CN103866102A - 制造机动车构件的方法以及机动车构件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制造机动车构件的方法以及根据本发明制造的机动车构件。特别地，为了制造机动车构件，提供具有10至40mJ/m2层错能和10至30%锰含量的钢板坯，所述钢板坯的材料在室温下导致双晶形成并且至少局部具有主要奥氏体织构。在+30℃和-250℃之间的温度下至少局部热处理钢板坯并然后进行冷成形。通过根据本发明的方法特别显著地提高屈服点和抗拉强度，同时实现高延展性。

Description

制造机动车构件的方法以及机动车构件
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的特征的用于制造机动车构件的方法。
本发明还涉及根据权利要求12的特征的机动车构件。
背景技术
根据现有技术已知，自承重机动车车身由金属构件制得。为此，首先制造机动车立柱、门槛、顶梁以及还有纵梁或横梁，然后组装成组件，随后组装成完整的机动车车身。
在对可经济操作的机动车的需求的过程中，近几十年中寻求不同于钢的替代性材料。因此上述机动车车身例如由轻金属（特别是铝）制成。然而由于昂贵的原材料和复杂的加工方法，这造成高的制造成本。
此外，在同时的成本压力下，对机动车的碰撞安全性的需求日益增加。因此机动车和机动车车身或者其他机动车结构构件或车身构件应特别轻，具有高的碰撞安全性并且同时可有利地生产。
为此，近几年中研发了高强度和最高强度的钢，其相比于轻金属或者纤维复合材料可有利地生产并且同时在低自重下具有特别高的刚性及因此的碰撞安全性。
因此，这例如能够通过热压成形技术和模压淬火技术来实现。首先将可淬火钢加热至超过奥氏体化温度，然后进行热压成形和淬火。伴随而来的是构件的高强度然而受限的延展性能。在某些情况下，需要复杂的热后处理用以针对性地在局部区域中调节延展性。
热压成形钢和模压淬火钢的替代品是所谓的TWIP钢，其中在塑性成形时在奥氏体钢中出现强烈的机械双晶形成。所述过程在低负荷下已经开始并且使钢硬化，同时具有高断裂伸长率。在此过程中双晶形成作用于材料织构中的位错运动如晶界并因此作为阻力抵抗进一步变形。延伸诱导的双晶形成在此造成更高的延伸性。通过马氏体区域同时获得高强度。
例如由DE102010020373A1已知这种TWIP构件的制造。
此外由WO2008/078962A1已知钢合金，所述钢合金具有用于改进其强度的马氏体部分。
发明内容
本发明的目的是从现有技术出发提供制造方法以及机动车构件，所述机动车构件可有效制造，具有特别低的自重和高硬度同时具有高延展性。
根据本发明通过具有权利要求1的特征的方法实现上述目的。
还通过根据权利要求12的特征的机动车构件实现所述目的的物体部分。
本发明的有利的实施方案变型为从属权利要求的主题。
根据本发明的用于制造金属机动车构件的方法的特征在于以下方法步骤：
-提供具有10至30%锰含量和5至50mJ/m2，特别是10至40mJ/m2层错能的钢板坯，其中钢板坯的材料在室温下倾向于形成双晶并且至少局部具有主要奥氏体织构，
-在+30℃和-250℃之间的冷成形温度下至少局部热处理（回火，Temperieren）钢板坯，
-在基本上冷成形温度下将钢板坯成形为板状构件，其中通过冷成形过程至少局部引起马氏体形成，
-取出板状构件。
因此根据本发明提出，提供具有主要奥氏体织构的金属构件，特别是由高锰含量的钢材料、非常特别优选由TWIP钢形成的金属构件。然后进一步将构件于基本上低于室温、特别是在+30℃和-250℃之间、非常特别优选在+25℃和-200℃之间的温度下，冷却至冷成形温度。冷却之后，在达到的冷成形温度下进行经冷却的钢板坯的冷成形从而形成期望的板状构件。然后从成形工具中取出冷成形构件。
在冷成形的过程中，通过塑性形变使得基本奥氏体织构转化成至少局部、优选全部马氏体织构。由此相应地显著升高构件的强度性能。在此为形变诱导的马氏体形成。在机动车构件的制造和/或机动车构件的使用中的塑性应变下，这同时造成硬度和可成形性的提高。通过硅含量进行混晶硬化，所述混晶硬化提高了构件的屈服点。通过塑性形变使亚稳态富碳奥氏体以形变诱导的方式转化成马氏体，由此机动车构件至少局部通过TWIP作用的双晶形成而硬化。
然而根据本发明同时也利用TRIP作用，所述TRIP作用在成形时特别引起马氏体形成。在此，TRIP作用特别在形变诱导的马氏体形成过程中出现。在塑性应变时通过TRIP作用同时引起硬度以及可成形性的提高。TRIP作用的特征特别在于，一旦在变形时达到塑性区域，亚稳态富碳奥氏体就以变形诱导的方式转化成马氏体。由此，钢在塑性形变时针对性地硬化。
特别优选地，为了制造根据本发明的机动车构件，使用具有以重量百分比表示的以下合金成分的钢合金：
Figure BDA0000425696080000031
余量为铁（Fe）和由熔炼造成的杂质。
通过针对性地选择合金成分，调整构件成形时的冷成形温度，使得存在调节获得至少局部针对性地具有强度性能的机动车构件的可能性。
特别地，通过板坯的冷却造成层错能降低，使得通过TWIP作用产生的双晶形成降低至可以忽略的程度。然而同时亚稳态奥氏体至马氏体的转化增多，由此构件的强度性能再度提高。特别地，当调节得成形程度在构件上至少局部进行直至实现所使用的合金材料均匀延伸时，达到良好的强度性能。
根据所使用的合金组成和与其相适应的板坯的冷成形温度，目的是通过塑性形变尽可能多地将奥氏体织构转化成马氏体。另一个控制参数是成形程度本身。成形程度越高，奥氏体至马氏体的转化越显著。
在以下情况下显示出特别有利的强度性能：使用具有在5和50mJ/m2之间，特别是20至40mJ/m2层错能的板坯作为起始材料，然后冷却至冷成形温度，其中特别通过冷却来针对性地将板坯内的层错能降低至15和20mJ/m2之间的值。
在此，冷却本身可以在不同冷却介质中进行，其中特别使用液氮。借助于液氮特别使冷成形温度在+25℃和-200℃之间，非常特别优选地使冷却温度在+25℃至-197℃的范围内。在本发明的范围内，通过所述公开最后提及的区间中的各个温度（因此在+25℃至-197℃的范围内）被理解为冷成形温度。因此，可能的是，将构件冷却至例如-180℃、还有-100℃的冷成形温度或在+25℃至-197℃的区间中的任一值。特别地，将钢板坯在冷成形温度下预拉伸。
特别地，在本发明的范围内冷却或热处理至少局部地进行。由此，可能的是，在构件内仅局部针对性地调节期望的强度性能。在此，在本发明的范围内，由于迅速的冷却时间而忽略在板坯本身内例如从冷却区域向非冷却区域的热传导。
冷却本身在此可以特别在冷却站中进行，其中经冷却的板坯在冷却之后传送入成形工具中，其中所述成形工具特别是自身再度冷却的。成形过程本身然后在成形工具中在基本上冷成形温度下进行。在此，在本发明的范围内，再度忽略传送过程中和/或成形工具本身中的微弱加热。
在替代方案中，可能的是，在成形工具中将板坯本身冷却至冷成形温度，然后紧接着直接进行冷成形。
此外，在本发明的范围内，还替代地可能的是，使板坯至少局部预成形，所述预成形特别在室温或室温以上进行。因此在本发明的范围内，预成形特别在0℃和+50℃之间，非常特别优选在+20℃至+30℃的范围内进行。然后紧接着再度将预成形的板坯冷却至冷成形温度并随后进行冷成形。
此外优选地，在本发明的范围内还优选可能的是，直接使预成形区域成形为最终程度，其中冷成形随后在不同于预成形区域的区域中进行。因此还优选仅热处理或冷却非预成形区域并然后进行冷成形。因此预成形区域具有相比于冷成形区域更低的强度。
然而，在本发明的范围内还进一步可能的是，仅局部预成形针对性区域，其中预成形例如以预拉伸的形式特别在冷成形温度下进行。预拉伸本身则也可以再度局部进行。预拉伸时的成形程度特别为最终程度的10至90%。在本发明的范围内则再度可能的是，再度冷却和冷成形经预拉伸或预成形的区域，其中通过预成形或预拉伸的程度再度针对性地调节马氏体形成的程度。
本发明的另一组成部分是根据具有至少一个上述特征的方法制造的机动车构件，其中机动车构件由TWIP钢合金形成并且根据本发明其特征在于构件的至少局部区域具有基本上的马氏体织构。因此，通过根据本发明的制造方法可能的是，降低TWIP作用由此减少机械双晶形成并同时在冷成形温度下成形的区域中产生更多的马氏体部分。
特别地，机动车构件由钢合金形成，所述钢合金优选具有高的锰含量并且具有以重量百分比表示的以下合金成分：
Figure BDA0000425696080000051
Figure BDA0000425696080000061
余量为铁（Fe）和由熔炼造成的杂质。
其在此特别为TWIP钢合金，其根据在各个百分比含量下的期望强度以及每种合金元素是否存在来选择。
通过根据本发明的制造方法，机动车构件在马氏体区域中优选具有在500和1500MPa之间，特别是在700和1300MPa之间和非常特别优选在750和1000MPa之间的屈服点Rp0.2。在局部制造的构件中，其余区域具有在200和800MPa之间，特别是在300和500MPa之间的屈服点。
进一步优选地，机动车构件具有在500和1800MPa之间，特别是在800和1700MPa之间和非常特别优选在1000和1650MPa之间的抗拉强度Rm。在局部冷却和成形的构件中，其余区域具有500至1500MPa，特别是800至1200MPa和非常特别优选850至1100MPa的抗拉强度Rm。
附图说明
本发明的其他优点、特征、性能和方面在以下描述中解释。示意图帮助简单理解本发明。附图为：
图1根据本发明制造的在三个不同温度下的钢的应力-伸长率图。
在图中，即使当出于简化原因而省略重复描述时，对于相同或相似的构件使用同一附图标记。
具体实施方式
图1显示了根据本发明成形的钢的应力应变图，其中选择了三个不同的冷成形温度。可见，选择的冷成形温度越低，抗拉强度提高越多。因此，曲线1的钢在室温下并因此在基本上20℃下成形。曲线2中的材料在-110.15℃下成形并且相比于室温下的成形具有明显更高的抗拉强度。根据曲线3的构件在-196.15℃下成形并且具有进一步明显提高的抗拉强度。

Claims (14)

1.制造金属机动车构件的方法，其特征在于以下方法步骤：
-提供具有10至30%锰含量和5至50mJ/m2，特别是10至40mJ/m2层错能的钢板坯，其中所述钢板坯的材料在室温下倾向于双晶形成，
-在+30℃和-250℃之间的冷成形温度下至少局部热处理钢板坯，
-在基本上冷成形温度下将所述钢板坯成形为板状构件，其中通过冷成形过程至少局部诱导马氏体形成，
-取出所述板状构件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用由钢合金形成的钢板坯，所述钢合金具有以重量百分比表示的以下合金成分：
Figure FDA0000425696070000011
余量为铁（Fe）和由熔炼造成的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用由TWIP钢形成的钢板坯。
4.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，主要奥氏体织构通过成形操作而转化成马氏体织构。
5.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，将具有20至40mJ/m2层错能的钢板坯冷却至冷成形温度，其中通过冷却将层错能降低至15至20mJ/m2。
6.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，使用液氮进行冷却。
7.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，冷成形温度在+25℃和–200℃之间，特别是在+25℃和-197℃的范围内，特别在所述冷成形温度下预拉伸钢板坯。
8.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，钢板坯的冷却在冷却站中进行并且将经冷却的钢板坯传送入成形工具，其中所述成形工具特别是经冷却的。
9.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，钢板坯在成形工具中冷却至冷成形温度。
10.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，钢板坯至少局部经预成形，特别在室温或室温以上进行预成形。
11.根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，预成形区域成形为最终程度，其中冷成形随后在不同于预成形区域的区域中进行。
12.通过根据至少权利要求1所述的方法制造的机动车构件，其中所述机动车构件由TWIP钢合金形成，其特征在于，所述构件的至少局部区域具有基本上的马氏体织构。
13.根据权利要求12所述的机动车构件，其特征在于，其具有以重量百分比表示的以下合金成分：
Figure FDA0000425696070000031
余量为铁（Fe）和由熔炼造成的杂质。
14.根据权利要求12或13所述的机动车构件，其特征在于，马氏体区域具有在500和1500MPa之间，特别是在700和1300MPa之间且非常特别优选在750和1000MPa之间的屈服点Rp0.2。
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