高强度钢合金中的热轧板的改进制造技术

公开了具有韧性和定向韧性比(DTR)的组合的高级高强度钢合金。通过在环境温度或确定的高温下轧制热轧板可以实现屈服强度和拉伸矩形比(TSR)的组合。形比(TSR)的组合。形比(TSR)的组合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高强度钢合金中的热轧板的改进
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年3月30日提交的美国临时申请序列No.63/001,591和于2020年2月3日提交的美国临时申请序列No.62/969,262的优先权，这两件美国临时申请通过引用并入本文。


[0003]本申请涉及一种具有韧性和定向韧性比(DTR)的组合的新型的高级高强度钢合金。通过在环境温度或确定的高温下轧制热轧板可以实现屈服强度和拉伸矩形比(TSR)的组合。

技术介绍

[0004]韧性或抗断裂性在许多行业的应用中都至关重要。汽车制造商寻找具有高韧性的材料以在碰撞事件过程中吸收能量。铁路等航运业需要具有高韧性的材料，以在运输过程中以及发生碰撞或脱轨的事件中保护货物。在这些应用中需要具有高韧性的材料，以便为公众和货物提供并提高效率和安全性。
[0005]韧性作为一种工程特性，可以以简化的形式被认为是导致材料失效所需的功能量。用一种方法引起失效所需的功越高，材料的韧性就越高。在许多领域，材料的韧性变得越来越重要，尤其是在可以使用韧性材料来提高安全性的领域。在汽车工业中，高韧性材料被用于所谓的撞击缓冲区，以减少碰撞过程中进入乘客舱的能量。使用高韧性材料，可以缩减汽车中需要吸收能量以保护乘客的部件的测量厚度，在不影响安全性的情况下提高燃油效率。这些高韧性材料还可用于路障，通过吸收车辆的能量并安全停车，防止失控的车辆离开道路或进入对向交通。然而，汽车行业并不是唯一需要高韧性材料的行业。使用高韧性材料还可以提高铁路陆路和船舶水路运输货物的安全性。近年来，发生了几起备受瞩目的货轮在碰撞或脱轨过程中受损的事件，造成重大生命、财产和货物损失。为了减少此类事件发生的可能性和影响，已经出台了新的法规，使用高韧性材料以确保改进的货物围护是一种可行的选择。通过增加这些运输集装箱的材料的韧性，货物可以在此类事件过程中保持在集装箱内，并将减少因货物不规则造成的环境影响和生命或财产损失。因此，高韧性材料为许多行业提供了在保持或提高安全性的同时提高燃料和货物效率的机会。
[0006]在多个平面或取向上均匀或各向同性的韧性在实际应用中非常重要。设计者可以针对特定冲击制定计划，以便在理想情况下充分利用各向异性的韧性，但这在不受控制的事件中很难实现。在诸如碰撞之类的动态事件过程中，在整个事件中经常会发生多次冲击。第一次冲击可能以有利的方式开始并导致受控的材料变形。复杂事件中的后续冲击可能以不同的冲角发生，并且对给定材料来说可能是不利的取向。在不同取向的韧性相似或均匀的材料中，这些事件可以更容易地管理。如果材料在不同取向上的韧性差异很大，那么由于非理想的冲击配置，在实际应用中不太可能实现高的韧性。例如，当在有利的取向(诸如，垂直于分层平面)进行测试时，已经开发了分层或层压结构以实现大于400J的夏比V型缺口
(Charpy V
‑
notch)韧性。然而，当在其他取向上进行测试时，韧性会受到很大影响，包括韧性通常比有利取向小得多(例如，1/5)的情况。在简单的冲击事件过程中，诸如，在实验室中进行的受控实验，其中取向是有利的，预计这些材料会表现良好。然而，在具有不受控制和不利冲击载荷的实际应用中，有效韧性可能很低或几乎为零。通过使用在多个取向上具有更均匀韧性的材料，与受控实验相比，非理想的冲击事件会导致韧性降低，但这些材料可能比韧性不太均匀的材料在能量吸收方面更有效。
[0007]在实际应用中，多组分系统还为实现高韧性带来了潜在的复杂性。多组分系统的韧性是系统中能量吸收性能的总和，并且多组分系统的不同部件的韧性通常是不同的。任何多组分系统内始终存在薄弱点，并且该薄弱点通常会在系统的其余部分之前失效。在失效事件过程中，系统中的其他组件将变形并吸收能量，直到系统因薄弱点的失效而受损。在这些多组分系统中，材料的完全韧性将无法实现，因为个别部分可能只会看到部分应变，直到系统失效，例如，10、20％或30％应变。因此，由于高拉伸伸长率和中等屈服强度而获得高韧性的材料在这种事件过程中可能无法在系统中提供足够的能量吸收。这是因为高韧性、中等屈服材料的能量吸收大部分可能发生在大于低韧性或低延展性材料的失效应变(可能在10％至30％的应变范围内)的应变范围内。替代地，具有相似韧性但具有较高屈服强度、极限抗拉强度和可能较低伸长率的材料可能会在10至30％应变范围内的系统失效之前提供更多的能量吸收。因此，在多组分系统中需要高屈服强度和极限抗拉强度，以在系统在薄弱点失效之前在低应变的高载荷下提供高能量吸收。屈服强度和极限抗拉强度较低但拉伸伸长率高的材料可以通过提高屈服强度和极限抗拉强度的方法(包括但不限于在低于其再结晶和恢复温度的温度下轧制)进行改性，以便在其变形早期吸收更多的能量。通过这些方法，可以改变材料以更好地满足多组分系统的需求。高级高强度钢(AHSS)是机械性能优于传统钢的材料类别。普通低碳钢具有相对简单的铁素体显微组织；其通常碳含量低且合金元素少，易于成型，并且因其延展性而特别受欢迎。广泛生产和使用的低碳钢通常作为比较其他材料的基准。传统的低至高强度钢包括IF(无间隙)、BH(烘烤硬化)和HSLA(高强度低合金)。这些钢的屈服强度一般小于550MPa，延展性随着强度的增加而降低。较高强度钢更为复杂，包括如双相(DP)钢、复相(CP)钢和相变诱发塑性(TRIP)钢这样的等级。高强度钢是指抗拉强度为750MPa或更高的钢。高级高强度钢的发展一直是一项挑战，因为提高强度(即≥750MPa)通常会导致延展性、冷成型性和韧性降低。
[0008]断裂韧性是材料的特定参数，用于量化材料在特定载荷条件下的抗断裂性。然而，由于测试要求，为了在没有屈曲或其他不需要的塑性变形的情况下实现适当的断裂，许多工程材料难以测量断裂韧性。因此，经常采用其他量化韧性的方法，这些方法更适合所需的最终应用并模拟现实断裂条件。计算拉伸应力
‑
拉伸应变曲线下的面积是一种方法，其提供了在具有相对恒定的应变率的单轴拉伸载荷下使试样断裂所需的能量的近似值。动态冲击测试是另一种用于量化韧性的方法，其中在测试过程中对材料施加快速动态应变。这些测试通过限制塑性变形的可用时间来促进断裂。夏比V型缺口测试是一种常用的测量材料的抗断裂能力的技术，其中在测试之前引入裂纹。坠落冲击测试也可用于测量韧性，作为材料抵抗由运动质量引起的断裂的能力的测量，而没有先前引入的裂纹。韧性测试(包括但不限于前面提到的那些)的结果不像断裂韧性测试那样提供材料参数，而是提供特定于该测试、材料和载荷条件的值。当需要进行材料选择时，可以将每个测试的值与同一测试中的其他
材料进行比较。通常，在拉伸测试过程中以总伸长率测量的具有高延展性的钢等级在冲击测试过程中也表现出高韧性。然而，高延展性伴随着包括屈服强度在内的强度特性的降低。

技术实现思路

[0009]本专利技术涉及一种由高强度钢合金在热轧板中实现包括韧性和定向韧性比(DTR)的性能的组合的方法，该方法包括：
[0010]a.供应包含至少65a本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在高强度钢合金的热轧板中实现包括韧性和定向韧性比(DTR)的性能的组合的方法，包括以下步骤：a.供应金属合金，该金属合金包含至少65at.％的Fe，以及Mn、Cr、Si和C，以及可选的Ni和/或Cu；熔化所述合金，以<250K/s的速率冷却，并凝固至25.0mm至500mm的厚度；b.通过加热来处理所述合金并通过沿选定方向对步骤(a)中的金属合金进行轧制来缩减所述厚度以形成厚度为10.0mm至20.0mm的片材，可选地使所述合金片材经受从600℃至T
m
但不包括T
m
的温度，其中T
m
是所述合金的熔点，以生产所述合金片材，其总伸长率E1为30％至75％、0.2％偏离量处的屈服强度Y1为250至525MPa、极限抗拉强度U1为750至1400MPa并且拉伸矩形比TSR1为0.65至0.90，其中：(1)从所述合金片材切下的V型缺口夏比试样吸收150J至850J的冲击能量；和(2)在从所述合金片材切下的V型缺口夏比试样的缺口垂直于所述片材的纵向法向平面的情况下由所述试样吸收的冲击能量除以在从所述合金片材切下的V型缺口夏比试样的缺口垂直于所述片材的横向纵向平面的情况下由所述试样吸收的冲击能量提供0.8至1.5的定向韧性比(DTR)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤a)中的合金包含Fe、Mn、Cr、Si和C，以及另外至少一种选自Ni和Cu的元素。3.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤a)中的合金包含65至80at.％的Fe、9.5至17.5at.％的Mn、1.0至10.0at.％的Cr、1.0至5.5at.％的Si、和0.5至1.5at.％的C，并且如果选择，则还包含0.2至4.0at.％的Ni，和/或0.1至2.5at.％的Cu。4.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(a)中的合金的固相线温度为1350℃至1450℃，液相线温度为1400℃至1500℃，液相线至固相线的差距为40℃至100℃。5.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤(b)中的合金片材的密度为7.7g/cm3至8.0g/cm3。6.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤b)中的合金片材呈现的拉伸曲线下面积S1
0.1
在4,500至8,500MPa％的范围内，S1
0.2
在10,500至18,500MPa％的范围内，并且S1
0.3
在17,500至27,000MPa％的范围内。7.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤b)中的合金片材呈现25,000至80,000MPa％的强度/伸长率乘积。8.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤b)中的合金片材呈现20,000至65,000MPa％的拉伸曲线下面积。9.如权利要求1所述的方法，其中，步骤b)中的合金片材在法向取向和横向取向上都受到冲击。10.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤b)中的被冲击的合金片材呈现150J至850J的夏比V型缺口韧性J1。11.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤b)中的所述合金片材被定位为储罐、货车、铁路槽车中的全部或部分。12.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤b)中的所述合金片材被定位为储罐、货车、铁路槽车中的全部或部分，并且吸收的冲击能量发生在定位的合金片材上。13.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤b)中形成的所述合金片材被定位为车辆框
架、车辆底盘、车辆面板、电池外架、电池托盘或电池笼中的全部或部分。14.根据权利要求1所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：美国钢铁公司，
类型：发明
国别省市：