具有定制特性的镀锌热成形钢部件的制作方法

本发明涉及具有定制特性的镀锌热成形钢部件，以及通过选择性的冷却和淬火来选择性地定制热成形钢部件的特性的方法。

背景技术：

该部分提供了并不一定是现有技术的本发明相关联的背景信息。

在各种制造工艺中，比如在车辆工业的制造中，可以冲压金属薄板面板或坯料，其中金属薄板面板被压在一对模具之间，以形成复杂的三维形状的部件。金属薄板坯料通常首先从金属材料线圈上切割而成。根据其期望特征来选择金属薄板材料，比如强度、延展性、以及与金属合金相关联的其他特性。

已经采用不同的技术来减轻车辆的重量，同时依然保持结构完整性。例如，剪裁拼焊板组件通常用于形成需要满足专业载荷要求的车辆结构部件。例如，在理想情况下，车身的b柱结构部件在乘员身体对应的区域内具有相对较高的结构刚度，而在乘员座椅处或下面的下部区域具有提高的可变形性，以便在施加力或冲击时座椅高度以下的b柱发生弯折。由于结构部件在不同的区域具有不同的性能要求，因此这种部件已经由多个分离的物件组装在一起，以形成被称之为“定制坯料组件”或“定制焊接组件”(通常也被称为“剪裁拼焊板”或“剪裁拼焊线圈”)。作为非限制性示例，拼焊板组件可以用于形成车辆内的结构部件，例如结构柱(比如a柱、b柱、c柱和/或d柱)、铰链柱、车门、车顶、发动机罩、行李箱盖、发动机导轨、以及具有高强度要求的其他部件。

定制坯料组件通常包含至少一个第一金属薄板或坯料、以及第二金属薄板或坯料(其具有至少一个不同于第一薄板的特征)。例如，具有不同的强度、延展性、硬度、厚度和/或几何形状的钢坯料或钢带可以接合在一起。接合之后，例如通过冷成形工艺或热成形工艺(比如类似于上述的冲压工艺)形成期望的轮廓或三维结构。因此，第一和第二薄板的邻接边缘可以冶金或机械地互锁在一起，比如沿邻接边缘通过进行焊接、接合或其他连接，从而将它们彼此互锁。然后，可以对永久地固定的薄板或坯料进行加工，以制成成型的或成形的金属薄板组件产品。特别地，定制坯料组件不仅仅限于两个薄板或坯料，而是三个或三个以上的薄板或坯料可以连接在一起并成型，以形成组件。

然而，由于涉及到许多步骤和制造工艺，导致定制坯料组件的成本相对较高。例如，初始的工件坯料需要单独切割，然后在组装工艺中进行接合，然后进行成形或成型工艺。另外，由于存在连接或接合(比如焊缝)，因此可能潜在地引起结构部件问题。例如，坯料之间的焊缝或接缝可能提供局部应变点，其可以改变结构部件的特性，和/或潜在地引起过早失效。进一步，在随后的热成形工艺中，来自焊接的热效应可能引起焊缝变化，其最终会导致成品部件内的焊缝处软化，这可能潜在地损害这种定制坯料组件的质量和功能。将期望开发出替代性的新方法，以形成在不同区域必须表现出可变化特性的结构部件，尤其是可以代替传统的定制坯料组件的高强度部件。

技术实现要素：

该部分提供了本发明的一般性概述，但并没有全面地公开本发明的整个范围或所有特征

在某些方面，本发明提供了一种对高强度钢部件的区域进行选择性地淬火的方法。该方法可以包括选择性地冷却热成形压制硬化部件(其包括高强度相变诱导塑性(trip)钢)的至少一个区域。trip钢可以选自由以下组成的组：

(i)mn-trip钢，其包括：

大于等于总钢组合物的约4重量％的锰(mn)，和

大于等于约0.1重量％且小于等于约0.4重量％的碳(c)；以及

(ii)δ-trip钢，其包括：

大于等于总钢组合物的约3重量％且小于等于总钢组合物的约6重量％的铝(al)；

大于等于总钢组合物的约0.1重量％且小于等于总钢组合物的约1重量％的锰；和

大于等于约0.3重量％到小于等于约0.5重量％的碳。热成形压制硬化部件具有微结构，该微结构在马氏体基体中具有大于等于约5体积％的残余奥氏体。所述选择性的冷却将至少一个区域淬火并冷却至小于等于约-40℃的温度，并且形成至少一个包括小于等于约1体积％的奥氏体的淬火区域。

在其他方面，本发明提供了一种对高强度钢部件的区域进行选择性地淬火的方法，其包括：对镀锌热成形压制硬化部件(其包括具有表面涂层(包括锌)的高强度相变诱导塑性(trip)钢)的至少一个区域进行选择性地冷却。trip钢可以选自由以下组成的组：

(i)mn-trip钢，其包括：

大于等于总钢组合物的约4重量％的锰(mn)，以及

大于等于约0.1重量％到小于等于约0.4重量％的碳(c)，以及

(ii)δ-trip钢，其包括：

大于等于总钢组合物的约3重量％到小于等于约6重量％的铝(al)；

大于等于总钢组合物的约0.1重量％到小于等于约1重量％的锰；以及

大于等于约0.3重量％到小于等于约0.5重量％的碳。镀锌热成形压制硬化部件具有微结构，在所述选择性的冷却之前，该微结构在马氏体基体中包括大于等于约5体积％的残余奥氏体。所述选择性的冷却将至少一个区域淬火和冷却至小于等于约-40℃的温度，并且形成至少一个包括小于等于约1体积％奥氏体的淬火区域。

在另外的其他方面，本发明提供了一种镀锌热成形压制硬化的定制淬火部件，其包括至少一个包括小于等于约1体积％奥氏体的选择性地淬火区域。该部件包括具有表面涂层(包括锌)的高强度相变诱导塑性(trip)钢。该钢选自由以下组成的组：

(i)mn-trip钢，其包括：

大于等于总钢组合物的约4重量％的锰(mn)，和

大于等于约0.1重量％且小于等于约0.4重量％的碳(c)；以及

(ii)δ-trip钢，其包括：

大于等于总钢组合物的约3重量％且小于等于总钢组合物的约6重量％的铝(al)；

大于等于总钢组合物的约0.1重量％且小于等于总钢组合物的约1重量％的锰；和

大于等于约0.3重量％到小于等于约0.5重量％的碳。该部件基本上没有液态金属脆性(lme)。在某些方面，该部件是用于汽车或车辆应用的定制淬火坯料。

通过本文所提供的描述，其他的适用领域将变得明显。在本发明内容中的描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，其并不旨在限制本发明的范围。

附图说明

本文所描述的附图的目的仅仅是为了说明所选实施例，而不是为了说明所有的可能实施方式，且这些附图并不旨在限制本发明的范围。

图1示出了高强度高锰相变诱导塑性(trip)钢合金微结构的示例性示意图，该微结构在热成形和压制硬化处理之后具有带有分布相的残余奥氏体的马氏体基体。

图2示出了镀锌板坯的简化横截面示意图，在热成形和压制硬化处理之前，给该镀锌板坯的两个侧面涂覆腐蚀涂层。

图3示出了一种热成形压制硬化的高强度高锰相变诱导塑性(trip)钢合金微结构的示例性示意图，该trip钢合金微结构具有马氏体基体，在下部区域以及在根据本发明的某些方面而进行选择性地冷却和硬化的淬火区域具有分布相的残余奥氏体。

图4示出了一种示例性的简化的涡流管冷却设备，其用于根据本发明的某些方面来对热成形压制硬化的高强度高锰相变诱导塑性(trip)钢合金进行选择性地冷却。

图5示出了一种示例性的简化的干冰喷丸设备，其用于根据本发明的某些方面来对热成形压制硬化的高强度高锰相变诱导塑性(trip)钢合金的基体进行选择性地冷却。

图6示出了根据本发明的某些方面进行处理的呈车辆的常规b柱形式的一种高强度结构部件的代表性前视图。

贯穿附图的多个视图，对应的附图标记指代对应的部件。

具体实施方式

现在将参照附图来更详细地描述示例性实施例。

提供了示例性实施例，使得本发明将是详尽的，并且将向本领域技术人员充分传达其范围。阐述了许多具体细节(例如，具体组合物、部件、装置和方法的示例)，以提供对本发明的实施例的详尽了解。对于本领域的技术人员来说显而易见的是，具体细节无需被采用，示例性实施例可以以许多不同的形式来体现，且两者都不应被解释为限制本发明的范围。在一些示例性实施例中，并未对已知工艺、已知装置结构以及已知技术进行详细的描述。

本文所用术语仅仅是为了描述特定示例性实施例的目的，其并不旨在起限制作用。除非上下文另有明确表示，否则本文所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”可旨在包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”具有包含性，并因此表示所述特征、元件、组合物、步骤、整数、操作和/或部件的存在，但这些术语并不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组的存在或增加。虽然开放性术语“包含”将被理解为用于描述并使得本文所阐述的各种实施例得到保护的非约束性术语，但在某些方面，相反的是，该术语可以可选地被理解为更具限制性和约束性的术语，例如，“由……组成”或“主要由……组成”。因此，对于任何描述组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤的给定实施例而言，本发明还具体包括由或主要由这些所描述的组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤组成的实施例。在“由……组成”的情况下，可选实施例排除任何额外的组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤，而在“主要由……组成”的情况下，任何在物质上影响基本和新颖特性的额外组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤都排除在该实施例之外，但是任何不在物质上影响基本和新颖特性的组合物、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤都可包括在该实施例中。

除非具体确定为执行顺序，否则本文所描述的任何方法步骤、工艺和操作不应被理解为必定需要以所讨论或所示出的特定顺序进行执行。还将理解的是，除非另有说明，否则可采用额外或可选的步骤。

当部件、元件或层被称为“位于”、“结合至”、“连接至”或“联接至”另一元件或层时，其可直接位于、结合至、连接至或联接至该另一部件、元件或层，或可存在中间元件或中间层。相反，当元件被称为“直接位于”、“直接结合至”、“直接连接至”或“直接联接至”另一元件或层时，可能不存在中间元件或中间层。其他用于描述元件之间的关系的词语应当以类似的方式来进行解释(例如，“在……之间”与“直接在……之间”、“邻近”与“直接邻近”等)。本文所用术语“和/或”包括相关联的列出项中的一个或多个的任何和所有组合。

虽然术语“第一”、“第二”和“第三”等可在本文中用来描述各种步骤、元件、部件、区域、层和/或部分，但是，除非另有说明，否则这些步骤、元件、部件、区域、层和/或部分不应被这些术语所限制。这些术语可仅用于区分一个步骤、元件、部件、区域、层或部分与另一步骤、元件、部件、区域、层或部分。当诸如“第一”和“第二”之类的术语以及其他数字术语在本文中使用时，除非上下文中清楚地指出，否则这些术语不暗示次序或顺序。因此，在不偏离示例性实施例的教导的情况下，下文所讨论的第一步骤、元件、部件、区域、层或部分可被称作第二步骤、元件、部件、区域、层或部分。

空间或时间上相关的术语(例如，“在……之前”、“在……之后”、“内部”、“外部”、“在……之下”、“在……下方”、“下部”、“在……上方”、“上部”等)可在本文中使用以便于描述，从而描述如图所示的一个元件或特征与另一元件或特征之间的关系。除了附图所示的方位之外，空间或时间上相关的术语还可旨在包括装置或系统在使用或操作中的不同方位。

在整个公开中，数值代表范围的近似度量或界限，以包括偏离给定值的细微偏差，以及大约具有所述值的实施例和确切地具有所述值的实施例。除了在详细描述结尾处提供的工作示例中，在本说明书(包括所附权利要求书)中的参数(例如，数量或条件的参数)的所有数值都应被理解为由术语“约”在一切情况下进行修饰，不管“约”实际上是否出现在数值之前。“约”表示所述数值允许一些轻微不精确(在一定程度上接近精确数值；大约或相当地接近数值；几乎等于该数值)。若由“约”提供的不精确用该一般含义在本领域无法理解，则本文所使用的“约”至少表示可由测量和使用此类参数的一般方法引起的变化。例如，“约”可包括小于等于5％，任选地小于等于4％，任选地小于等于3％，任选地小于等于2％，任选地小于等于1％，任选地小于等于0.5％，且在某些方面任选地小于等于0.1％的变化。

如本文所使用的，除非另有说明，否则所有的量均以重量百分比(或质量百分比)表示。

此外，范围的公开包括对所有值和在总范围内的进一步分割的范围的公开，包括提供给范围的端点和子范围。

当应用于本发明的组合物或方法的特性时，本文所提及的词语“基本上”表示在特性中可存在变化而不对组合物或方法的化学或物理属性产生实质影响。

现将参照附图对示例性实施例进行更充分的描述。

本发明涉及通过高强度钢合金(例如，相变诱导塑性(trip)钢)形成高强度部件的方法。高强度钢是一种极限拉伸强度大于等于约1000兆帕(mpa)(例如，大于等于约1400mpa且小于等于约2200mpa)的高强度钢。在某些方面，高强度trip钢合金包括相对较高量的锰，例如，以质量或重量计大于等于总高强度trip钢合金组合物的约4％。这种具有额定量超过4重量％的锰的高强度trip钢合金可被认为是高强度高锰相变诱导塑性(trip)钢合金微结构或mn-trip钢。在某些变型中，mn-trip钢合金可包括大于等于总组合物的约4重量％且小于等于总组合物的约12重量％的锰。高强度mn-trip钢合金可进一步包括含量大于等于约0.1重量％且小于等于约0.4重量％的碳。

在某些变型中，高强度mn-trip钢合金任选地包括大于等于总组合物的约4重量％且小于等于总组合物的约12重量％的锰；含量大于等于约0.3重量％且小于等于约0.5重量％的碳；下列合金成分中的一种或多种：大于等于约0.1重量％且小于等于约0.5重量％的硅；小于等于约1重量％的铬；含量小于等于约0.2重量％的钛；含量小于等于约0.1重量％的铝；含量小于等于约0.2重量％的磷；含量小于等于约0.05重量％的硫；累计含量小于等于约0.5重量％，优选地小于等于约0.1重量％的一种或多种杂质；以及余量的铁。

高强度mn-trip钢合金的合适变型可包括7mn-trip钢、10-mn-trip钢等。7mn-trip钢的额定锰含量为总合金组合物的约7重量％，而10-mn-trip钢的额定锰含量为总合金组合物的约10重量％。

其他高强度trip钢合金可包括δ-trip钢，其中高强度trip钢合金的铝浓度大于硅浓度。例如，δ-trip钢可具有以下组合物：含量大于等于总组合物的约3重量％且小于等于总组合物的约6重量％的铝；大于等于总组合物的约0.1重量％且小于等于总组合物的约1重量％的锰；含量大于等于约0.3重量％且小于等于约0.5重量％的碳；下列合金成分中的一种或多种：大于等于约0.1重量％且小于等于约0.5重量％的硅；小于等于约1重量％的铬；含量小于等于约0.2重量％的钛；含量小于等于约0.2重量％的磷；含量小于等于约0.05重量％的硫；累计含量小于等于约0.5重量％，优选地小于等于约0.1重量％的一种或多种杂质；以及余量的铁。

通过非限制性示例的方式，本发明的方法涉及某些高强度trip钢，例如，mn-trip钢、δ-trip钢等。在某些方面，此类精选的高强度trip钢合金具有带有残余奥氏体的微结构，其中该残余奥氏体在热冲压和/或压制硬化工艺之后包埋在马氏体的主基体中。例如，如图1所示，精选的高强度mn-trip钢合金20包括带有分布相的残余奥氏体24的马氏体基体22。如示意图所示的相仅仅是代表性的，且其可具有不同的形态/形状、尺寸以及分布。值得注意的是，其他高强度合金(例如，压制硬化钢(phs)/硼钢)在压制硬化和热冲压处理之后通常具有约为100％的马氏体。然而，高强度mn-trip钢合金20具有大于等于约5体积％且小于等于约30体积％，任选地大于等于约8体积％且小于等于约12体积％，且在某些方面约为10体积％的残余奥氏体24。

通过背景技术的方式，精选的高强度trip钢(例如，mn-trip钢和δ-trip钢)的热成形处理可按如下方式进行。高强度trip钢合金的板或坯件可通过热成形处理形成为三维部件。这种高强度三维部件可并入装置中，例如，车辆。虽然高强度结构特别适合用于汽车或其他车辆(例如，摩托车、船、拖拉机、公共汽车、摩托车、旅游居住车、露营车以及坦克)的部件中，但是这些高强度结构还可用于各种其他工业和应用中。通过非限制性示例的方式，这些其他工业和应用包括航空航天部件、消费品、办公设备和家具、工业设备和机械、农场设备或重型机械。可由当前技术制造的部件和车辆的非限制性示例包括汽车、拖拉机、公共汽车、摩托车、船、旅游居住车、露营车以及坦克。其他具有可由当前技术制造的框架的示例性结构包括建筑物和房屋，例如，房子、办公室、桥梁、棚式建筑物、仓库以及装置。在某些变型中，高强度结构汽车部件可选自由以下组成的组：门槛护梁、结构柱、a柱、b柱、c柱、d柱、保险杆、铰链柱、叉形构件、车身板件、车门、车顶、发动机盖、行李箱盖、发动机护梁及其组合。

被压制硬化成压制硬化钢(phs)部件的高强度相变诱导塑性钢可能需要阴极保护。在适用的预冷成形之前或在奥氏体化之前，可以对压制硬化钢(phs)部件进行涂覆。对压制硬化钢(phs)部件进行涂覆为下面的钢部件提供了保护层。这种涂层通常包括铝-硅合金和/或锌。锌涂层提供阴极保护；该涂层用作牺牲层，甚至在钢暴露时，代替钢部件被腐蚀。然而，在高温下的成形过程中，当金属系统暴露于液态金属(比如锌)时，可能发生液态金属脆性(lme)，导致材料发生潜在的破裂和总伸长率降低或者延展性下降。液态金属脆性还可能导致极限拉伸强度下降。为了防止传统的高强度钢的传统压制硬化钢(phs)工艺中发生液态金属脆性，要进行很多其他加工步骤，这增加了加工时间和成本。

图2示出了一种钢板坯料50的横截面图，其可以在下料操作中(比如通过切割)由金属板坯或线圈形成。钢板坯料50包含由高强度trip钢(类似于前面描述的组合物)形成的主基层52。第一涂层54可以形成于主基层52的第一面56上，而第二涂层58可以形成于主基层52的第二相反面60上。第一涂层54和第二涂层58可以是防腐蚀保护涂层。尽管被示出为在主基层52的第一和第二面56、60上，但第一涂层54和第二涂层58可以可选地从任一面或两面上忽略。在某些方面，第一涂层54和第二涂层58包括例如锌，例如，这种涂层可以是锌或锌的一种合金，从而主要包括大于约90％的锌。然而，应该认识到，第一涂层54和第二涂层58的成分并不限于包括锌，还可以进一步包含其他元素。钢板坯料50因而经受热成形工艺，以提供三维成形的部件。

在热成形过程中，钢板坯料可以被引入到熔炉或其他加热源中。施加到钢板坯料的热量将钢板坯料加热并浸透到至少所选高强度trip钢的奥氏体化温度。在某些方面，高强度trip钢具有高于或等于约750℃至小于等于约850℃的奥氏体化温度(t1)，在某些变型中，该温度可选地小于等于约782℃。这种奥氏体化温度远低于典型的压制硬化钢(phs)/硼钢(比如，22mnb5合金，其具有低锰含量且不含铝)的奥氏体化温度，其通常在约880℃到950℃范围内的温度下被奥氏体化。如下面将进一步描述的，在某些方面，钢板坯料可以具有含锌的表面层，以用于防腐蚀保护。锌具有的熔化温度为420℃，并在782℃时开始通过共析反应与铁发生反应，形成脆性相，导致液态金属脆性(lme)的产生。当温度有利(在某些高强度锰trip钢中，该温度高于782℃)且锌是液态金属时，在变形工艺过程中，该锌可以润湿新暴露的晶粒边界(基材中的相)，并导致沿晶粒边界的脱开/分离。该锌因而攻击晶粒边界，尤其是存在奥氏体的情况下，这可能不合需要地形成与lme相关联的裂缝。钢板坯料被浸渍足够长的时间以使高强度trip钢奥氏体化至期望水平。

从熔炉排出之后，板坯可转入冲压压力机。冲压压力机可包括具有冷却系统或机构的模具。例如，模具可具有水冷系统，其是本领域的技术人员所熟知的。模具被设计成从奥氏体化板坯形成部件的期望最终三维形状。模具可包括第一成形模具和第二成形模具，该第一成形模具和第二成形模具被聚集在一起以在其间形成三维部件的期望最终形状。

因此，冷却模具可在成形部件的表面上以受控的方式对成形板坯进行淬火，以引起从奥氏体向马氏体的相变。因此，第一和第二模具可相配合来用作为散热器，以从成形部件吸收热量并通过其他方式对其进行淬火。在某些变型中，高强度trip钢具有临界冷却速率，该临界冷却速率是在部件中产生大于约70体积％的硬化马氏体条件的最低冷却速率。在一方面，高强度trip钢的临界冷却速率不大于约10开氏度/秒(k/s)。然而，应理解的是，高强度trip钢可具有下临界冷却速率，例如，约为1k/s。本发明的精选高强度trip钢不仅极大地降低了奥氏体化温度，而且还使连续冷却相变(cct)图的铁素体和珠光体相变曲线显著地右移，进而给予更多的时间，使得临界冷却速率可变得更低。下临界冷却速率改善了trip钢的硬化性，并使得处理条件不太苛刻。例如，下临界冷却速率对模具设计具有如下影响：(i)对复杂的冷却通道的要求较少；(ii)对模具再加工的敏感性较低；以及/或者(iii)对冷却速率的均匀性的要求较少。然而，模具仍可尽可能快地冷却以维持处理工作量。

在三维部件的热成形过程中，钢板坯料的温度最好保持在约782℃以下，以免形成锌铁(znfe)相/化合物，其消耗来自涂层(图2中的钢板坯料50内的第一涂层54和第二涂层58)的锌。通过这种方式，可以显著降低或者去除上述液态金属脆性(lme)。这样，热成形的部件上增加的锌浓度导致防腐蚀保护的提高。

因此，在起始原料的一个侧面或两个侧面上设有锌涂层的变型中，压制硬化部件基本上无液态金属脆性。锌涂层可通过常规方法(例如，热浸镀锌)进行涂覆。本文所提及的术语“基本上无”意指lme微结构和缺陷的不存在达到其存在所造成的不期望物理性能和限制(例如，开裂、延展性丧失和/或强度丧失)被最小化或避免的程度。在某些实施例中，“基本上无”lme缺陷的phs部件包括小于约5重量％，更优选地小于约4重量％，任选地小于约3重量％，任选地小于约2重量％，任选地小于约1重量％，任选地小于约0.5重量％的lme物质或缺陷，且在某些实施例中，其包括0重量％的lme物质或缺陷。

因此，提供了一种对高强度trip钢合金进行压制硬化的方法，其包括产生具有镀锌高强度trip钢合金的坯料。该坯料被加热至小于等于约782℃的温度，以将镀锌钢合金部分地奥氏体化。然后在模具内将坯料压制硬化并淬火，以形成具有多相微结构(比如图1中形成的示例性微结构20)的压制硬化部件。虽然马氏体基体24中的残余奥氏体26提供了更大的延展性和/或能量吸收，但是与完全马氏体化的微结构相比，马氏体基体24中的残余奥氏体26还降低了硬度。在某些方面，在热成形/压制硬化之后，形成微结构，其具有含量大于等于约5体积％到小于等于约30体积％的残余奥氏体，以及大于等于约70体积％到小于等于约95体积％的余量的马氏体。在某些变型中，在采用选择性的冷却和淬火工艺而进行这些热成形工艺之后，本发明提供了一种选择性地增加所选高强度trip钢的硬度的方法。

在某些方面，经由选择性的冷却工艺来增加硬度，其中表面经由冷却进行淬火，从而进行硬化。对热成形部件的一个或一个以上的区域进行选择性的冷却，以将零件的表面附近的残余奥氏体转变为马氏体。通过这种方式，通过不同的部件区域形成不同的微结构，其中微结构从高体积的马氏体(比如98-100％的马氏体)转变为一个在微结构中具有较少马氏体(比如大于等于约70体积％到小于等于约95体积％，余量为残余奥氏体)的区域。

如图3中所示，热成形压制硬化的所选高强度锰trip钢合金20a具有的微结构包含马氏体基体22，其具有分布相的残余奥氏体24。示意图中所示的相仅仅是代表性的，可以具有不同的形态/形状、尺寸和分布。然而，淬火区28已经被选择性地冷却，因此包括马氏体微结构30。在某些变型中，淬火区28内的马氏体30的含量大于等于约98体积％，可选地大于等于约99体积％，可选地大于等于约99.5体积％，可选地大于等于约99.7体积％，以及在某些变型中，可选地大于等于约99.9体积％的马氏体30。换句话说，淬火区28内的残余奥氏体小于等于约2体积％，可选地小于等于约1体积％，可选地小于等于约0.5体积％，可选地小于等于约0.3体积％，可选地小于等于约0.1体积％。

高强度锰trip钢合金20a的下部区域32保持完整，且并未淬火，因此具有大于等于约5体积％到小于等于约30体积％的残余奥氏体24，可选地大于等于约8体积％到小于等于约12体积％，以及在某些方面，在马氏体22基体中约10体积％的残余奥氏体。可以看出，在淬火区域28内，残余奥氏体至少部分地转变为马氏体。根据表面硬化工艺的性质和范围，在淬火区域28和未淬火下部区域32之间可以形成过渡区域34。

选择性的冷却工艺用于热冲压的零件上，以将具有残余奥氏体的表面转变为马氏体，从而形成硬化和淬火区域，而未淬火的微结构保持相同。当冷却时，表面附近的残余奥氏体转变为马氏体，因此增加了材料的强度。通过这种方式，淬火区域可以表现出较高的硬度水平，而未淬火区域表现出较高的延展性和/或能量吸收特性。由于残余奥氏体在变形过程中转变为马氏体，因此提升了延展性，并延迟了断裂。因此，残余奥氏体还提升了能量吸收。在某些变型中，选择性地淬火的区域可以具有比未淬火区域更高的极限拉伸强度。仅仅作为非限制性示例，淬火区域内的代表性强度可以大于等于约1400mpa，而未淬火区域具有的强度可以小于等于约1400mpa。在选择性的冷却工艺之后，热冲压部件的机械性能显著提升，比如疲劳强度和静态/动态载荷承载能力。

选择性地淬火和硬化的区域可以形成于三维压制硬化零件的所选区域上。在各个方面，在部件的所选区域处针对性地进行选择性的冷却工艺，以提供具有不同微结构的两个不同区域。因此，至少一个选择性地淬火的区域具有第一微结构，并毗邻具有第二微结构的部件内的一个或一个以上的未淬火区域。可能发生第一和第二微结构之间的过渡，其厚度可以根据形成至少一个选择性地淬火和硬化的区域所用的选择性的冷却工艺而变化。

在某些方面，选择性的冷却工艺可以将高强度相变诱导塑性(trip)钢形成的热成形压制硬化部件的至少一个区域选择性地淬火和冷却至小于等于约-40℃的温度。降低部件的温度，以诱导残余奥氏体以亚稳态的方式转变为马氏体。在某些方面，该温度小于等于约-0℃，可选地小于等于约-10℃，可选地小于等于约-25℃，在某些优选方面可选地小于等于约-40℃，可选地小于等于约-50℃，可选地小于等于约-60℃，可选地小于等于约-70℃，以及在某些变型中，可选地小于等于约-75℃。

在某些方面，通过将包括高强度相变诱导塑性(trip)钢的热成形压制硬化部件与冷却介质相接触来实现选择性的冷却。在某些方面，通过将部件的至少一个区域浸没或浸入到冷却介质(比如冷却介质浴或移动流)中而实现该接触。在这种工艺中，示例性的冷却介质可以选自由以下组成的组：水、液态氮及其组合。在其他方面，选择性的冷却可以包括将冷却介质喷射到部件的至少一个区域上。在某些方面，可以经由喷嘴来对此喷射进行加压和引导。冷却介质可以是气态、蒸汽或雾气、液态和/或固态的形式。例如，这种工艺的冷却介质可以选自由以下组成的组：空气、水、液态氮、固体二氧化碳(比如干冰颗粒)及其组合。冷却介质被指向或接触部件的一个或一个以上的选择区域，以诱导冷却、淬火，并因此将残余奥氏体转变为马氏体。通过采用掩膜/防护屏障进行遮挡，或者仅将冷却介质指向表面的选择区域，可以防止部件的某些区域暴露于选择性的冷却。

在某些方面，在被指向基材的一个或一个以上的选择区域的过程中，冷却介质具有小于等于约-40℃的温度，可选地小于等于约-50℃，可选地小于等于约-60℃，可选地小于等于约-70℃，以及在某些变型中，可选地小于等于约-75℃。

在某些变型中，通过采用可以产生指向部件的冷空气或雾气的涡流管来进行选择性的冷却。图4中示出了一种示例性的简化的涡流管冷却设备80。涡流管冷却设备80包含压缩空气入口82，压缩空气通过该压缩空气入口82流动并进入固定的涡流生成室84。可以在70°f(约21℃)的温度下引入压缩空气。生成外涡流86，并且形成内涡流88。外涡流86从内涡流88的能量损失中获得热量。热排气90(比如具有高于230°f(约110℃)的温度)可以通过可调节控制阀92排出涡流管冷却设备80。残留空气朝向固定的涡流生成室84流回，从而产生内涡流88，其损失能量并冷却。冷却气流94穿过固定的涡流生成室84，并穿过出口96，其在此处被引导朝向将要被选择性地冷却和淬火的基材100的表面的目标区域98。基材100或涡流管冷却设备80可以相对于彼此而移动，以覆盖基材100的表面的各个目标区域98。通过调整可调节控制阀92可以控制冷却气流94的体积和温度。在某些操作模式中，冷却气流94被过度冷却，且可以具有-40°f(约-40℃)的温度。

在其他变型中，选择性的冷却可以包括用冷介质(比如干冰(固体二氧化碳)进行喷丸。采用这种喷丸设备，通过降低温度并诱导机械功可以对部件进行选择性地处理。图5中示出了一种示例性的简化的干冰喷丸设备110，其中压缩气体(比如压缩空气112)经由入口114被引入，并被输送到整个设备110的导管116内。进料斗116容纳珠粒或颗粒120形式的冷却介质。在某些变型中，颗粒或珠粒120可以是干冰颗粒。干冰或固化二氧化碳具有的平均温度约为-108.4°f(-78℃)或以下。进料斗116可以隔热或具有冷却系统。颗粒120在入口124处被供给到腔室122内。压缩气体流在进料斗116附近进入腔室122内，并可以用于喷吹颗粒120，以便它们流入腔室122内。同样，腔室122可以隔热或者具有单独的冷却系统。腔室122具有出口126，其可以包含相关联的计量设备/阀系统，以调节压缩气体112和颗粒120的流量。在出口126之后，多个颗粒120被夹带在压缩空气112中，并在导管128内被供给至喷嘴130，其可以包含流量调节器(未示出)。多个颗粒120从喷嘴出口132被喷出，并指向将被选择性地冷却和淬火的基材142的表面的目标区域140。基材142或喷嘴130可以相对于彼此而移动，以覆盖基材142的表面的各个目标区域140。上述对基材进行选择性地冷却的这些方法用于说明合适的实施例，然而，在本发明的可选变型中同样构想对钢基材进行选择性地冷却的其他方法和设备。

通过采用选择性的冷却和淬火而产生的额外马氏体来提高表面附近的强度，根据本发明的方法进行处理的微结构可以具有热成形压制硬化的零件，其具有提高的抗弯曲性。进一步，尤其是在冷却介质包含颗粒的情况下，在将颗粒指向表面以进行选择性的冷却之后，通过在表面处引入压缩残余应力，选择性的冷却工艺可以缓解压制硬化部件内的锌涂层内的微裂纹扩展风险。因此，对压制硬化的部件进行选择性的冷却可以提高热成形钢部件(镀锌的或裸露的)的功能性能，比如提高工作载荷(尤其是弯曲载荷)下的疲劳强度和冲击性。

在某些其他方面，与传统的铝硅涂覆的压制硬化钢部件相比，具有根据本发明的教导而形成的锌涂层的热成形部件具有提高的耐腐蚀性能。如上所述，奥氏体化温度低于锌和铁之间形成非期望化合物的温度，从而有助于将液态金属脆性(lme)降至最低。在热成形之后，选择性的冷却工艺进一步封闭锌涂层内的微裂纹，从而尽可能减少或消除可能引起腐蚀的裂纹扩展风险。本技术因而使得由高强度trip钢形成的镀锌压制硬化部件在较低成本下具有提高的防腐蚀性能(与传统的铝硅涂层相比)。

因此，本发明在某些方面提供了镀锌热成形压制硬化部件。这种部件可以是定制的淬火坯料。该部件包括在热成形和压制硬化之后形成的至少一个淬火和硬化区域。淬火区域包括小于等于约2体积％的奥氏体，且在某些方面，可选地小于等于约1％的奥氏体，而第二淬火区域在马氏体基体内包括大于等于约5体积％的残余奥氏体。该部件可以包括具有表面涂层(包括锌)的高强度相变诱导塑性(trip)钢。该部件基本上没有液态金属脆性(lme)。高强度相变诱导塑性(trip)钢可以选自由以下组成的组：

(i)mn-trip钢，其包括：

大于等于总钢组合物的约4重量％的锰(mn)，和

大于等于约0.1重量％且小于等于约0.4重量％的碳(c)；以及

(ii)δ-trip钢，其包括：

大于等于总钢组合物的约3重量％且小于等于总钢组合物的约6重量％的铝(al)；

大于等于总钢组合物的约0.1重量％且小于等于总钢组合物的约1重量％的锰；和

大于等于约0.3重量％且小于等于约0.5重量％的碳。先前在上文中所讨论的trip钢中的任一种都可形成镀锌热成形压制硬化部件。同样，包括锌的表面涂层可与先前所描述的一样。

图6示出了呈车辆的b柱150形式的高强度结构部件的代表性前视图。应该注意，图6是b柱150的代表性简化版本，并且可以具有许多其他的零件连接在一起以形成b柱150。b柱150在其中间部分152中应该具有极限强度，而在其上部154和下部154中具有剩余的强度和延展性。当施加力或冲击到b柱150上时，这些不同特性的组合促进了期望位置(这可能对应于车辆内的座椅高度)处的弯折，以便在施加力或冲击之后保护乘员。因此，根据本发明的某些方面，中间部分152已经被淬火和选择性的冷却，而上部154和下部156未淬火且未处理。中间部分152的选择性的冷却和淬火提高了可能接收冲击或力的该区域的强度和硬度。b柱150的上部154和下部156依然具有残余奥氏体，因此具有较大的冲击能量吸收能力。根据本发明，高强度车辆结构部件可以被制作成使得在必要时所选区域被冷却和定制淬火。如上所述，高强度车辆结构部件可以选自由以下组成的组：车门槛护梁、结构柱、a柱、b柱、c柱、d柱、保险杠、铰链柱、横梁、车身板、车门、车顶、发动机罩、行李箱盖、发动机导轨、以及在某些变型中的其组合。

通过这种方式，本发明提供了将高强度压制硬化钢(phs)制成的热成形钢部件的所选区域进行冷却的各种方式，其将残余奥氏体转变为马氏体。这导致整个热冲压钢部件的定制特性，使得某些区域(热成形之后冷却至零下的那些区域)比其他区域更强。这使得具有定制特性的定制坯料的形成，同时由于避免使用其他更为复杂/昂贵的解决方案来实现定制特性(类似于进行焊接的定制轧制坯料和定制坯料组件)，从而降低了费用。在某些方面，镀锌压制硬化钢(phs)部件具有定制特征，其在降低成本(与定制特性的其他解决方案(比如定制轧制/剪裁拼焊板)的解决方案相比)的情况下降低了质量(与具有整体特性的压制硬化钢(phs)零件相比)。

出于说明和描述的目的，提供了实施例的前述描述。其并不旨在是穷举性的或限制本发明。虽然未具体示出或描述，但是特定实施例的单个元件或特征通常不限于该特定实施例；相反，在适用的情况下，这些元件或特征可互换，并可用于选择的实施例。上述元件或特征还可以以多种方式进行变化。此类变化不被视为偏离了本发明，且所有此类修改都旨在包括在本发明的范围内。