 如前述請求項中任一項之方法，其中，該壓痕(16)具有蜂巢、 波浪、三角形、矩形、圓、十字、線條、波紋、蜘蛛網之幾何形狀或此等幾何形狀之任何組合。
  9. 如前述請求項中任一項之方法，其中，該藉由扁平產品(1)之變形所產生之硬化效應可藉由在900至1250℃，較佳900至1050℃範圍內之溫度下退火來逆轉。
  10. 一種沃斯田TWIP或TRIP/TWIP鋼組件之用途，該沃斯田TWIP或TRIP/TWIP鋼組件具有經變形之壓痕(16)，其具有嵌埋於延展性材料基質中之高強度鋼之區域，該沃斯田TWIP或TRIP/TWIP鋼組件係作為用於汽車車體構造之與回彈相關的高強度片材或捲材。
  11. 一種沃斯田TWIP或TRIP/TWIP鋼組件之用途，該沃斯田TWIP或TRIP/TWIP鋼組件具有經變形之壓痕(16)，其具有嵌埋於延展性材料基質中之高強度鋼之區域，該沃斯田TWIP或TRIP/TWIP鋼組件係作為汽車車體構造中之安全相關組件，如構件、柱子、車頸、軋條、保險桿、衝撞盒(crashbox)、通道。
  12. 一種沃斯田TWIP或TRIP/TWIP鋼組件之用途，該沃斯田TWIP或TRIP/TWIP鋼組件具有經變形之壓痕(16)，其具有嵌埋於延展性材料基質中之高強度鋼之區域，該沃斯田TWIP或TRIP/TWIP鋼組件係作為座椅組件如橫管。
  13. 一種沃斯田TWIP或TRIP/TWIP鋼組件之用途，該沃斯田TWIP或TRIP/TWIP鋼組件具有經變形之壓痕(16)，其具有嵌埋於延展性材料基質中之高強度鋼之區域，該沃斯田TWIP或TRIP/TWIP鋼組件係作為汽車或鐵路車輛本體中之疲勞設計組件如底盤零件、控制臂、減震器或滑柱拱座(strut dome)。
  14. 一種沃斯田TWIP或TRIP/TWIP鋼組件之用途，該沃斯田TWIP或TRIP/TWIP鋼組件具有經變形之壓痕(16)，其具有嵌埋於延展性材料基質中之高強度鋼之區域，該沃斯田TWIP或TRIP/TWIP鋼組件係作為鐵路車輛中之剛性相關組件如側壁或底板。
  15. 一種沃斯田TWIP或TRIP/TWIP鋼組件之用途，該沃斯田TWIP或TRIP/TWIP鋼組件具有經變形之壓痕(16)，其具有嵌埋於延展性材料基質中之高強度鋼之區域，該沃斯田TWIP或TRIP/TWIP鋼組件係作為用於巴士、卡車、鐵路車輛之構造的管或型材。
  16. 一種沃斯田TWIP或TRIP/TWIP鋼組件之用途，該沃斯田TWIP或TRIP/TWIP鋼組件具有經變形之壓痕(16)，其具有嵌埋於延展性材料基質中之高強度鋼之區域，該沃斯田TWIP或TRIP/TWIP鋼組件係作為鋼建築構造中用於構造的管或型材。
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