[发明专利]高屈服强度钢

说明书

本公开内容涉及高屈服强度钢，其中可在没有显著影响极限拉伸强度(UTS)的情况下提高屈服强度，并且在一些情况下可在没有显著降低极限拉伸强度和总延伸率的情况下获得较高屈服强度。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年7月8日提交的美国临时专利申请序列号62/359,844和2017年4月7日提交的美国临时专利申请序列号62/482,954的权益，其通过引用完全并入本文。

技术领域

本公开内容涉及高屈服强度钢。由于独特的组织和机制，可在没有显著影响极限拉伸强度(UTS)的情况下提高屈服强度并且在一些情况下，可在没有显著降低极限拉伸强度和总延伸率的情况下获得较高的屈服强度。这些新的钢材可为其中期望相对高的屈服强度以及相对高的UTS和总延伸率的大量应用(例如汽车的乘客舱)提供益处。

背景技术

目前正在开发第三代先进高强度钢(AHSS)用于汽车用途，并且特别是汽车车体应用。通过大于700MPa的拉伸强度与从4％至30％的延伸率分类先进高强度钢(AHSS)钢材并且其包括如马氏体钢(MS)、双相(DP)钢、转变诱发塑性(TRIP)钢和复相(CP)钢这样的类型。在由World Auto Steel出版的车体钢材的香蕉型图表(图1)中提供了第3代AHSS的实例目标。

拉伸性质例如极限拉伸强度(UTS)和总延伸率对于建立性质组合而言是重要的基准。然而，通常不通过屈服强度(YS)来分类AHSS材料。材料的屈服强度还对汽车设计者有很大重要性，因为一旦零件服役并且如果该零件受应力超过屈服，则该零件将永久(塑性)变形。具有高屈服强度的材料比具有较低屈服强度的那些材料抵抗永久变形至更高应力水平。通过使由该材料制成的结构在该结构永久弯曲和变形之前经受更大的载荷，这种对变形的抵抗性是有用的。具有较高屈服强度的材料可由此使汽车设计者通过规格减薄来减小相关的零件重量同时维持对零件中的变形的相同抵抗性。第三代AHSS的许多类型的新出现的牌号经受低的初始屈服强度，尽管具有拉伸强度和延展性的各种组合。

以大多数设计标准为基础，在正常服役过程中经历早期屈服并经受永久塑性变形的汽车中的部件将是不可接受的。然而，在碰撞事件中较低的屈服强度，尤其是当与高应变硬化系数组合时可为有益的。在通常被称为缓冲区的乘客舱的前端和后端中尤其是这样的。在这些区域，由高起始延展性所致，具有较高延展性的较低屈服强度的材料可在导致高水平能量吸收的碰撞事件过程中变形并应变硬化从而提高强度。

对于汽车的其他区域而言，低屈服强度将是不可接受的。特别地，这将包括所谓的汽车乘客舱。在乘客舱中，所利用的材料必须具有高屈服强度因为仅允许非常有限的变形/下沉至乘客舱内。一旦透入乘客舱，这可导致(一个或多个)占用者的受伤或死亡。因此，对于这些区域需要具有高屈服强度的材料。

以工业规模可采用许多方式提高材料的屈服强度。可在被称为平整的工艺中少量地(压下量2％)冷轧该材料。这一工艺在材料中引进少量的塑性应变，并且对应于在平整道次过程中材料经历的应变量稍微地提高材料的屈服强度。提高材料中屈服强度的另一种方法是通过减小材料的晶体晶粒尺寸，其已知为Hall-Petch强化。较小的晶体晶粒提高材料中初始位错移动所需要的剪切应力，并且推迟了初始变形直至较高的施加载荷。可通过工艺修改例如改变的退火工序以限制塑性变形之后在退火过程中发生的再结晶和生长工艺过程中的晶粒生长来减小晶粒尺寸。对合金的化学组成修改例如添加固溶体中存在的合金化元素也可提高材料的屈服强度，然而添加这些合金化元素必须发生在材料是熔融时并且可导致提高的成本。

从AHSS的低屈服强度版本开发乘客舱中的高屈服强度是可能的路线。然而，难以在许多金属加工操作中均匀地应变硬化成品零件。这意味着虽然零件的严重冷加工区域具有高得多的屈服，但是仍然将存在较低屈服强度区域，其然后可变形并引起不可接受的下沉至乘客空间中。