具有定制淬透性的钢合金的制作方法

本公开涉及钢合金。更具体地，本公开涉及具有定制淬透性的钢合金。

背景技术：

此章节的陈述仅旨在提供与本公开内容相关的背景信息，且可能不构成现有技术。

应用于冲压淬火钢加工的标准合金已存在许多年。这种合金成分最初开发用于长产品感应热处理。然而，定制坯料和定制性能加工越来越多地应用于例如汽车车身结构设计以提供具有增强冲击性能的更轻重量结构。定制结构部件技术的实例包括定制坯料、冲压淬火钢的定制回火以及冲压淬火钢的定制奥氏体化和淬火。由于前述合金成分并不开发用于定制性能过程，故本领域需要这种合金成分。

技术实现要素：

本发明提供具有定制淬透性的合金。在一个方面，合金包含碳、硅、铌、锰、钼、铬以及存在且与炼钢实践不同的微量元素。合金的时间和温度转换图具有在大约750k和950k的温度下在大约相同时间出现的贝氏体鼻突和铁素体鼻突。

本发明的前述方面进一步的特征在于本文所述的特征的一个或任意组合，诸如：合金中不含碳；贝氏体鼻突和铁素体鼻突在约四秒处出现。硅以约0.6重量％的量存在，碳以约0.2重量％的量存在，硅以约0.6重量％的量存在，锰以约1.2重量％的量存在，钼以约0.1重量％的量存在，铬以约0.4重量％的量存在；铌以约0.6重量％的量存在；合金具有约1123k至1223k的奥氏体化温度；合金具有约450-500hv的硬度，例如马氏体，400-500hv的硬度，例如马氏体和贝氏体的组合，240-400hv的硬度，例如铁素体、贝氏体和马氏体的组合，以及小于200hv的硬度，例如铁素体、珠光体和贝氏体的组合；合金，典型的冲压淬火钢具有约200gpa的弹性模量；且合金具有约1400-1550mpa的拉伸强度，例如马氏体，1300-1500mpa的拉伸强度，例如马氏体和贝氏体的组合，1000-1300mpa的拉伸强度，例如铁素体、贝氏体和马氏体的组合，以及小于1000mpa的拉伸强度，例如铁素体、珠光体和贝氏体的组合。

在另一方面，具有定制淬透性的机器部件包括具有碳、硅、铌、锰、钼以及铬的合金。合金的时间和温度转换图具有在分别约750k和950k的温度下在大约相同时间出现的贝氏体鼻突和铁素体鼻突。

本发明的前述方面进一步的特征在于本文所述的特征的一个或任意组合，诸如：合金中不含硼；贝氏体鼻突和铁素体鼻突在约四秒处出现；碳以约0.2重量％的量存在，硅以约0.6重量％的量存在，锰以约1.2重量％的量存在，钼以约0.1重量％的量存在，铬以约0.4重量％的量存在；碳以约0.2重量％的量存在，锰以约1.2重量％的量存在，钼以约0.1重量％的量存在，铬以约0.4重量％的量存在；铌以约0.6重量％的量存在；在机器部件的约1厘米的区域上方，合金的淬火从约2k/秒变化至约50k/秒；且合金具有约1123k至1223k的奥氏体化温度。

从本文提供的描述中，其他特征、优点和应用范围将变得显而易见。应当理解的是，本说明书以及特定实例仅仅是用于说明目的，并不试图限定本公开的范围。

附图说明

本文所描述的附图仅仅出于说明的目的，并不试图以任以任何方式来限定本公开的范围。附图中的部件并不必须按比例绘制，相反，重点是阐述本发明的原理。在附图中：

图1是钢合金的时间/温度转换图；

图2是根据本发明的原理的钢合金的时间/温度转换图；以及

图3是示于图1和2的连续冷却曲线的时间/温度转换图。

具体实施方式

以下描述在本质上仅仅是示例性的，并不试图限制本公开内容、应用或用途。

现参照附图，图1示出了用于冲压淬火钢(phs)加工的标准淬火钢合金(诸如22mnb5)的时间/温度转换图。该图示出了连续冷却曲线10和等温保持曲线12。对于这种特定合金，贝氏体开始温度14在约820k处出现，且马氏体开始温度16在约700k处出现。如等温保持曲线12所示，合金具有在约3秒处出现的贝氏体鼻突18和在约11秒处出现的铁素体鼻突。

现转向图2，示出了根据本发明的原理具有定制淬透性的改性合金的时间/温度转换图。尽管图1中的合金包含硼，但图2中的合金不含硼。图2中的合金不同于图1中示出的合金成分。对于合金的成分，碳以约0.2重量％的量存在，硅以约0.6重量％的量存在，锰以约1.2重量％的量存在，钼以约0.1重量％的量存在，铬以约0.4重量％的量存在。

在备选的改性合金中，根据本发明的原理，采用铌替代硅。因此，在备选的合金成分中，碳以约0.2重量％的量存在，铌以约0.6重量％的量存在，锰以约1.2重量％的量存在，钼以约0.1重量％的量存在，铬以约0.4重量％的量存在。

返回参照图2，合金成分提供在约820k处出现的贝氏体开始温度14以及还在约700k处出现的马氏体开始温度16。此外，改性合金的奥氏体化温度为约1123k至1223k。

图2进一步显示，对于该合金成分，沿着等温保持曲线112的贝氏体鼻突118已经移至约4秒，且铁素体鼻突120同样已经移至约4秒。仍参照图3，图2所展示的合金成分产生比标准合金的连续冷却曲线10较陡的连续冷却曲线110，且当硼未添加到成分中且增加硅的相对量时，临界冷却速度略陡，这促进了铁素体(非贝氏体)以较低冷却速度产生。冷却合金的能力慢慢促使产生由合金制成的较软部件。尽管硼的去除降低了合金的淬透性，但硅的添加稍微增加了淬透性，但相对于贝氏体，有利于铁素体诸如非马氏体产品的产生。还应注意的是，钼的量已经从0.01重量％增加至约0.1重量％且铬已经从0.2重量％增加至约0.4重量％以保持图2展示的改性合金成分的淬透性。

图2展示的改性合金实现了定制淬透性。特别地，合金利用钢淬透性的物理冶金原理来在冷却期间通过修改硅、铬、钼以及硼含量来调整奥氏体分解响应。图2的改性合金在从快速到慢速淬火的转换期间提供更尖锐且更加可重复强度/硬度曲线，例如在冲压淬火操作中。

改性合金(图2)的使用实现具有定制压碎/冲击性能的超高强度冲压淬火钢(拉伸强度＞1,300mpa)的较多使用，其反过来实现例如机动车辆结构的较大设计灵活性和重量降低。改性合金进一步通过降低由于过程可变性引起的部件性能的可变性来实现phs加工的使用。且通过降低过程/产品可变性，改性合金的使用通过降低或消除定制结构的激光焊接坯料和/或后回火过程(诸如激光或冲模过程)的必要性来降低生产费用。因此，改性合金的使用允许将所需性能置于所需位置的加工策略。例如，由于改性合金的回火可以在1厘米区域上方从约2k/秒变化到约50k/秒，故改性合金的使用实现机器部件约1厘米的区域上方的定制硬度/强度。因此，合金实现例如热冲压加工中给定热曲线梯度的硬度的更突然转变。因此，对于机动车辆框架的生产，在使用具有多个冷却速度的单个冲模的情况下，改性合金实现生产具有高强度的框架区域以及具有较高延展性的其他框架区域用于更多能量吸收。在各种方案中，改性合金具有约450-500hv的硬度，例如马氏体，400-500hv的硬度，例如马氏体和贝氏体的组合，240-400hv的硬度，例如铁素体、贝氏体和马氏体的组合，以及小于200hv的硬度，例如铁素体、珠光体和贝氏体的组合；合金，典型的冲压淬火钢具有约200gpa的弹性模量；且合金具有约1400-1550mpa的拉伸强度，例如马氏体，1300-1500mpa的拉伸强度，例如马氏体和贝氏体的组合，1000-1300mpa的拉伸强度，例如铁素体、贝氏体和马氏体的组合，以及小于1000mpa的拉伸强度，例如铁素体、珠光体和贝氏体的组合。

本发明的描述在本质上仅仅是示例性的，并且不脱离本发明要旨的变型都预期在本发明的范围内。这些变换并不被认为是脱离本发明的精神和范围。