ВИСОКОМІЦНА ЗАГАРТОВАНА ПІД ПРЕСОМ СТАЛЕВА ДЕТАЛЬ ТА СПОСІБ ЇЇ ВИГОТОВЛЕННЯ

1. Загартована під пресом сталева деталь, виготовлена зі сталі, склад якої містить, % мас.: С - 0,2-0,34, Mn - 0,50-1,24, Si - 0,5-2, Р≤0,020, S≤0,010, N≤0,010, решта складу є залізом і неминучими домішками, які утворюються в результаті плавки, і має мікроструктуру, що включає в частках поверхні: 95 % або більше відпущеного мартенситу, і 5 % або менше суми бейніту, аустеніту і фериту. 2. Сталева деталь за п. 1, склад сталі якої додатково містить один або кілька з таких елементів, % мас.: Al≤0,2, Cr≤0,8, Nb≤0,06, Ti≤0,06, В≤0,005, Мо≤0,35. 3. Сталева деталь за п. 1 або 2, яка має границю міцності на розтяг TS не менше 1000 МПа, зменшення поперечного перерізу при рівномірному подовженні ΔUEl на ділянках точкового зварювання - не більше 25 %, і кут вигину - не менше 55°. 4. Сталева деталь за будь-яким з пп. 1-3, яка має деформацію при руйнуванні не менше 0,50. 5. Сталева деталь за будь-яким з пп. 1-4, яка має границю плинності YS не менше 980 МПа. 6. Спосіб виготовлення загартованої під пресом сталевої деталі, який включає такі послідовні стадії, на яких: отримують сталевий лист, який має склад за п. 1, розрізають зазначений сталевий лист до заданої форми для одержання сталевої заготовки, нагрівають сталеву заготовку до температури THF, яка становить 810-960 °C, і підтримують її під час зазначеної температури THF протягом часу витримування tHF, який становить 5-1200 с, для одержання нагрітої сталевої заготовки, переносять нагріту сталеву заготовку у формувальний прес, проводять гаряче формування нагрітої сталевої заготовки у формувальному пресі для одержання сталевої деталі, загартовують сталеву деталь до досягнення температури не більше 200 °C, повторно нагрівають сталеву деталь до температури Ttemp, яка становить 390-510 °C, і підтримують зазначену температуру Ttemp протягом часу витримування ttemp, який становить 1-1000 с, для одержання загартованої сталевої деталі, охолоджують загартовану сталеву деталь до кімнатної температури. 7. Спосіб виготовлення сталевої деталі, загартованої під пресом, за п. 6, за яким cталевий лист виготовляють за допомогою таких послідовних етапів, на яких здійснюють: розливання сталі для отримання сляба, причому зазначена сталь має склад, вказаний у п. 1, нагрівання сляба за температури Treheat 1100-1300 °C, гарячу прокатку нагрітого сляба за кінцевої температури гарячої прокатки 800-950 °C для отримання гарячекатаного сталевого листа, намотування гарячекатаного сталевого листа в рулон за температури намотування Tcoil нижче 670 °C для отримання рулону сталевого листа, холодну прокатку сталевого листа для отримання холоднокатаного сталевого листа, охолодження сталевого листа до кімнатної температури. 8. Спосіб за п. 7, за яким проводять нагрівання гарячекатаного сталевого листа до температури THBA, що становить 500-750 °C, і підтримують його за зазначеної температури THBA протягом часу витримки tHBA, що становить від 300 с до 50 год. 9. Спосіб за п. 7 або 8, за яким холоднокатаний сталевий лист нагрівають до температури відпалу ТА, що становить 650-900 °C, і витримують його за зазначеної температури ТА протягом часу витримки tA, що становить 10-1200 с, для отримання відпаленого сталевого листа, або холоднокатаний сталевий лист нагрівають до температури відпалу TA, що становить від 500 до 750 °C, і витримують його за зазначеної температури TA протягом часу витримки tA, що становить від 300 с до 50 год, для отримання відпаленого сталевого листа. 10. Спосіб виготовлення загартованої під пресом сталевої деталі за п. 7, за яким зазначений відпалений сталевий лист покритий алюмінієм або покриттям з алюмінієвого сплаву, або покриттям з цинку або цинкового сплаву.

Цей винахід відноситься до високоміцних загартованих під пресом сталевих деталей, які мають відповідні згинання і зварюваність. Високоміцні деталі, загартовані під пресом, можуть використовуватися як конструктивні елементи в автомобільних транспортних засобах для захисту при зіткненні і для поглинання енергії. В таких випадках бажано виробляти сталеві деталі, які поєднують в собі високу механічну міцність, ударну міцність і відповідну корозійну стійкість. Крім того, одним з основних завдань автомобільної промисловості є зниження ваги транспортних засобів з метою підвищення їхньої паливної економічності з урахуванням глобального збереження довкілля, не нехтуючи при цьому вимогами безпеки. Таке зниження ваги може бути досягнуто, зокрема завдяки використанню сталевих деталей з бейнітно-мартенситною мікроструктурою відпущеного мартенситу. Такі типи деталей можуть бути одержані шляхом зварювання і виробники автомобілів вимагають, щоб зварне з'єднання не було найслабшою зоною сталевої зварюваної деталі. Дійсно, наявність точкових зварних швів на конструктивних елементах кузова автомобіля може спричинити поломку під час аварії через локалізації деформації в зоні навколо шва (ЗТВ). Таким чином, метою винаходу є вирішення вищезгаданої проблеми і створення загартованої під пресом сталевої деталі, яка поєднує високі механічні властивості: границею міцності на розтяг TS не менше 1000 МПа, зменшенням поперечного перерізу при рівномірному подовженні ΔUEl на ділянках точкового зварювання менше 5 % і кутом вигину не менше 55°. Переважно загартована під пресом сталева деталь згідно винаходу має деформацію при руйнуванні не менше 0,50. Переважно загартована під пресом сталева деталь згідно винаходу, має границю плинності YS не менше 980 МПа. Мета цього винаходу досягається за рахунок створення сталевої деталі за п. 1. Сталева деталь також може мати характеристики будь-якого з пп. 2-4. Інша мета досягається шляхом створення способу за п. 5. Інша мета досягається шляхом пропозиції способу за пп. 6-8. Далі винахід буде докладно описаний і проілюстрований необмежувальними прикладами. Далі буде описаний склад сталі згідно з винаходом, в якому вміст компонентів виражається у масових відсотках. Згідно з винаходом, вміст вуглецю становить 0,2-0,34 % для забезпечення задовільної міцності. При вмісті вуглецю вище 0,34 % деформація при руйнуванні і кут вигину сталевого листа не досягають цільових значень. Більш того, зварюваність сталевого листа може знизитися. Якщо вміст вуглецю нижче 0,2 %, границя міцності на розтяг і границя плинності не досягне цільового значення. Вміст марганцю становить 0,50-1,24 %. При вмісті вище 1,24 % ризик осьової ліквації збільшується з погіршенням гнучкості, тому деформація при руйнуванні може бути знижена. Нижче 0,50 % зміцнюваність сталевого листа знижується, а границя міцності на розтяг і границя плинності не досягає цільового значення. Вміст кремнію становить 0,5-2 %. Кремній є елементом, який бере участь у твердорозчинному зміцненні. Кремній додається для обмеження утворення карбідів і забезпечення високого рівня міцності на розтяг. При вмісті вище 2 % на поверхні утворюються оксиди кремнію, що погіршує здатність сталі приймати покриття. Крім того, може знизитися зварюваність сталевого листа. Переважно вміст кремнію становить 0,5-1,8 %. Більш переважно вмісту кремнію становить 0,6-1,8 %, а ще більш переважно 0,6-1,6 %. Деякі елементи можуть бути додані за необхідності. Вміст алюмінію може бути доведений до 0,2 %, оскільки це дуже ефективний елемент розкиснення сталі в рідкій фазі в процесі одержання. Переважно вміст алюмінію не перевищує 0,1 %. Більш переважно, вміст алюмінію не перевищує 0,06 %. Необов'язково вміст хрому може бути доведений до 0,8 % для покращення твердорозчинного зміцнення. Вміст хрому не перевершує 0,8 %, щоб обмежити проблеми з технологічністю і знизити вартість. Переважно вміст хрому не перевищує 0,6 %. Вміст ніобію необов'язково може бути доведений до 0,06 % для попереднього подрібнення аустенітного зерна і покращення пластичності сталі. При вмісті вище 0,06 % збільшується ризик утворення карбідів NbC або Nb(C, N) із погіршенням гнучкості. Вміст титану необов'язково може бути доведений до 0,06 % для захисту від утворення BN. Переважно вміст титану перевищує 0,01 %. Вміст бору може бути необов'язково доведений до 0,005 %. Бор покращує зміцнюваність сталі. Вміст бору не перевищує 0,005 %, щоб уникнути ризику руйнування сляба при безперервному розливанні. Молібден може бути необов'язково доданий у кількості до 0,35 %. Як і бір, молібден покращує зміцнюваність сталі. Вміст молібдену не перевищує 0,35 % для обмеження собівартості. Решту складу сталі становлять залізо і домішки, які утворюються в результаті виплавляння. В цьому відношенні P, S і N вважаються, щонайменше, залишковими елементами, які є неминучими домішками. Їх вміст не перевищує 0,020 % для P, не перевищує 0,010 % для S і не перевищує 0,010 % для N. Далі буде описана мікроструктура сталевої деталі, загартованої під пресом згідно винаходу. Загартована під пресом сталева деталь має мікроструктуру, що включає в частках поверхні не менше 95 % відпущеного мартенситу. Цей мартенсит утворюється при нагріванні сталевої деталі до температури Ttemp, яка становить 390-510 °C, протягом часу витримування ttemp, який становить 1-1000 с. Необов'язково може бути присутня деяка кількість бейніту, фериту і аустеніту, сума яких в частках поверхні не перевищує 5 %. Переважно, мікроструктура сталевої деталі, загартованої під пресом, на 100 % складається з відпущеного мартенситу. Загартована під пресом сталева деталь згідно винаходу, може бути виготовлена будь-яким відповідним способом виробництва, і фахівець у цій галузі може його визначити. Однак переважно використовувати спосіб згідно винаходу, який включає такі стадії: Сталевий лист, який має склад згідно винаходу, одержують і розрізують до заданої форми для одержання сталевої заготовки. Сталеву заготовку нагрівають до температури ТHF, яка становить 810-960 °C, переважно 850-950 °C, а більш переважно 880-950 °C, і витримують при зазначеній температурі ТHF протягом часу витримування tHF, який становить 5-1200 с, для одержання нагрітої сталевої заготовки з повністю аустенітною мікроструктурою. Зазначену нагріту сталеву заготовку передають у формувальний прес і піддають гарячому штампуванню для одержання сталевої деталі. Потім сталеву деталь загартовують під пресом до досягнення температури не більше 200 °C. Сталеву деталь повторно нагрівають до температури Ttemp, яка становить 390-510 °C, і витримують при зазначеній температурі Ttemp протягом часу витримування ttemp, який становить 1-1000 с, для одержання загартованої сталевої деталі для забезпечення однорідності температури по всій сталевій деталі. При температурі вище 510 °C знижується границя міцності на розтяг сталевої деталі. При температурі нижче 390 °C зменшення поперечного перерізу при рівномірному подовженні ΔUEl в зонах точкового зварювання перевищує 25 %. Потім загартовану сталеві деталь охолоджують до кімнатної температури. Для кожного загартованого виробу чутливість ЗТВ оцінюється за зменшенням поперечного перерізу при рівномірному подовженні зразка JIS зі зварним швом у порівнянні з еталонним зразком без зварного шва. Зменшення поперечного перерізу при рівномірному подовженні ΔUEl розраховуються в такий спосіб: Рівномірне подовження UEl сталі вимірюється відповідно до стандарту JIS Z2241 на зразку для випробувань на розтяг. На зразку для випробування на розтяг виконують точкове зварювання по центру зони деформації зразка. Рівномірне подовження UElw цього зварного зразка для випробувань на розтяг вимірюється відповідно до стандарту JIS Z2241. Зменшення поперечного перерізу при рівномірному подовженні ΔUEl визначаються за формулою: ΔUEl = [(UEl-UElw)/UEl]*100 У першому переважному здійсненні винаходу сталевий лист, призначений для виготовлення сталевої деталі, виготовляється за допомоги таких послідовних стадій: відливають сталевий сляб, який має описаний вище склад і повторно нагрівають до температури Treheat, яка становить 1100-1300 °C, перед гарячою прокаткою з кінцевою температурою гарячої прокатки, яка становить 800-950 °C, для одержання сталевого гарячекатаного листа. Потім сталевий гарячекатаний лист змотують в рулон при температурі Tcoil нижче 670 °C. Гарячекатаний сталевий лист може бути додатково протруєний для видалення продуктів окислення. Гарячекатаний сталевий лист необов'язково може бути нагрітий до температури THBA, яка становить 500-750 °C, і витримуватися при зазначеній температурі THBA протягом часу витримування tHBA, який становить від 300 с до 50 год. Потім сталевий лист піддають холодній прокатці для одержання сталевого холоднокатаного листа. Ступінь обтискання при холодній прокатці переважно становить 20-80 %. Ступінь обтискання нижче 20 % не сприяє рекристалізації під час подальшої термообробки, що може погіршити пластичність сталевого листа. При ступені обтискання вище 80 % існує ризик розтріскування крайок під час холодної прокатки. Холоднокатаний сталевий лист необов'язково відпалюють при температурі відпалу ТА, яка становить 650-900 °C, і витримують при зазначеній температурі ТА протягом часу витримування tА, який становить 10-1200 с, для одержання відпаленого сталевого листа, щоб зменшити границю міцності на розтяг для полегшення різання сталі. Сталевий лист остаточно охолоджується до кімнатної температури. Переважно на зазначений відпалений сталевий лист наносять покриття з алюмінію або алюмінієвого сплаву, або покриття з цинку або цинкового сплаву перед охолодженням до кімнатної температури. В другому здійсненні винаходу сталевий лист, призначений для виготовлення сталевої деталі, виготовляється на таких стадіях: Відливають сталевий сляб, який має склад згідно винаходу, і повторно нагрівають до температури Treheat, яка становить 1100-1300 °C, перед гарячою прокаткою з кінцевою температурою гарячої прокатки 800-950 °C, для одержання сталевого гарячекатаного листа. Потім сталевий гарячекатаний лист змотують в рулон при температурі Tcoil нижче 670 °C. Гарячекатаний сталевий лист необов'язково може бути протруєний для видалення продуктів окиснення. Гарячекатаний сталевий лист може бути необов'язково нагрітий до температури THBA 500-750 °C і витриманий при зазначеній температурі THBA протягом часу витримування tHBA від 300 с до 50 год. Потім сталевий лист піддають холодній прокатці для одержання сталевого холоднокатаного листа. Ступінь обтискання при холодній прокатці переважно становить 20-80 %. Ступінь обтискання нижче 20 % не сприяє рекристалізації під час подальшої термообробки, що може погіршити пластичність сталевого листа. При ступені обтискання вище 80 % існує ризик розтріскування крайок під час холодної прокатки. Холоднокатаний сталевий лист необов'язково відпалюють при температурі відпалу ТА, яка становить 500-750 °C, і витримують при зазначеній температурі ТА протягом часу витримування tА, який становить від 300 с до 50 год., для одержання відпаленого сталевого листа, щоб зменшити границю міцності, що полегшує різання сталі. Сталевий лист остаточно охолоджується до кімнатної температури. Загартована під пресом сталева деталь, згідно винаходу, має границю міцності на розтяг TS вище або рівний 1000 МПа, зменшення поперечного перерізу при рівномірному подовженні ΔUEl на ділянках точкового зварювання не більше 25 % і кут вигину вище або рівний 55°. У переважному здійсненні винаходу загартована під пресом сталева деталь має границю плинності YS не менше 980 МПа. В іншому переважному здійсненні загартована під пресом сталеву деталь винаходу має деформацію при руйнуванні не менше 0,50. Далі винахід буде проілюстрований такими прикладами, які аж ніяк не є обмежувальними. Приклад 8 марок сталі, склади яких представлені в таблиці 1, відливають у вигляді напівфабрикатів і перероблюють на сталеві листи, а потім на сталеві деталі відповідно до параметрів процесу, які наведені в таблиці 2. Таблиця 1 СкладиТестовані склади наведені в наступній таблиці, де вміст елементів виражений у масових відсоткахСтальCMnSiAlCrNbTiBMoPSNІншіA1,211,490,030,150,0270,020,00220,0010,0150,00150,0044-B0,300,940,7900,310,0310,020,00180,0020,010,00070,0027-C0,290,931,4300,500,0310,020,00240,0010,0110,00060,0026-D0,221,231,470,010,510,0310,020,00150,0010,0120,00080,0047-Е0,310,900,790,030,300,0260,0180,0020,0010,0130,00140,0042-F0,310,910,010,030,300,0260,0180,00210,0010,0120,00150,0039-G0,231,180,250,040,170,00040,0390,00310,00090,0120,00090,0041-Н0,360,640,540,040,340,0460,0110,00140,1910,0110,00180,0029Ni 0,36Сталі A-E винаходу, сталі F-H не відповідають винаходуПідкреслені значення: не відповідають винаходу. Відлиті сталеві напівфабрикати піддають повторному нагріванню при 1250 °C, гарячій прокатці з кінцевою температурою 800-950 °C, змотують в рулон при 580 °C і холодній прокатці зі ступенем обтискання 58 %. Потім сталеві листи нагрівають до температури ТА 790 °C і витримують при зазначеній температурі ТА протягом часу витримування tA 180 с. Сталеві листи розрізують до заданої форми, щоб одержати сталеву заготовку. Потім сталеві заготовки нагрівають до температури THF протягом часу витримування tHF 120 с, а потім переносять у формувальний прес. Нагріті заготовки піддають гарячому штампуванню у формувальному пресі для одержання сталевої деталі, а потім піддають загартуванню в штампі до досягнення температури 80 °C. Потім сталеві деталі повторно нагрівають до температури Ttemp 390-510 °C і витримують при зазначеній температурі Ttemp протягом часу витримування ttemp 1-1000 с, а потім охолоджують до кімнатної температури. Таблиця 2Параметри процесуТестСтальГаряча прокаткаНагріванняВитримуванняКінцева температура гарячої прокатки (°C)THF (°C)Тtemp (°C)ttemp (c)1A8509004303002B8509004203003C8509004103004D8509303903005E8509004203006E8509005003007E850900460108B8509003703009F85090038030010G9009000011H900900430300Підкреслені значення: не відповідають винаходу. Сталеві деталі аналізують, і відповідна мікроструктура і властивості представлені у таблиці 3 і таблиці 4 відповідно. Таблиця 3Мікроструктура сталевого деталіТестВідпущений мартенсит (%)Мартенсит (%)1100-2100-3100-4100-5100-6100-7100-8100-9100-10-10011100-Підкреслені значення: не відповідають винаходу. Частку поверхні визначають в такий спосіб: зразок вирізують із загартованої під пресом сталевої деталі, полірують і протруюють відомим реагентом, наприклад, реагентом ніталь, для виявлення мікроструктури. Потім зріз досліджують з допомогою оптичного або сканувального електронного мікроскопа, наприклад, з допомогою електронного сканувального мікроскопа з польовою емісійною гарматою ("FEG-SEM") при збільшенні більше 5000ˣ, з'єднаного з пристроєм дифракції зворотного розсіювання електронів (EBSD). Відпущений мартенсит можна відрізнити від мартенситу завдяки низькій щільності дислокацій порівняно з мартенситом. TS і YS вимірюються відповідно до стандарту ISO 6892-1. Кут вигину визначався на загартованих під пресом деталях за методом стандарту вигину VDA238-100 (нормування на товщину 1,5 мм). Термін "деформація при руйнуванні" відноситься до критерію деформації при руйнуванні, визначеному в Pascal Dietsch (Паскаль Дитш) и др. в "Methodology to assess fracture during crash simulation: fracture strain criteria and their calibration", в виданні Metallurgical Research Technology Volume 114, Number 6, 2017. Деформація при руйнуванні еквівалентна деформації всередині матеріалу в точці деформації, при досягненні критичного кута вигину. Значення деформації при руйнуванні були визначені за умови плоскої деформації, які є найбільш важкими умовами з точки зору зіткнення транспортних засобів, і одержані методом аналізу кінцевих елементів. Таблиця 4 Властивості сталевих деталей ТестTS (МПа)Вигин (°)YS (МПа)Деформація при руйнуванні113808812850,78213379412600,80315167813740,63414467012880,595130610112440,82610351049880,847123310111870,91815466014230,45913158312610,711015275610980,301113404412900,32Підкреслені значення: не відповідають винаходу. На зразку для випробування на розтяг виконують точкове зварювання по центру зони деформації зразка. Відповідне зменшення поперечного перерізу при рівномірному подовженні ΔUEl для контактного точкового зварювання наведено в таблиці 5. Таблиця 5Властивості точкового зварювання сталевої деталі, загартованої під пресомТестΔUE1 (%)1152143н.в.4225226117386194710701134Підкреслені значення: не відповідають цільовим значеннямн.в.: значення не визначене Завдяки специфічному складу і використовуваним параметрам процесу приклади винаходу, а саме приклади 1-7, є єдиними, які демонструють поєднання високих механічних властивостей з TS вище 1000 МПа, кутом вигину не менше 55°, і зменшення поперечного перерізу при рівномірному подовженні менше 25 %. Крім того, приклади 1-7 мають деформацію при руйнуванні більше 0,50. Температура відпускання, яка використовується для сталевої деталі у випробуваннях 8 і 9, занадто низька, щоб обмежити негативний вплив розм'якшення ЗТВ на рівномірне подовження, як видно із зменшення поперечного перерізу при рівномірному подовженні, яке перевищує 25 %. Більш того, порівняно з випробуванням 2 з тим самим складом сталі, низька температура відпускання у випробуванні 8 призводить до більш високого зменшення поперечного перерізу при рівномірному подовженні і нижчій величині деформації при руйнуванні, ніж у випробуванні 2. Сталева деталь випробування 10 була піддана відпусканню, що передбачає зменшення поперечного перерізу при рівномірному подовженні більше 25 %. У випробуванні 11 вміст вуглецю в сталевий деталі надто великий для досягнення цільових значень деформації при руйнуванні і згинанні.