專利名稱：用于制造高強度和延展性的鋼板的熱處理的制作方法
技術領域：
本發明涉及經常為軋制板或帶形式的低合金碳鋼工件的熱處理，以在例如沖壓期間增加工件的成型性，同時獲得更強的成型件。更具體地說，本發明涉及熱處理，其中，在工件在低于其Ms溫度下淬火以在其細化的顯微結構中形成馬氏體與殘余奧氏體的期望混合物之前，低合金鋼板或工件以預定計劃在其奧氏體轉變溫度(A3溫度)之上和之下循環。這種熱循環的效果是增加了初始工件的成型性同時產出更高強度的成型產品。
背景技術：
普通的碳鋼成分的板和帶已經多年用于形成汽車的車身結構構件和車身板。這種鋼工件能夠沖壓或以其他方式形成為各種經常是復雜的車身構件形狀并且顯示出這種制造所需的強度。但是，隨著對降低車重以改善燃料經濟性的增加的需求，已經必須減小鋼板和鋼帶的厚度并且提高這種工件的成型性，同時設法獲得成型的車身部件及其他結構的甚至更高的強度。按照美國鋼鐵學會的描述，“當沒有規定添加的鉻、鈷、鑰、鎳、鈮、鈦、鎢、釩或鋯或任何其他元素的最低含量以獲得期望的合金效應時；當銅的規定最低值不超過0.40%時；或者當任何下列元素的最高含量不超過所指百分比時:錳1.65、硅0.60、銅0.60，鋼被認為是碳鋼?！痹谶@個定義中，沒有規定碳含量。低合金鋼通常含有少量的錳、鎳、鉻、鑰、釩和硅中的一種或多種。例如，一種典型的低碳低合金鋼，除了微量的通過再循環及初始材料的其他處理引入的其他元素之外，可以由(重量百分比)最多0.25%的碳、0.4%至0.7%的錳、0.1%至0.5%的娃以及剩余的鐵組成。在制造汽車車身部件的準備中，這種普通的和低碳鋼的成分通過熱軋和冷軋操作的組合由鑄錠成型為板或帶的軋輥。根據它們的熱處理和機械加工處理歷史，這種熱軋鋼和冷軋鋼在環境溫度下可以 具有多種顯微組分。這種顯微組分可以包括鐵素體(α -鐵)-體心立方晶體結構的鐵原子；碳化鐵或〃滲碳體〃；殘余奧氏體(Y -鐵)-面心立方晶體結構的溶解碳的鐵原子；和馬氏體-亞穩體心相的碳過飽和的鐵，其通過淬火奧氏體的無擴散相變產生。由以適中冷卻速率冷卻高溫奧氏體相產生的典型顯微結構將包括先共析鐵素體(在共析溫度以上與亞共析奧氏體分開的鐵素體)和珠光體或貝氏體，或者更通常地，這些組分的組合。珠光體由交替的鐵素體和滲碳體薄片以較小的過冷從奧氏體共析成分(鐵具有0.8%重量百分比的碳)協同生長而形成。貝氏體以較高的過冷由奧氏體形成并且包括鐵素體板連同在這些板之間或內部沉淀的精細碳化物。以足夠高的冷卻速率，能夠通過由無擴散切變進行的奧氏體向亞穩馬氏體相的轉變來消除奧氏體向鐵素體、珠光體和貝氏體的轉變。根據鋼成分、冷卻速率和淬火溫度，顯微結構中的奧氏體相的一部分能夠在環境溫度下保留。在這些參數中，促進殘余奧氏體穩定性的是高含碳量和細晶粒尺寸。為了獲得適合于隨后的板成型操作的顯微結構，冷軋鐵素體鋼工件通常受熱到它們相應的A3溫度以上(例如，接近900攝氏度，取決于合金鋼的成分)以獲得均勻的奧氏體晶體結構并且然后淬火到它們的Ms溫度以下(例如，約400攝氏度，還是取決于鋼成分)以轉換一部分奧氏體相為馬氏體。新成型的馬氏體與殘余奧氏體的所得到的比例影響鋼工件的成型性和強度。這種熱處理實踐可以由鋼供應商執行或者由制造商執行，其將要使鋼板或帶材料變形為沖壓的或以其他方式成型的產品。車身部件的制造商獲得板或帶材料，并且從其上切割合適的節段用于部件的成型。部件可以在環境溫度下在沖壓車間中成型或者在加熱壓力機或其他金屬成型機器中成型。隨著生產的鋼顯微結構強度越來越高，帶或板工件已經逐漸變得越來越薄。鋼加工成車身部件的目標開始于在期望成型溫度(通常為環境溫度)下高度可成型的低合金鋼工件，然后生產非常強且質輕的成型鋼部件。但是，難以實現初始低強度和高成型性與最終復雜形狀和高強度這兩個目標。特別設計成滿足對高強度與延展性的更好組合的最新需求的鋼板已經分類成先進高強度鋼?！N獲得帶有增強強度和增強延展性的需要組合的先進高強度鋼的方法依賴于在成型之前保留鋼顯微結構中的高溫奧氏體相的能力。一旦對奧氏體鋼淬火，淬火的顯微結構中的一些高溫奧氏體相就有就這樣保留的趨勢，而不轉變成馬氏體相或其他奧氏體分解產物。鋼，特別是合金化的和加工成包含相當多的殘余奧氏體的，能夠經歷相變感生可塑性，由此，成型期間殘余奧氏體的應變感生轉變得到更大級別的強度和延展性。鋼能夠進行特別配制和加工以便最大化初始鋼板中的殘余奧氏體量，因此最好地利用相變感生可塑性或"TRIP〃效果，這改善鋼的延展性。由于TRIP鋼在室溫下成型，部件的劇烈應變區域中的殘余奧氏體將轉變成馬氏體。結果是，在部件的那些區域中，加工硬化速率增大，這抑制了局部變薄或"頸縮"，并因此提高鋼的延展性或成型性。鋼能夠配制和加工以便在形變之前保留更大量的奧氏體，因此在成型的部件中獲得強度和延展性的更大組合。這種鋼成分的配制可以包括多達0.4%C和1.5%Mn的量級。除了提高鋼的強度和硬化度之外，C和Mn是強奧氏體穩定合金元件，這降低馬氏體開始轉變溫度并且在淬火時促進奧氏體殘余。為保留大分數的奧氏體的目的設計的合金鋼還可以包含大約l%Si或Al的量級以抑制碳化物的成型，這將以其他方式耗盡殘余奧氏體的碳含量，使它在室溫下較不穩定。在鋼工件成型之前保留低合金鋼板材料中的奧氏體的現有實踐已經使用標準奧氏體化熱處理，或者可替代地，在淬火之前在雙相臨界溫度范圍內預熱板作為初加工步驟。仍然需要保留和/或更改低合金含量鋼板和鋼帶中的奧氏體的改善方法，以便它們能夠更容易地形成復雜的三維形狀，其呈現高強度和剛度，以用于車輛應用及其他用途。

發明內容
根據本發明的實施，低合金鋼工件逐漸地被加熱到第一預定溫度，對于合金的特定成分而言，在此溫度以上時顯微結構完全轉變成奧氏體(a3)。同樣地，低合金鋼的A3溫度可以超過約900攝氏度，取決于鋼的合金含量。奧氏體晶粒的碳含量與鋼的碳含量相同。鋼工件可以例如為車身部件的制造設計的板卷或帶卷的形式。或者，工件可以是較小的板或帶的形式，為成型操作而進行切割、成型和制備。工件被加熱到合適的預定溫度，例如高于其A3溫度約10攝氏度。奧氏體化的低合金鋼工件然后被冷卻至低于其第一溫度的預定第二溫度并且通常適當地低于A3溫度約10攝氏度。鋼工件至低于A3溫度的這種冷卻步驟促使由剛成型的奧氏體形成為一些先共析鐵素體。工件中奧氏體晶體結構的主要部分保留下來。較小的鐵素體晶粒在奧氏體晶界處形成。在處于第二和較低溫度的數秒時段之后，工件被重新加熱到工件的A3溫度以上。當鋼被重新加熱到A3溫度以上時，新沉淀的先共析鐵素體晶粒就溶解，并且新的奧氏體晶粒沉淀在奧氏體晶界處和奧氏體/鐵素體界面邊界處。結果是細化的奧氏體晶粒度，歸因于受熱時更多數量的奧氏體成核點。A3溫度以上和以下的相應溫度的保持時間可以例如是數秒，例如三十秒或更少，的預定時段。加熱速度可以是基于實際的加熱實踐。熱循環實踐可以例如通過在熱處理爐的不同溫度區段之間移動工件被執行，為這樣的循環熱處理設定尺寸并進行控制。或者，可以在不同的感應加熱線圈之間移動工件。在剛好高于與低于工件的A3溫度的溫度之間進行這種循環熱處理的目的和功能是為了在較低溫度下重復地沉淀較小量的先共析鐵素體以及在高于A3溫度的較高溫度下重新溶解鐵素體。這個過程有利地在A3溫度以上細化奧氏體晶粒尺寸，并且同樣地，在A3溫度以下細化奧氏體加鐵素體顯微結構的晶粒尺寸。通過相當快的碳擴散實現和控制這些相變。期望較慢擴散合金元素，例如錳，將保留在鐵素體和奧氏體中的它們的初始濃度。這種熱循環重復幾次(例如2至4次)，直到獲得預定改變的奧氏體晶粒顯微結構，為在合適的淬火介質流體中把工件淬火到鋼成分開始(啟始)馬氏體形成的溫度，Ms (馬氏體開始轉變)溫度，以下的預定溫度做準備。在奧氏體顯微結構已經通過A3溫度以上和以下的熱循環而基本上細化之后，鋼工件將被淬火到其Ms溫度與其Mf (馬氏體完成轉變)溫度之間的溫度。選擇此淬火溫度以形成期望比例的馬氏體和殘余奧氏體。這些比例影響鋼的延展性(因此影響鋼的成型性)。在本發明的一些實施例中，可以依靠殘余奧氏體的改進的顯微結構并且立即把鋼淬火到室溫用于隨后的成型或使用。但是，在本發明的許多實施例中，鋼(帶有其細化的奧氏體)現在可以被進一步地處理，通過在其淬火溫度處或以上加熱以用于殘余奧氏體的碳富集。在淬火到Ms與Mf之間的溫度之前存在兩種可能的起始條件。I)如果淬火之前的上一熱循環使工件溫度在A3以上，那么，淬火的顯微結構是帶有由鋼的大量碳含量提供的或多或少均勻碳濃度的細晶奧氏體。無論是否殘余的奧氏體將具有與鋼最開始有的大致相同的碳含量，但是奧氏體晶粒已經有利地被改變。2)另一方面，鋼能夠剛好從正好低于A3的起始溫度淬火，即，處于相穩定性的臨界鐵素體加奧氏體區域。在這種情況下，淬火之前的起始條件將是細晶粒鐵素體加奧氏體顯微結構，但是在這種情況下，事實上全部碳將在奧氏體中，沒有在鐵素體中的。也就是說，淬火之前在臨界區域中形成的鐵素體通過抑制碳進入奧氏體而沉淀。由鐵素體沉淀得到的碳富集奧氏體將更穩定，因為溶液中有更多的碳，但是將會有更少的碳，因為現在顯微結構中有鐵素體。通常，可以優選為，在淬火(到低于Ms)之前，預先確定奧氏體的碳含量與體積分數之間的權衡(相對于特定鋼)，其導致最大量的殘余奧氏體。碳鋼在馬氏體轉變溫度(S卩，在Ms與Mf溫度之間)下的進一步加熱或保持允許碳并且可能是其他奧氏體穩定溶質進一步分配給奧氏體相從而進一步穩定其而不易在最終的淬火至室溫期間轉變。此熱處理過程的目的是在工件中產生顯微結構，其既進一步地提高其在室溫下的成型性，同時還保持對形成為制造件的鋼進一步強化的可能性。由于淬火之前工件在其A3溫度以上和以下的前一熱循環，現在在淬火鋼中保留更多的奧氏體，這提高了其延展性和成型性。熱循環期間形成的細化晶粒奧氏體更好地經受Ms以下的淬火(并且到環境 溫度)，得到的帶有預定的馬氏體與殘余奧氏體部分的顯微結構允許鋼工件形成更復雜的形狀。淬火的工件在其用于板沖壓或其他成型或制造操作之前可以經歷一段時間。但是，成型步驟的能量然后仍進一步地促進殘余奧氏體向馬氏體的轉變。這進一步的顯微結構轉變提高了成型的鋼產品的延展性。由Ms以下淬火之前的熱循環(A3溫度以上和以下)得到的較小的奧氏體晶粒尺寸，增加了淬火的鋼中的殘余奧氏體的量并且因此有助于鋼的更高成型性。在成型之前，由熱循環得到的較小晶粒尺寸也提高了鋼的強度。并且，由于加工硬化，熱循環和淬火的鋼上進行的成型操作提高了沖壓金屬板產品的強度。因此，本發明的方法的優點是，獲得更易成型的鋼工件，并且，得到的成型工件更強。例如，這個過程設法獲取的目標特性是(i)百分之三十的總拉伸延伸率且拉伸強度約為lOOOMPa，或(ii)百分之二十的總拉伸延伸率且拉伸強度為1500MPa。優點的組合特別有用，例如，在制造機動車輛的更輕重量且更復雜成型的車身部分中。本發明的其他目的和優點將從說明書的下文給出的示例實施例明顯看出。在這些示例中，將參照附圖，附圖在本說明書的下面部分描述。


圖1是代表性車身結構的斜視圖，不帶車身覆蓋件，有時稱作白車身，骨架結構件作為可以由鋼起始工件按照本文公開的實踐進行熱處理而形成的候選結構車身部件的例子。圖2是溫度對時間的曲線圖，解釋按照本發明進行的低合金鋼工件的熱處理的例子中的加熱和冷卻步驟的順序。熱 處理的關鍵特征包括，加熱鋼到其A1溫度以上并且進一步地到其A3溫度以上，然后，在鋼從其奧氏體區域淬火到低于其Ms溫度的淬火溫度Q以進行進一步的熱處理之前，在A3溫度以上和以下對鋼進行預定次數的熱循環。繼淬火之后，兩個可替代的過程在圖2中示出。工件可以在淬火到室溫(通常為約25至30攝氏度)之前保持在其Q溫度一段時間，或者，它可以在淬火到大約室溫之前被加熱到更高溫度P。圖3是溫度對時間的曲線圖，解釋按照本發明進行的低合金鋼工件的熱處理的例子中的加熱和冷卻步驟的稍有不同的順序。熱處理的關鍵特征包括，加熱鋼到其A3溫度以上，然后，在鋼從正好在其A3溫度以下的溫度(即，其臨界溫度區域中的溫度)淬火到低于其Ms溫度的淬火溫度Q以進行進一步的熱處理之前，在A3溫度以上和以下對鋼進行預定次數的熱循環。像圖2中一樣，繼淬火之后，兩個可替代的過程在圖3中示出。工件可以在淬火到室溫(通常為約25至30攝氏度)之前保持在其Q溫度一段時間，或者，它可以在淬火到大約室溫之前被加熱到更高溫度P。
具體實施例方式本主題熱處理過程的目的是產生先進高強度鋼，帶有用于板或帶工件的成型與用于成型工件中更高拉伸強度的延展性的改進組合。通過在對工件淬火以及進一步加熱其淬火的顯微結構之前使標準或修改的化學成分經歷新的熱循環過程來實現這個目的。通常，本主題的過程適用于低合金鋼。合適鋼的例子是命名為TRIP的商售鋼(例如，Arcelor Mittal TRIP 780)，其有適合本發明實踐的成分。AM TRIP 780的標稱成分(重量百分比)為0.25%的碳、2%的錳、最多2%的鋁加硅以及剩余的鐵，帶有奧氏體和無碳化物貝氏體的顯微結構分散在軟鐵素體基體中?，F在關注的是使低成本鋼適應于制造復雜的高強度結構車身構件。車身構件通常具有較長的尺寸，在其中它們可以是彎曲的，并且它們通常具有形成復雜形狀的橫截面。起始工件需要具有合適的延展性以適應這種成型，于是，成型結構部件需要呈現高強度和剛度。這種結構件的例子在本說明書的圖1中示出?，F有機動客運車的車身框架包括復雜形狀的單獨成型的高強度鋼單元結構，其通過焊接結合成強的單元結構。在車身結構的設計中滿足許多需求，這必須提供內部空間，其用于向車輛車輪傳遞動力的動力設備，用于許多附件以及用于許多乘客。并且，車身結構在車輛操作期間為乘客提供保護。希望形成可成型的和強的鋼工件的許多這些結構，其由本發明的方法制備。圖1示出骨架白車身結構10，不帶側板或頂板。復雜橫截面形狀的車身構件的例子包括前保險杠12、后保險杠14、側框架構件16、后框架構件17、底板支撐構件
18、容納傳動軸20的坑道式殼體、前支撐結構22、B柱24和頂支撐26。而且，車身包括底板底盤28和車輪外殼30。這些結構件的每個可以由合適的延展性鋼板或帶工件沿著其長度形成為彎曲形狀并且帶有復雜的彎曲橫截面，其提供對車身構件的加固以及在整個車身結構的構造中焊接到相鄰構件的裝置。用于這種車輛結構車身構件的成型的合適的鋼成分的例子包括那些在本說明書上文指出的。這樣的成分可以以長的帶或板軋輥的形式制備，其具有鋼部件制造商使用的特定寬度和厚度。本發明的熱處理能夠在鋼板卷的初始制造期間應用。軋制材料的區段或部分可以從軋輥上切下用于在合適的沖壓壓力機或其他金屬成型機器上成型。替代地，本主題的熱處理過程可以在來自先前生產的卷或毛坯的板的后處理中應用。如上所述，本說明書專 注于鋼板和鋼帶材料的熱處理以提供成型的良好延展性和成型產品的良好強度。本發明的實踐可以利用一個或多個爐子或其他加熱方法，例如感應加熱，和用于鋼工件在不同溫度處理的裝置，如上文和本說明書的下面段落中所指出的。參照圖2和3，它們是熱處理過程溫度對時間的曲線圖，將用于大體說明低合金鋼工件的新的熱處理的兩種實踐，以提高初始為大體平板形狀的物件的成型性并且提高從初始形狀產生的成型物件的強度。圖2和3的曲線圖的豎直溫度軸線表明非特定的A3溫度(在以特定的溫度升高速度加熱的時候完成奧氏體形成XA1溫度(在以特定的溫度升高速度加熱的時候開始奧氏體形成)、Ms溫度(冷卻，通常為淬火，形成馬氏體的開始)和Mf溫度(冷卻形成馬氏體的結束)。每種鋼成分的溫度的這些值是已知的、能夠算出的或者靠試驗很容易確定的。圖2和3的橫軸上沒有示出時間的特定值。但是在過程中，各個步驟的持續時段將是數秒至幾分鐘的量級。并且，通常，適合于特定低合金鋼成分和形狀的特定溫度和處理時間將憑經驗或特定應用中的試驗預先確定。但是，處理溫度和時間的認識將從下面的描述中理解。為了明了對處理的說明，各個溫度的值將反映成穿過曲線的水平線，在圖2和3中，隨時間變化的過程用處理線表示。現在參照圖2，具有已知成分且具有用于成型的工件的形式的選定鋼在合適的爐子和氣氛中被逐漸加熱(以適當快的速度)到其A3溫度以上的溫度，例如約890攝氏度以上以將工件的顯微結構均勻地轉變成奧氏體。在完全奧氏體化的狀態中，奧氏體的碳含量(Cy )等于鋼的初始碳濃度Ci。如處理線的第一水平段所指示，工件保持在A3溫度以上的此初始溫度足夠長的時間以確保期望的完全奧氏體顯微結構。
在現有技術實踐中，奧氏體化工件現在將從其熱處理爐子中移除并且淬火到其Ms溫度以下的溫度。這樣的直接淬火過程通常包括"淬火-分離"實踐以用于在工件中獲得期望部分的殘余奧氏體和馬氏體。但是這個直接淬火實踐不跟隨本發明的實踐。相反地，工件在其A3溫度附近循環地被冷卻和加熱以更好且獨特地改變奧氏體晶粒結構。各個冷卻、保持和再加熱時段由圖2的豎直和水平線示意性地表示。豎直線表示冷卻和加熱時段，這些通常需要大概數秒，如下面文字描述的。這種熱循環是在工件淬火到其Ms溫度以下之前完成的。這種熱循環在圖2給出的熱處理過程曲線圖中簡單示意概要地示出。如圖2中示出的逐步、上下、矩形形狀的溫度-時間變化，工件現在冷卻到剛好在A3溫度以下的溫度。這個較低溫度是在鋼成分的溫度/相圖的兩相奧氏體-鐵素體區域中。特定溫度，A3溫度以上和以下的，可以憑經驗或對每個鋼工件的試驗來確定。但是高出和低于A3溫度大約10攝氏度的溫度，約十秒的保持時間，對于要按照本發明處理的新鋼工件來說，通常是合適的且被認為是良好的起點。工件被冷卻到奧氏體(fee)晶粒開始轉變成先共析鐵素體(bcc)的溫度水平。鐵素體材料在奧氏體晶粒界面處顯著地成核。鐵素體形成有(沉淀有)近乎零的碳含量，并且，隨著鐵素體相的量升高和增長，碳擴散到殘余奧氏體中。在較短預定時段(例如約十秒)之后，工件被加熱回到工件的A3溫度以上的奧氏體區域中的其第一溫度(或類似的)。這在圖 2中示意性地示出。重新加熱的工件的顯微結構中的鐵素體開始轉變回奧氏體，但是，形成了新的更小的奧氏體晶粒。在較高溫度處的預定短時間(同樣例如約三十秒)之后，工件再次被冷卻至剛好在其A3溫度以下的溫度以再次開始轉變小部分奧氏體為鐵素體。在工件最終淬火到其Ms溫度以下的溫度之前，剛好在工件A3溫度以上和以下進行的這種熱循環重復預定次數。如圖2所示，在低合金鋼工件初始加熱至其A3溫度之后，其在A3溫度附近經歷預定數量的冷卻和加熱循環以細化奧氏體的晶粒結構。預定的溫度變化可以是約二十攝氏度(A3溫度以上和以下十度)，并且工件可以在選定溫度保持一定時段，例如十至三十秒或更久。加熱和冷卻可以例如通過使工件在一個或多個爐子的不同區段之間移動來實現。它也可以例如通過感應加熱系統的溫度管理來實現。并且，如本說明書的上文所述，熱循環的工件在A3溫度以上或以下的溫度時，熱循環可以結束(并且淬火開始)。在圖2示出的過程中，當工件在其A3溫度以上并且處于完全奧氏體化狀態(如圖2的處理點A所示)時，執行淬火。淬火在圖2的右側示出(工件在A3溫度以上)并且在圖2的總過程示圖中示出。Ms溫度以下的淬火之前的這種熱循環細化了初始奧氏體顯微結構并且使它對熱處理的淬火和分離部分更敏感。在這種周期性加熱和冷卻之后，工件中的奧氏體相分布成更細的晶粒，這在淬火到馬氏體時促進了更多未轉變奧氏體的保留。此外，細化的馬氏體/奧氏體組分提供更短的擴散距離，用于更有效的分離碳與替換溶質從而在最后淬火時進一步穩定奧氏體。本發明的處理的目的是增加殘余奧氏體的碳含量以及工件在成型之前其中殘余奧氏體的量。更大體積分數的殘余奧氏體導致改進的延展性。另外，初始淬火之前形成的細化顯微結構在整個處理中保留，導致鋼的更大強度。如圖2所示，循環熱處理的工件現在在其Ms溫度以下淬火至淬火溫度(Q)。在淬火溫度Q，工件開始轉變其細化奧氏體為馬氏體。顯微結構包括帶有其碳含量的殘余奧氏體(由圍繞A3的熱循環細化的)，其大致等于低合金鋼的初始碳含量。顯微結構還包括馬氏體，馬氏體也具有與其相關聯的與初始低合金鋼的碳含量成比例的碳。在達到淬火溫度且獲得工件的均勻溫度之后，可以短時間保持在其淬火溫度(Q，恒溫，圖2的實線)，因為更多的碳從馬氏體移出且變得與殘余和變化的奧氏體相關聯。工件然后淬火到室溫并且為沖壓或其他成型工藝做準備。在圖2的過程的另一實施例中，工件可以被加熱到稍高的溫度(如圖2的虛線過程，作為更高的分離溫度P)以更快地提高奧氏體碳含量。在這個更高的碳分離溫度P，更多的碳變得與殘余和變化的奧氏體相關聯，這有利地提高工件的延展性。同樣地，工件然后淬火到標稱室溫并且為沖壓或其他成型工藝做準備。在A3附近熱循環以及Ms以下淬火之后的處理的時間和溫度的組合可以憑經驗和試驗確定，以產生提供合適的延展性以用于預計成型操作的顯微結構并且獲得變形物件的強度。圖3的時間-溫度過程曲線圖示出圖2的上述實踐的變形。如圖2的過程，工件被加熱到其A3溫度以上并且完全奧氏體化。如圖2所示，奧氏體化工件在其A3溫度以上和以下被加熱預定次數。但是，在本發明的這個實施例中，當工件已經從其奧氏體化狀態(圖3的過程點A)在冷卻步驟冷卻到其臨界退火區域中的在其A3溫度以下但在其A1溫度以上的溫度(圖3中的過程點IA)時，工件淬火。IA溫度點和保持持續時間在圖3中示意性地示出以表明，溫度和保持時間是預先確定的以形成期望的少量先共析鐵素體，這將其大量碳含量給予奧氏體。在這個實施例中，工件然后淬火至低于其Ms溫度的溫度Q，同時，工件含有一些先共析鐵素體和碳富集變化的殘余奧氏體。在其淬火至Q之后，工件的處理可以是參照圖2描述的用于變化的奧氏體的進一步碳富集的任意實踐?？偨Y
在A3溫度圍繞工件的本主題熱循環提供改進的細化奧氏體顯微結構，用于更好的延展性和最終強度。傳統的淬火(緊跟著工件奧氏體化之后)和分離方法通過立即淬火奧氏體化鋼至最佳淬火溫度然后在分離(有時更高)溫度進行進一步熱處理來設法最大化殘余奧氏體的體積分數。分離步驟是用來重新分配碳和其他可能奧氏體穩定溶質到奧氏體相中以在最終淬火至室溫時進一步穩定其而不易轉變。如上面詳細描述的，本發明通過添加新穎的預先熱處理步驟改善了淬火和分離鋼的強度和延展性。在此，通過特定鋼成分的A3溫度特性以上的簡短加熱，鋼首先完全奧氏體化。鋼的溫度然后通過在稍微低于A3溫度下冷卻然后稍微回至A3溫度以上進行循環。在保留奧氏體之前通過淬火至馬氏體開始轉變溫度以下，A3溫度以上和以下的熱循環細化了顯微結構。利用A3溫度以下的每次偏移進入兩相鐵素體加奧氏體相區域，先共析鐵素體沉淀在奧氏體晶粒晶界上，因此形成鐵素體/奧氏體相間晶界區域的增大。利用A3溫度以上的每次偏移，通過奧氏體沉淀在晶粒晶界和相間晶界上，使鋼重新奧氏體化。成核點是更大量的，并且因此奧氏體晶粒尺寸減小。利用A3溫度附近的熱循環的每次重復，進一步細化顯微結構?，F在顯而易見的是，A3溫度附近的這種熱循環提供優勢。第一，獲得更多的殘余奧氏體。因為，通過熱循環，奧氏體組分的尺寸減小，其更穩定，不易轉變成馬氏體，并且在淬火時更易于保留。第二，通過改善的溶質分離實現奧氏體的更大穩定性。因為，很大地更細化了顯微結構，擴散距離相應地減小以在最終淬火之前實現奧氏體-穩定溶質的更有效分離到殘余奧氏體。因此，提高了延展性。以及第三、在成型產品中獲得更高的強度。強度 受到基體顯微結構尺度的影響。通過在初始淬火之前首先形成奧氏體或奧氏體加鐵素體顯微結構的細化，提高了鋼的強度。
本發明的實施已經用一些例子和曲線圖進行了解釋。但是，本發明的范圍不意圖受到這種示例例子的限 制。
權利要求
1.一種熱處理低合金碳鋼成分工件的方法，用于改善其延展性以成型為制造件并且提供成型件的提高的強度，所述低合金碳鋼工件具有碳含量，并且開始時具有鐵素體顯微結構；所述方法包括: 加熱所述鋼成分工件到其A3溫度以上的第一溫度，直到所述鋼成分工件的顯微結構轉變成奧氏體晶粒； 在冷卻時段將所述鋼成分工件冷卻到其A3溫度以下的第二溫度，以開始鐵素體在奧氏體晶粒的晶界處的沉淀，所述第二溫度和冷卻時段的持續時間被確定以保留所述顯微結構中的大部分奧氏體晶粒； 在再加熱時段再加熱所述鋼成分工件到其A3溫度以上的溫度以由沉淀的鐵素體在未轉變成鐵素體的奧氏體晶界處重新形成新的奧氏體晶粒； 重復所述鋼成分工件到其A3溫度以下的冷卻和到其A3溫度以上的再加熱，以獲得變化的和重新形成的奧氏體晶粒的預定顯微結構；然后，當所述鋼成分工件處于其A3溫度以上或以下的溫度時， 淬火所述鋼成分工件到其Ms溫度以下且其Mf溫度以上的淬火溫度，以開始由變化的和重新形成的奧氏體形成馬氏體，并且獲得所述工件的顯微結構中的殘余奧氏體的期望比例；以及隨后 淬火所述鋼成分工件到環境溫度，以為成型操作準備所述鋼成分工件。
2.如權利要求1所述的熱處理低合金碳鋼成分工件的方法，并且，在淬火所述鋼成分工件到其Ms溫度以下且其Mf溫度以上的淬火溫度的步驟之后，進一步地包括，在淬火所述鋼成分至環境溫度之前，維持所述鋼成分工件在其Ms溫度以下和其Mf溫度以上一段時間，以提高殘余奧氏體的比例。
3.如權利要求1所述的熱處理低合金碳鋼成分工件的方法，并且，在淬火所述鋼成分工件到其Ms溫度以下且其Mf溫度以上的溫度的步驟之后，進一步地包括，在淬火所述鋼成分到環境溫度之前，加熱所述鋼成分工件到其淬火溫度以上，以提高殘余奧氏體的比例。
4.如權利要求1所述的熱處理低合金碳鋼成分工件的方法，其中，所述低合金碳鋼成分的組成包括，重量百分比的，量最高可達約0.4%的碳、量最高可達約1.5%的錳、量最高可達約1%的可選擇的硅、量最高可達約1%的可選擇的鋁，以及鐵。
5.如權利要求1所述的熱處理低合金碳鋼成分工件的方法，其中，冷卻所述鋼成分工件到其A3溫度以下和再加熱到其A3溫度以上的步驟被重復兩次或更多次以獲得變化的和重新形成的奧氏體晶粒的預定顯微結構。
6.如權利要求1所述的熱處理低合金碳鋼成分工件的方法，其中，所述低合金碳鋼成分工件分別被加熱到其A3溫度以上和以下的溫度在A3溫度的約十攝氏度以內。
7.如權利要求1所述的熱處理低合金碳鋼成分工件的方法，其中，A3溫度附近各個加熱和冷卻時段的持續時間不長于約三十秒。
8.如權利要求1所述的熱處理低合金碳鋼成分工件的方法，其中，進行在A3溫度以上和以下加熱和冷卻所述工件，因此，為在環境溫度成型準備的所述工件擁有的用于成型的延展性比沒有在其A3溫度附近熱循環的、但是用于成型的其他過程相同的奧氏體化的相同工件更大。
9.如權利要求1所述的熱處理低合金碳鋼成分工件的方法，其中，所述工件是板、卷起或展開的形式。
10.如權利要求1所述的熱處理低合金碳鋼成分工件的方法，其中，所述工件是板、卷起或展開的形式，并且，板材在環境溫度經歷沖壓操作以形成成型的工件，所述成型的工件具有比沖壓前的板材強度更大的區域。
全文摘要
本發明涉及用于制造高強度和延展性的鋼板的熱處理。通過加熱工件至剛好在其奧氏體轉變溫度(Ac3溫度)以上的溫度，用于冷成型的低合金鋼工件的顯微結構可以有利地改變。鋼工件然后冷卻到剛好其Ac3溫度以下以促進奧氏體晶粒上及之間的鐵素體形成。Ac3溫度以上和以下的加熱和冷卻重復預定次數以在工件淬火到其馬氏體轉變溫度以下之前細化奧氏體晶粒以形成馬氏體與更多殘余奧氏體的混合物。在淬火鋼工件至環境溫度以前，工件可以在其馬氏體區域進一步地被加熱以增大殘余奧氏體的比例。提高了工件的成型性以及其成型形狀的強度。
文檔編號C21D8/02GK103215421SQ201310018810
公開日2013年7月24日 申請日期2013年1月18日 優先權日2012年1月20日
發明者J.R.布拉德利 申請人:通用汽車環球科技運作有限責任公司