[发明专利]用于通过热成形制造部件的钢以及该部件的用途

说明书

本发明涉及用于在奥氏体化之后通过热成形来制造部件的钢。以重量％计，钢由如下组成：小于或等于0.2％的碳(C)、小于或等于3.5％的硅(Si)、1.5‑16.0％的锰(Mn)、8.0‑14.0％的铬(Cr)、小于或等于6.0％的镍(Ni)、小于或等于1.0％的氮(N)、小于或等于1.2％且满足式Nb＝4x(C+N)的铌(Nb)、小于或等于1.2％的钛(Ti)以满足Ti＝4x(C+N)+0.15，以及其它任选的小于或等于2.0％的钼(Mo)、小于或等于0.15％的钒(V)、小于或等于2.0％的铜(Cu)、小于0.2％的铝(Al)、小于或等于0.05％的硼(B)，其余是不锈钢中含有的可避免的杂质和铁。本发明还涉及车辆运输组件和压力容器或管中的钢。

技术领域

本发明涉及用于通过热成形来制造部件的钢、优选不锈钢。本发明还涉及该部件的用途。

背景技术

热成形过程或通常所谓的压制硬化能够与可热成形材料一起实现汽车工业的CO₂排放目标，实施主动轻量化并同时提高乘客安全性。热成形被定义为如下过程：在该过程中，将具有铁素体或马氏体微观结构的合适钢板加热最高至奥氏体化温度，并在奥氏体化温度下保持规定的彻底硬化时间。此后，以规定的冷却速率进行淬火加工步骤。此外，该方法包括：从炉中取出材料和将材料转移到热成形工具中。在工具中，使材料成形为目标部件。取决于材料组成，工具必须进行主动冷却。使冷却速率导向为产生材料的马氏体硬化结构的值。用这种方法制造的部件具有高拉伸强度以及非常低的延展性和低能量吸收潜力。这种部件用于乘用车柱、槽(channel)、座椅横梁或踏脚板(rocker panel)中的安全和碰撞相关部件。

可热处理的钢(例如与锰和硼合金化的22MnB5)用于汽车工业中的热成形。该合金经过压制硬化后获得了机械性质，如1050MPa的屈服强度，1500MPa的拉伸强度并且断裂伸长率A₈₀＝5-6％，当材料厚度为1.5毫米时，奥氏体化温度为925℃，保持时间6分钟，并且规定的冷却速率为27K/秒，并且另外从炉子转移到热成形工具的转移时间为7至最高达10秒。

用于热成形的初始微观结构是铁素体或铁素体马氏体，并且微观结构通过热成形转变成马氏体硬化结构。如果需要其它机械性质，则仅对一些部件部分或仅局部调整其它类型的微观结构转变。然后改变加热速率或冷却速率。改变微观结构的其它进展在文献中称为定制回火。

在现有技术中通过热成形制造的部件分别表现出高硬度和高拉伸强度，但伸长率低。因此，缺点是低延展性、脆性断裂性质以及脆性部件失效连同低缺口抗冲强度，特别是在突然的、动态、循环和冲击载荷下的低能量吸收潜力。除高能量吸收之外，安全相关碰撞组件同时需要低入侵水平。此外，材料在热成形后提供的可弯曲性不充足，这排除了通过冷成形操作对部件进行后处理的选择。另外，在马氏体起始温度(M_s)下(例如根据计算规则，对于钢22MnB5为390℃至415℃)的热修整仅限制性地对现有技术的可热处理钢可行。可以作为在热成形期间该材料加工稳定性的另一个缺点指出的是非空气硬化钢的性质。这意味着必须强制遵守临界冷却速率才能获得完全转变的硬化结构。这必须通过冷却剂通道由热成形工具来采用，这使得工具明显更贵。而且，必须相应地构造工具涂层。否则，在时钟频率期间的经加热工具(up-heated tool)的情况下，即使仅在局部，也会出现具有铁素体、贝氏体或珠光体微观结构的较软组件，并以不利的方式改变所获得部件的性质，即，不具有碰撞相关部件的所需硬度或强度。在冷却过程期间，在可以从热成形工具中取出部件之前，必须使马氏体最终温度M_f下降(undercut)。这对于确保马氏体完全转变是必要的。但是该限制导致循环时间显著减少，因此是与冷成形制造相比的主要经济缺陷。