[发明专利]用于制备先进高强度金属合金的再结晶、细化和强化机制

说明书

相关申请的交叉引用

该申请要求2013年10月2日提交的美国临时申请序列号61/885,842的权益。

技术领域

该申请涉及具有可适用于金属性片材制备的先进性质组合的一类金属合金。更具体地，本申请确定了形成相对高强度和延展性的金属合金以及为了以减小的厚度制备具有相对高强度和延展性的金属性片材而使用提高的温度处理和冷变形的一次或多次循环。

背景

钢已被人类使用了至少3,000年并且广泛用于工业中，其占据工业用途中所有金属性合金的80重量％以上。现有的钢技术基于操控共析转变。第一步骤是将合金加热至单相区域(奥氏体)并且随后以各种冷却速率将钢冷却或淬火以形成经常是铁素体、奥氏体和渗碳体的组合的多相组织。取决于钢组成和热加工，可以获得具有宽范围的性质的各种各样的特性显微组织(即多边形铁素体、珠光体、贝氏体、奥氏体和马氏体)。共析转变的这种操控已导致了现在各种各样的可获得的钢。

目前，存在51个不同铁合金金属组的超过25,000种的遍及世界的等效物。对于以片材形式制备的钢，可采用基于拉伸强度特性的广泛分类。低强度钢(LSS)可定义为表现出小于270MPa的极限拉伸强度并且包括类型例如无晶隙和低碳的钢。高强度钢(HSS)可定义为表现出从270至700MPa的极限拉伸强度的钢并且包括类型例如高强度低合金、高强度无晶隙和可烘烤硬化的钢。先进高强度钢(AHSS)钢可具有大于700MPa的极限拉伸强度并且包括类型例如马氏体钢(MS),双相(DP)钢,转变诱发塑性(TRIP)钢,复相(CP)钢和孪晶诱发塑性(TWIP)钢。随着强度水平提高，钢的延展性通常降低。例如，LSS、HSS和AHSS可分别表明25％至55％、10％至45％和4％至50％的水平的拉伸延伸率。

开发了AHSS用于汽车应用。例如参见美国专利号8,257,512和8,419,869。这些钢的特征在于与常规钢号相比改进的可成形性和耐冲击性。在包括热机械加工随后受控冷却的工艺中制备目前的AHSS。为了实现在未涂覆或涂覆的汽车产品中所需的最终显微组织，需要控制关于合金组成和加工条件的大量可变参数。

为了特定应用设计的AHSS钢的进一步开发将需要仔细控制合金化、显微组织和热机械加工路线以优化分别有助于所需的最终强度和延展性特性的特定的强化和塑性机制。

概述

本公开内容涉及合金及其相关的制备方法。该方法包括：

a.供应金属合金，该金属合金包含55.0至88.0原子％的水平的Fe、0.50至8.0原子％的水平的B、0.5至12.0原子％的水平的Si和1.0至19.0原子％的水平的Mn；

b.熔化所述合金并凝固以提供200nm至200,000nm的基体晶粒尺寸；

c.加热所述合金以形成50nm至5000nm的细化基体晶粒尺寸，其中该合金具有200MPa至1225MPa的屈服强度；

d.对所述合金施加超过200MPa至1225MPa的所述屈服强度的应力，其中所述合金示出400MPa至1825MPa的拉伸强度和1.0％至59.2％的延伸率。

任选地，随后可施加以下步骤：

e.加热至处于700℃和低于所述合金的熔点的范围内的温度，其中所述合金具有100nm至50,000nm的晶粒、尺寸为20nm至10,000nm的硼化物、尺寸为1nm至200nm的析出物，并且所述合金具有200MPa至1650MPa的屈服强度；和

f.对所述合金施加应力高于所述屈服强度并形成具有10nm至2500nm的晶粒尺寸、20nm至10000nm的硼化物晶粒、1nm至200nm的析出晶粒的合金,导致200MPa至1650MPa的屈服强度、400MPa至1825MPa的拉伸强度和1.0％至59.2％的延伸率。

在上述方法中,步骤(b)和步骤(c)中凝固的合金可具有1mm至500mm的范围内的厚度。在步骤(d)、(e)和(f)中，厚度可减小至所需水平而不损害力学性质。

本公开内容还涉及方法，该方法包括：