热成型后具有表面层状均质氧化物的压制硬化钢

摘要

本发明涉及热成型后具有表面层状均质氧化物的压制硬化钢。提供了压制硬化钢。压制硬化钢具有合金基体，该合金基体包括从大约0.01 wt.%至大约0.35 wt.%的碳、从大约1 wt.%至大约9 wt.%的铬、从大约0.5 wt.%至大约2 wt.%的硅和平衡量的铁。合金基体是大于或等于大约95 vol.%的马氏体。第一层被直接置于合金基体上。第一层是连续的，具有大于或等于大约0.01μm至小于或等于大约10μm的厚度并且包括富含铬和硅的氧化物。第二层被直接置于第一层上并且包括富含Fe的氧化物。也提供了制备压制硬化钢的方法。

说明书

技术领域

本发明涉及热成型后具有表面层状均质氧化物的压制硬化钢。

背景技术

本部分提供与本公开有关的不一定是现有技术的背景信息。

压制硬化钢（PHS）（也被称为“热冲压钢”或者“热成型钢”）是用于汽车主体结构应用的强度最高的钢中的一种，其具有大约1,500 兆帕斯卡（MPa）的抗拉强度性能。这样的钢具有期望性能，包括形成强度与重量比显著增加的钢部件。PHS部件在各种行业和应用中越来越普遍，包括一般制造、建筑设备、汽车或其它运输业、家庭或工业结构等。例如，当制造车辆、特别是汽车时，期望不断地提高燃料效率和性能；因此，PHS部件已经被越来越多地使用。PHS部件经常被用于形成通常需要高强度材料的承重部件，如门梁。因此，这些钢的最终状态被设计成具有高强度和足够的延展性以抵抗外力，诸如，例如抵抗侵入乘客舱内而不会断裂，以便为乘坐者提供保护。而且，镀锌PHS部件可以提供阴极保护。

许多PHS工艺包括钢板坯料在熔炉中的奥氏体化，紧接着是钢板在模具中的压制和淬火。奥氏体化通常在大约880 ℃至950 ℃的范围内进行。PHS工艺可以是间接的或者直接的。在直接方法中，PHS部件在模具之间同时被成型和压制，这淬火钢。在间接方法中，PHS部件被冷成型为中间部分形状，之后进行奥氏体化和随后的压制和淬火步骤。PHS部件的淬火通过将微观结构从奥氏体转变成马氏体而使得部件硬化。当由未涂覆的钢制造部件时，在从熔炉向模具转移期间，氧化物层经常形成在部件的表面上。因此，在淬火之后，必须从PHS部件和模具去除氧化物。氧化物通常通过喷丸处理被去除，即除鳞（descale）。

PHS部件可以由裸合金或带涂层合金制成。使用例如锌或Al-Si来涂覆PHS部件为下层钢部件提供保护层。锌涂层例如提供阴极保护；即使是在钢被暴露的情况下，涂层用作牺牲层并且代替钢部件被腐蚀。然而涂覆锌的PHS在PHS部件的表面上生成氧化物，该氧化物通过喷丸处理被去除，而涂覆Al-Si的PHS不需要喷丸处理。因此，期望的是不需要涂层或其它处理的合金成分。

发明内容

本部分提供了对本公开的总体概述，并且不是对其完整范围或其所有特征的全面公开。

在各方面中，当前技术提供了一种压制硬化钢，其具有：合金基体，该合金基体包括浓度为大于或等于大约0.01 wt.%至小于或等于大约0.35 wt.%的碳（C）、浓度为大于或等于大约1 wt.%至小于或等于大约9 wt.%的铬（Cr）、浓度为大于或等于大约0.5 wt.%至小于或等于大约2 wt.%的硅（Si）和平衡量的铁（Fe），合金基体是大于或等于大约95 vol.%的马氏体；被直接置于合金基体上的第一层，第一层是连续的，具有大于或等于大约0.01 μm至小于或等于大约10 μm的厚度并且包括富含Cr和Si的氧化物；以及被直接置于第一层上的第二层，第二层包括富含Fe的氧化物。

在一方面中，合金基体还包括浓度为大于或等于大约0.01 wt.%至小于或等于大约3 wt.%的锰（Mn）、浓度为大于或等于大约0.01 wt.%至小于或等于大约0.8 wt.%的钼（Mo）、浓度为大于或等于大约0.01 wt.%至小于或等于大约0.3 wt.%的铌（Nb）、浓度为大于或等于大约0.01 wt.%至小于或等于大约0.3 wt.%的钒（V）或其混合物。

在一方面中，合金基体还包括浓度小于或等于大约0.005 wt.%的硼（B）和浓度小于或等于大约0.01 wt.%的氮（N）。

在一方面中，合金基体包括浓度为大于或等于大约2 wt.%至小于或等于大约3wt.%的Cr以及浓度为大于或等于大约0.6 wt.%至小于或等于大约1.8 wt.%的Si。

在一方面中，第一层的氧化物富含浓度为大于或等于大约1 wt.%至小于或等于大约30 wt.%的Cr和浓度为大于或等于大约1 wt.%至小于或等于大约30 wt.%的Si。

在一方面中，第一层具有大于或等于大约0.01 μm至小于或等于大约10 μm的厚度。

在一方面中，第一层由合金基体的Cr和Si形成，并且压制硬化钢没有任何不源自合金基体的层。

在一方面中，第二层是连续且均质的，并且具有大于或等于大约0.01 μm至小于或等于大约30 μm的厚度。

在一方面中，富含Fe的氧化物包括FeO、Fe

在一方面中，压制硬化钢是车辆零件的形式。

在各方面中，当前技术还提供了一种压制硬化钢，其具有：合金基体，该合金基体包括浓度为大于或等于大约0.01 wt.%至小于或等于大约0.35 wt.%的碳（C）、浓度为大于或等于大约1 wt.%至小于或等于大约9 wt.%的铬（Cr）、浓度为大于或等于大约0.5 wt.%至小于或等于大约2 wt.%的硅（Si）和平衡量的铁（Fe），该合金基体是大于或等于大约95vol.%的马氏体；被直接置于合金基体上的第一层，第一层是连续的、具有大于或等于大约0.01 μm至小于或等于大约10 μm的厚度并且包括富含Cr和Si的氧化物；以及被直接置于第一层上的第二层，第二层是连续且均质的，具有小于或等于大约30 μm的厚度并且包括FeO、Fe

在一方面中，第二层具有大于或等于大约0.01 μm至小于或等于大约30 μm的厚度。

在一方面中，压制硬化钢具有大于或等于大约500 MPa的极限拉伸强度（UTS）。

在各方面中，当前技术还提供了一种制造压制硬化钢部件的方法，该方法包括：从钢合金切下坯料，钢合金未被涂覆并且包括浓度为大于或等于大约0.01 wt.%至小于或等于大约0.35 wt.%的碳（C）、浓度为大于或等于大约1 wt.%至小于或等于大约9 wt.%的铬（Cr）、浓度为大于或等于大约0.5 wt.%至小于或等于大约2 wt.%的硅（Si）以及平衡量的铁（Fe）；将坯料加热到大于或等于大约880 ℃至小于或等于大约950 ℃的温度以使钢合金完全奥氏体化；在模具中冲压坯料以由坯料形成具有预定形状的结构；以及将结构淬火到小于或等于大约钢合金的马氏体转变完成（M

在一方面中，淬火包括以大于或等于大约15 ℃/s的速率降低结构的温度。

在一方面中，第二层的富含钢合金的一部分Fe的氧化物包括FeO、Fe

在一方面中，加热、冲压和淬火在厌氧气氛中执行。

在一方面中，合金基体包括大于或等于大约95 vol.%的马氏体。

在一方面中，方法不包含在淬火之后的二次热处理。

在一方面中，压制硬化钢部件是汽车零件，其选自由立柱、保险杠、车顶纵梁、摇臂纵梁、摇臂、控制臂、横梁、通道、横梁、台阶、副车架构件和加强板构成的组。

本发明还提供了以下方案：

方案1. 一种压制硬化钢，包括：

合金基体，所述合金基体包括：

浓度为大于或等于大约0.01 wt.%至小于或等于大约0.35 wt.%的碳（C），

浓度为大于或等于大约1 wt.%至小于或等于大约9 wt.%的铬（Cr），

浓度为大于或等于大约0.5 wt.%至小于或等于大约2 wt.%的硅（Si），和

平衡量的铁（Fe），

所述合金基体是大于或等于大约95vol.%的马氏体；

被直接置于所述合金基体上的第一层，所述第一层是连续的，具有大于或等于大约0.01 μm至小于或等于大约10 μm的厚度，并且包括富含Cr和Si的氧化物；以及

被直接置于所述第一层上的第二层，所述第二层包括富含Fe的氧化物。

方案2. 根据方案1所述的压制硬化钢，其中，所述合金基体还包括：

浓度为大于或等于大约0.01 wt.%至小于或等于大约3 wt.%的锰（Mn），

浓度为大于或等于大约0.01 wt.%至小于或等于大约0.8 wt.%的钼（Mo），

浓度为大于或等于大约0.01 wt.%至小于或等于大约0.3 wt.%的铌（Nb），

浓度为大于或等于大约0.01 wt.%至小于或等于大约0.3 wt.%的钒（V），或者

其混合物。

方案3. 根据方案2所述的压制硬化钢，其中，所述合金基体还包括：

浓度小于或等于大约0.005 wt.%的硼（B），以及

浓度小于或等于大约0.01 wt.%的氮（N）。

方案4. 根据方案1所述的压制硬化钢，其中，所述合金基体包括浓度为大于或等于大约2 wt.%至小于或等于大约3 wt.%的Cr以及浓度为大于或等于大约0.6 wt.%至小于或等于大约1.8 wt.%的Si。

方案5. 根据方案1所述的压制硬化钢，其中，所述第一层的所述氧化物富含浓度为大于或等于大约1 wt.%至小于或等于大约30 wt.%的Cr和浓度为大于或等于大约1 wt.%至小于或等于大约30 wt.%的Si。

方案6. 根据方案1所述的压制硬化钢，其中，所述第一层具有大于或等于大约0.01 μm至小于或等于大约10 μm的厚度。

方案7. 根据方案1所述的压制硬化钢，其中，所述第一层由所述合金基体的Cr和Si形成，并且所述压制硬化钢没有任何不源自所述合金基体的层。

方案8. 根据方案1所述的压制硬化钢，其中，所述第二层是连续且均质的，并且具有大于或等于大约0.01 μm至小于或等于大约30 μm的厚度。

方案9. 根据方案1所述的压制硬化钢，其中，富含Fe的所述氧化物包括FeO、Fe

方案10. 根据方案1所述的压制硬化钢，其中，所述压制硬化钢是车辆零件的形式。

方案11. 一种压制硬化钢，包括：

合金基体，所述合金基体包括：

浓度为大于或等于大约0.01 wt.%至小于或等于大约0.35 wt.%的碳（C），

浓度为大于或等于大约1 wt.%至小于或等于大约9 wt.%的铬（Cr），

浓度为大于或等于大约0.5 wt.%至小于或等于大约2 wt.%的硅（Si），和

平衡量的铁（Fe），

所述合金基体是大于或等于大约95 vol.%的马氏体；

被直接置于所述合金基体上的第一层，所述第一层是连续的，具有大于或等于大约0.01 μm至小于或等于大约10 μm的厚度，并且包括富含Cr和Si的氧化物；以及

被直接置于所述第一层上的第二层，所述第二层是连续且均质的、具有小于或等于大约30 μm的厚度并且包括FeO、Fe2O3、Fe3O4或其组合，

其中，所述第一层和所述第二层在压制硬化期间源自所述合金基体，并且

其中，所述压制硬化钢没有任何不源自所述合金基体的层或涂层。

方案12. 根据方案11所述的压制硬化钢，其中，所述第二层具有大于或等于大约0.01 μm至小于或等于大约30 μm的厚度。

方案13. 根据方案11所述的压制硬化钢，其中，所述压制硬化钢具有大于或等于大约500 MPa的极限拉伸强度（UTS）。

方案14. 一种制造压制硬化钢部件的方法，所述方法包括：

从钢合金切下坯料，所述钢合金未被涂覆且包括：

浓度为大于或等于大约0.01 wt.%至小于或等于大约0.35 wt.%的碳（C），

浓度为大于或等于大约1 wt.%至小于或等于大约9 wt.%的铬（Cr），

浓度为大于或等于大约0.5 wt.%至小于或等于大约2 wt.%的硅（Si），以及

平衡量的铁（Fe）；

将所述坯料加热到大于或等于大约880 ℃至小于或等于大约950 ℃的温度以使所述钢合金完全奥氏体化；

在模具中冲压所述坯料以由所述坯料形成具有预定形状的结构；以及

将所述结构淬火到小于或等于大约所述钢合金的马氏体转变完成（M

其中，所述压制硬化钢部件包括：

包括所述钢合金的C、Cr、Si和Fe的合金基体；

被直接置于所述合金基体上的第一层，所述第一层是连续的，具有大于或等于大约0.01 μm至小于或等于大约10 μm的厚度，并且包括富含所述钢合金的一部分Cr和一部分Si的氧化物；以及

被直接置于所述第一层上的第二层，所述第二层是连续且均质的、具有大于或等于大约0.01 μm至小于或等于大约30 μm的厚度并且包括富含所述钢合金的一部分Fe的氧化物，

其中，所述方法不包含除鳞步骤，并且

其中，所述压制硬化钢部件没有锌（Zn）层或者铝-硅（Al-Si）涂层。

方案15. 根据方案14所述的方法，其中，所述淬火包括以大于或等于大约15 ℃/s的速率降低所述结构的所述温度。

方案16. 根据方案14所述的方法，其中，所述第二层的富含所述钢合金的一部分Fe的所述氧化物包括FeO、Fe

方案17. 根据方案14所述的方法，其中，所述加热、所述冲压和所述淬火在厌氧气氛中执行。

方案18. 根据方案14所述的方法，其中，所述合金基体包括大于或等于大约95vol.%的马氏体。

方案19. 根据方案14所述的方法，其中，所述方法不包括所述淬火之后的二次热处理。

方案20. 根据方案14所述的方法，其中，所述压制硬化钢部件是汽车零件，所述汽车零件选自由立柱、保险杠、车顶纵梁、摇臂纵梁、摇臂、控制臂、横梁、通道、横梁、台阶、副车架构件和加强板构成的组。

另外的应用领域将从本文中提供的描述变得明显。在该发明内容容中的描述和特定示例试图仅出于描述的目的并且不试图限制本公开的范围。

附图说明

本文中描述的附图仅用于选定实施例而不是所有可能实施方式的说明的目的并且不试图限制本公开的范围。

图1是图示了根据当前技术的各方面来制造压制硬化钢结构的方法的流程图。

图2是示出了根据当前技术的各方面的用于处理钢合金的热压制方法的温度与时间的曲线图。

图3是根据当前技术的各方面的压制硬化钢的图示。

图4A至图4C示出了根据当前技术的各方面制备的热压制的裸22MnB5钢（图4A）、热压制的涂覆Al-Si的22MnB5钢（图4B）和热压制的3Cr1.5Si钢（图4C）的表面。图4A和图4B中的比例尺为10 mm，并且图4C中的比例尺为5 mm。

图5A至图5G示出了压制硬化钢横截面的表面图像和扫描电子显微镜-能量色散X射线能谱（SEM–EDS）图。图5A是3Cr0Si压制硬化钢的表面图像，并且图5B是其横截面的CrSEM–EDS图。图5C是0Cr1.8Si压制硬化钢的表面图像，并且图5D是其横截面的Si SEM–EDS图。图5E是根据当前技术的各方面制备的3Cr1.5Si压制硬化钢的表面图像，并且图5F和图5G分别是其横截面的Cr和Si SEM–EDS图。图5B和图5D中的比例尺分别是10 μm和5 μm。

图6示出了根据当前技术的各方面制备的3Cr1.5Si压制硬化钢的横截面显微照片以及示出了元素浓度与距离的对应图。

图7A至图7E示出了根据当前技术的各方面制备的3Cr0.6Si压制硬化钢的表面显微照片和横截面SEM-EDS图。图7A是表面显微照片，并且图7B至图7E分别是横截面Fe、O、Si和Cr SEM–EDS图。

图8示出了根据当前技术的各方面制备的3Cr0.6Si压制硬化钢的横截面显微照片以及示出了元素浓度与距离的对应图。

图9A至图9E示出了根据当前技术的各方面制备的2Cr1.5Si压制硬化钢的表面显微照片和横截面SEM-EDS图。图9A是表面显微照片，并且图9B至图9E分别是横截面Fe、O、Si和Cr SEM–EDS图。

图10A至图10F示出了根据当前技术的各方面制备的3Cr1.5Si压制硬化钢的表面显微照片和横截面SEM-EDS图。图10A是表面显微照片，并且图10B至图10F分别是横截面Fe、O、Cr、Si和Mn SEM–EDS图。

图11示出了根据当前技术的各方面制备的3Cr1.5Si压制硬化钢的横截面显微照片以及示出了元素浓度与距离关系的图。

贯穿附图中的多个视图，对应附图标记指示对应部分。

具体实施方式

提供了示例性实施例，以致本公开将更透彻，并且将范围全面地传达给本领域技术人员。阐述了许多特定细节作为特定成分、部件、装置和方法的示例，以提供对本公开的实施例的透彻理解。对于本领域技术人员将明显的是，不需要采用特定细节，示例性实施例可以以许多不同形式被实现，并且均不应该被解释为限制本公开的范围。在一些示例实施例中，没有详细描述公知过程、公知装置结构和公知技术。

本文中使用的术语仅出于描述具体示例实施例的目的并且不试图是限制性的。如本文中所用，单数形式“一”、“一个”和“该”可以试图也包括复数形式，除非上下文明确指示不可以。术语“包括”、“包含”和“具有”是包含性的，并且因此指定存在所陈述的特征、元件、成分、步骤、整数、操作和/或部件，但是不排除存在或还有一个或更多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组。虽然开放式术语“包括”应该被理解为是被用于描述和要求保护本文中阐述的各种实施例的非限制性术语，不过在某些方面中，该术语可以替代性地被理解为反而是更受限的限制性术语，诸如“由…构成”或者“基本由…构成”。因此，对于叙述成分、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤的任何给定的实施例，本公开也明确地包括由或基本由此类提到的成分、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤构成的实施例。在“由…构成”的情况下，替代性实施例不包括任何附加的成分、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤，而在“基本由…构成”的情况下，这样的实施例不包括实质上影响基本的新颖特性的任何附加成分、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤，但是实施例中能够包括实质上不会影响基本的新颖特性的任何成分、材料、部件、元件、特征、整数、操作和/或工艺步骤。

本文中描述的任何方法步骤、工艺和操作不被解释为必然需要以讨论或图示的具体次序被执行，除非明确地识别为执行的次序。也应该理解的是，可以采用附加或替代性步骤，除非另外指示。

当部件、元件或层被称为在另一元件或层“上”、“被接合到”、“被连接到”或“被联接到”另一元件或层时，其可以直接在另一部件、元件或层上、直接接合、连接或联接到另一部件、元件或层，或者可以存在中间元件或层。相比之下，当元件被称为“直接”在另一元件或层“上”、“被直接接合到”、“被直接连接到”或“被直接联接到”另一或时，不存在中间元件或层。用于描述元件之间关系的其它词语应该以类似方式被解释（例如，“在…之间”与“直接在…之间”、“相邻”与“直接相邻”等等）。如本文中所用，术语“和/或”包括一个或更多个相关联的列出的项目的任何和所有组合。

虽然本文中可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种步骤、元件、部件、区域、层和/或区段，不过这些步骤、元件、部件、区域、层和/或区段不应该被这些术语限制。这些术语可以仅被用于将一个步骤、元件、部件、区域、层或者区段区分于另一步骤、元件、部件、区域、层或者区段。当被使用时诸如“第一”、“第二”和其它数字术语的术语不暗示一种顺序或次序，除非上下文明确这样指示。因此，在下文中讨论的第一步骤、元件、部件、区域、层或者区段可以被称为是第二步骤、元件、部件、区域、层或者区段而不会背离示例实施例的教导。

空间或时间相对术语，诸如“之前”、“之后”、“内部”、“外部”、“下方”、“下面”、“下部”、“上方”、“上部”等等在本文中可以被用于简化描述以便描述如图中所图示的一个元件或特征与另一（些）元件或特征的关系。空间或时间相对术语可以试图涵盖除附图中描绘的取向之外的在使用中或操作中的装置或系统的不同取向。

贯穿本公开，数值代表对范围的近似测量或限制以包括距给定值的最小偏差和具有大约提及值的实施例以及准确地具有提及值的实施例。除了在具体实施方式结尾处提供的工作示例之外，本说明书（包括所附权利要求）中的参数（例如质量或条件）的所有数值被理解为在所有情况下均由术语“大约”修饰，而不论在数值之前是否实际出现了“大约”。“大约”指示所陈述数值允许稍稍不精确（稍接近正确值；近似或者相当接近该值；几乎是该值）。如果在本领域中没有以这种普通的意义理解“大约”所提供的不精确，则本文中所使用的“大约”至少指示可以由测量和使用这些参数的普通方法获得的变型。例如，“大约”可以包括如下各者的变型：小于或等于5%、可选地小于或等于4%、可选地小于或等于3%、可选地小于或等于2%、可选地小于或等于1%、可选地小于或等于0.5%以及在某些方面中可选地小于或等于0.1%。

此外，范围的公开包括公开在整个范围内的所有值和进一步划分的范围，包括针对范围所给出的端点和子范围。

现在将参考附图更加全面地描述示例性实施例。

如上文讨论的，存在与对未涂覆的压制硬化钢和涂覆的压制硬化钢进行除鳞相关联的某些缺点。因此，当前技术提供了一种钢合金，其被构造成被热冲压成具有预定形状而没有涂层且不需要执行除鳞的压制硬化部件。

钢合金是卷或板的形式并且包含碳（C）、铬（Cr）、硅（Si）和铁（Fe）。在热冲压过程期间，一部分Cr和一部分Si与大气氧结合以形成第一层，该第一层包括富含一部分Cr和一部分Si的氧化物。如下文更具体讨论的，当大气中存在足够的氧时，一部分Fe与大气氧相结合以形成包括富含Fe的氧化物的第二层。如关于第一和第二层所使用的，术语“第一”和“第二”使得层在结构上彼此区分并且不涉及在热冲压期间形成的次序。因此，当在热冲压期间形成第一和第二层二者时，第一层可以在第二层形成之前被形成，第二层可以在第一层形成之前被形成，或者第一和第二层可以同时形成。第一和第二层防止、抑制或最小化进一步氧化，以致不需要诸如喷丸或者喷砂的除鳞步骤。

C以大于或等于大约0.01 wt.%至小于或等于大约0.35 wt.%及其子范围的浓度存在于钢合金中。在各种实施例中，钢合金包括浓度为大约0.01 wt.%、大约0.02 wt.%、大约0.04 wt.%、大约0.06 wt.%、大约0.08 wt.%、大约0.1 wt.%、大约0.12 wt.%、大约0.14wt.%、大约0.16 wt.%、大约0.18 wt.%、大约0.2 wt.%、大约0.22 wt.%、大约0.24 wt.%、大约0.26 wt.%、大约0.28 wt.%、大约0.3 wt.%、0.32 wt.%、大约0.34 wt.%或者大约0.35wt.%的C。

Cr以大于或等于大约1 wt.%至小于或等于大约9 wt.%、大于或等于大约1 wt.%至小于或等于大约6 wt.%、大于或等于大约1 wt.%至小于或等于大约4 wt.%或者大于或等于大约1 wt.%至小于或等于大约3 wt.%的浓度存在于钢合金中。在各种实施例中，钢合金包括浓度为大约1 wt.%、大约1.2 wt.%、大约1.4 wt.%、大约1.5 wt.%、大约1.6 wt.%、大约1.8 wt.%、大约2 wt.%、大约2.2 wt.%、大约2.4 wt.%、大约2.5 wt.%、大约2.6 wt.%、大约2.8 wt.%、大约3 wt.%、大约3.2 wt.%、大约3.4 wt.%、大约3.5 wt.%、大约3.6 wt.%、大约3.8 wt.%、大约4 wt.%、大约4.2 wt.%、大约4.4 wt.%、大约4.5 wt.%、大约4.6 wt.%、大约4.8 wt.%、大约5 wt.%、大约5.2 wt.%、大约5.4 wt.%、大约5.5 wt.%、大约5.6 wt.%、大约5.8 wt.%、大约6 wt.%、大约6.2 wt.%、大约6.4 wt.%、大约6.5 wt.%、大约6.6 wt.%、大约6.8 wt.%、大约7 wt.%、大约7.2 wt.%、大约7.4 wt.%、大约7.5 wt.%、大约7.6 wt.%、大约7.8 wt.%、大约8 wt.%、大约8.2 wt.%、大约8.4 wt.%、大约8.5 wt.%、大约8.6 wt.%、大约8.8 wt.%或大约9 wt.%的Cr。

Si以大于或等于大约0.5 wt.%至小于或等于大约2 wt.%或者大于或等于大约0.6wt.%至小于或等于大约1.8 wt.%的浓度存在于钢合金中。在各种实施例中，钢合金包括浓度为大约0.5 wt.%、大约0.6 wt.%、大约0.7 wt.%、大约0.8 wt.%、大约0.9 wt.%、大约1wt.%、大约1.1 wt.%、大约1.2 wt.%、大约1.3 wt.%、大约1.4 wt.%、大约1.5 wt.%、大约1.6wt.%、大约1.7 wt.%、大约1.8 wt.%、大约1.9 wt.%或者大约2 wt.%的Si。

Fe构成了钢合金的平衡。

在各种实施例中，钢合金还包括浓度为大于或等于大约0 wt.%至小于或等于大约3wt.%、大于或等于大约0.2 wt.%至小于或等于大约3wt.%、大于或等于大约0.25 wt.%至小于或等于大约2.5 wt.%、大于或等于大约0.5 wt.%至小于或等于大约2wt.%、大于或等于大约0.75 wt.%至小于或等于大约1.5 wt.%，或者大于或等于大约1 wt.%至小于或等于大约1.5 wt.%的锰（Mn）。在一些实施例中，钢合金基本不含Mn。如本文中所使用的，“基本不含”指的是微量组分水平，诸如小于或等于大约1.5%、小于或等于大约1%、小于或等于大约0.5%的水平或不可检测的水平。在各种实施例中，钢合金基本不含Mn或者包括浓度小于或等于大约3 wt.%、小于或等于大约2.5 wt.%、小于或等于大约2 wt.%、小于或等于大约1.5wt.%、小于或等于大约1 wt.%或者小于或等于大约0.5 wt.%的Mn，诸如浓度为大约3 wt.%、大约2.8 wt.%、大约2.6 wt.%、大约2.4 wt.%、大约2.2 wt.%、大约2 wt.%、大约1.8 wt.%、大约1.6 wt.%、大约1.4 wt.%、大约1.2 wt.%、大约1 wt.%、大约0.8 wt.%、大约0.6 wt.%、大约0.4 wt.%、大约0.2 wt.%或者更低的Mn。

在各种实施例中，钢合金还包括浓度为大于或等于大约0wt.%至小于或等于大约0.01 wt.%或者大于或等于大约0.0001 wt.%至小于或等于大约0.01 wt.%的氮（N）。例如，在各种实施例中，钢合金基本不含N或者包含浓度小于或等于大约0.01 wt.%、小于或等于0.009 wt.%、小于或等于0.008 wt.%、小于或等于0.007 wt.%、小于或等于0.006 wt.%、小于或等于0.005 wt.%、小于或等于0.004 wt.%、小于或等于0.003 wt.%、小于或等于0.002wt.%或者小于或等于0.001 wt.%的N，诸如浓度为大约0.01 wt.%、大约0.009 wt.%、大约0.008 wt.%、大约0.007 wt.%、大约0.006 wt.%、大约0.005 wt.%、大约0.004 wt.%、大约0.003 wt.%、大约0.002 wt.%、大约0.001 wt.%或者更低的N。

在各种实施例中，钢合金还包括浓度为大于或等于大约0 wt.%至小于或等于大约0.8 wt.%、大于或等于大约0.01 wt.%至小于或等于大约0.8 wt.%或者小于或等于大约0.8wt.%的钼（Mo）。例如，在各种实施例中，钢合金基本不含Mo或者包括浓度小于或等于大约0.8 wt.%、小于或等于大约 0.7 wt.%、小于或等于大约0.6 wt.%、小于或等于大约 0.5wt.%、小于或等于大约0.4 wt.%、小于或等于大约0.3 wt.%、小于或等于大约0.2 wt.%或者小于或等于大约0.1 wt.%的Mo，诸如浓度为大约0.8 wt.%、大约0.7 wt.%、大约0.6 wt.%、大约0.5 wt.%、大约0.4 wt.%、大约0.3 wt.%、大约0.2 wt.%、大约0.1 wt.%或者更低的Mo。

在各种实施例中，钢合金还包括浓度为大于或等于大约0 wt.%至小于或等于大约0.005 wt.%、大于或等于大约0.0001 wt.%至小于或等于大约0.005 wt.%或者小于或等于大约0.005 wt.%的硼（B）。例如，在各种实施例中，钢合金基本上不含B或者包括浓度小于或等于大约0.005 wt.%、小于或等于大约0.004 wt.%、小于或等于大约0.003 wt.%、小于或等于大约0.002 wt.%或者小于或等于大约0.001 wt.%的B，诸如浓度为大约0.005 wt.%、大约0.004 wt.%、大约0.003 wt.%、大约0.002 wt.%、大约0.001 wt.%、大约0.0005 wt.%、大约0.0001 wt.%或者更低的B。

在各种实施例中，钢合金还包括浓度为大于或等于大约0 wt.%至小于或等于大约0.3 wt.%、大于或等于大约0.01至小于或等于大约0.3 wt.%或者小于或等于大约0.3 wt.%的铌（Nb）。例如，在各种实施例中，钢合金基本上不含Nb或者包括浓度小于或等于大约0.3wt.%、小于或等于大约0.25 wt.%、小于或等于大约0.2 wt.%、小于或等于大约0.15 wt.%或者小于或等于大约0.1 wt.%的Nb，诸如浓度为大约0.3 wt.%、大约0.25 wt.%、大约0.2wt.%、大约0.15 wt.%、大约0.1 wt.%或者更低的Nb。

在各种实施例中，钢合金还包括浓度为大于或等于大约0wt.%至小于或等于大约0.3 wt.%、大于或等于大约0.01至小于或等于大约0.3 wt.%或者小于或等于大约0.3 wt.%的钒（V）。例如，在各种实施例中，钢合金基本上不含V或者包括浓度小于或等于大约0.3wt.%、小于或等于大约0.25 wt.%、小于或等于大约0.2 wt.%、小于或等于大约0.15 wt.%或者小于或等于大约0.1 wt.%的V，诸如浓度为大约0.3 wt.%、大约0.25 wt.%、大约0.2wt.%、大约0.15 wt.%、大约0.1 wt.%或者更低的V。

钢合金能够包括处于其上述相应浓度的C、Cr、Si、Mn、N、Mo、B、Nb、V和Fe的各种组合。在一些实施例中，钢合金基本由C、Cr、Si、Mn和Fe构成。如上所述，术语“基本由...构成”意味着钢合金不包括实质上影响钢合金的基本的新颖特性的附加成分、材料、部件、元件和/或特征（诸如当被成型为压制硬化钢部件时钢合金不需要涂层或除鳞），但是实质上不影响钢合金的基本的新颖特性的任何成分、材料、部件、元件和/或特征能够被包含在实施例中。因此，当钢合金基本由C、Cr、Si、Mn和Fe构成时，钢合金也能够如上所述包括实质上不影响钢合金的基本的新颖特性的N、Mo、B、Nb和V的任何组合。在其它实施例中，钢合金由处于其上述相应浓度的C、Cr、Si、Mn和Fe以及处于其上述相应浓度的N、Mo、B、Nb和V中的至少一者构成。本文中没有描述的其它元件也能够以微量被包括，即小于或等于大约1.5 wt.%、小于或等于大约1 wt.%、小于或等于大约0.5 wt.%的量或者不可检测的量，只要它们实质上不影响钢合金的基本的新颖特性即可。

在一个实施例中，钢合金基本由C、Cr、Si、Mn和Fe构成。在另一实施例中，钢合金由C、Cr、Si、Mn和Fe构成。

在一个实施例中，钢合金基本由C、Cr、Si、Mn、Mo和Fe构成。在另一实施例中，钢合金由C、Cr、Si、Mn、Mo和Fe构成。

在一个实施例中，钢合金基本由C、Cr、Si、Mn、Mo、Nb、V和Fe构成。在另一实施例中，钢合金由C、Cr、Si、Mn、Mo、Nb、V和Fe构成。

在一个实施例中，钢合金基本由C、Cr、Si、Mn、Mo、Nb和Fe构成。在另一实施例中，钢合金由C、Cr、Si、Mn、Mo、Nb和Fe构成。

在一个实施例中，钢合金基本由C、Cr、Si、Mn、N和Fe构成。在另一实施例中，钢合金由C、Cr、Si、Mn、N和Fe构成。

在一个实施例中，钢合金基本由C、Cr、Si、Mn、N、Mo、B、Nb、V和Fe构成。在另一实施例中，钢合金由C、Cr、Si、Mn、N、Mo、B、Nb、V和Fe构成。

在一个实施例中，钢合金基本由C、Cr、Si和Fe构成。在另一实施例中，钢合金由C、Cr、Si和Fe构成。

在一个实施例中，钢合金基本由C、Cr、Si、Mo、B、Nb、V和Fe构成。在另一实施例中，钢合金由C、Cr、Si、Mo、B、Nb、V和Fe构成。

参考图1，当前技术也提供了制造压制硬化钢部件的方法10。更具体地，方法包括热压制如上所述的钢合金以形成压制硬化钢部件。钢合金以裸形式被加工，即没有任何涂层，诸如Al-Si或者Zn（镀锌）涂层。而且，方法不含除鳞步骤，即，不含喷丸、喷砂或者用于制备平滑且均质表面的任何其它方法。压制硬化钢部件能够是通常通过热冲压制成的任何部件，诸如例如车辆零件。具有适合于由当前方法生产的零件的车辆的非限制示例包括自行车、汽车、摩托车、船舶、拖拉机、公共汽车、移动房屋、露营车、滑翔机、飞机和坦克。在各种实施例中，压制硬化钢部件是汽车零件，其选自由立柱、保险杠、车顶纵梁、摇臂纵梁、摇臂、控制臂、横梁、通道、横梁、台阶、副车架构件和加强板构成的组。

方法10包括获得根据本技术的钢合金的卷12并且从卷12切下坯料14。虽然未示出，不过坯料14能够替代性地从钢合金的板切下。钢合金是裸的，即未被涂覆。方法10也包括热压制坯料14。在此方面，方法10包括通过在熔炉16中将坯料14加热到其上临界温度（Ac3）之上的温度以使钢合金完全奥氏体化来使坯料14奥氏体化。被加热坯料14被转移到模具或压力机18，可选地通过机器人臂（未示出）被转移。在此，方法10包括在模具或压力机18中冲压坯料14以形成具有预定形状的结构，并且以一定速率将结构淬火到小于或等于大约钢合金的马氏体转变完成（M

方法10不包含除鳞步骤。因此，方法10不包括例如喷丸或者喷砂的步骤。由于钢合金是裸的，所以压制硬化钢部件不含且不包括例如锌（Zn）层或者铝-硅（Al-Si）涂层。方法10也不含淬火之后的二次热处理。如下文更具体讨论的，压制硬化钢部件包括压制硬化钢，该压制硬化钢包括：合金基体（具有钢合金的组分）、包括富含源自合金成分的Cr和Si的氧化物的第一层以及包括富含源自合金成分的Fe的氧化物的可选第二层。

图2示出了提供关于热压制的附加细节的曲线图50。曲线图50具有代表温度的Y轴52和代表时间的X轴54。在曲线图50上的线56代表热压制期间的加热条件。在此，坯料被加热到最终温度58，该最终温度58高于钢合金的上临界温度（Ac3）60以使钢合金完全奥氏体化。最终温度58大于或等于大约880 ℃至小于或等于大约950 ℃。奥氏体化的坯料之后在冲压温度62（其在最终温度58和Ac3 60之间）下被冲压或热成型为具有预定形状的结构，并且之后以大于或等于大约15 ℃s

参考图3，当前技术还提供了压制硬化钢80。通过上文描述的方法来热压制上文描述的钢合金而导致压制硬化钢80。这样，由上面的方法制成的压制硬化钢结构由压制硬化钢80构成。

压制硬化钢80包括合金基体82、第一层84和可选第二层86。应该理解，图3仅示出了压制硬化钢80的一部分的横截面图示并且第一层84和可选第二层86围绕合金基体82。压制硬化钢80具有大于或等于大约500 MPa、大于或等于大约750 MPa、大于或等于大约1,000MPa、大于或等于大约1,250 MPa、大于或等于大约1,600 MPa、大于或等于大约1,700 MPa或者大于或等于大约1,800 MPa的极限拉伸强度（UTS）。在一些实施例中，压制硬化钢80具有大于或等于大约1,600 MPa并且小于或等于大约2000 MPa的UTS。

合金基体82包括上文描述的钢合金的成分，但是具有大于或等于大约95 wt.%马氏体的微观结构。

第一层84在热压制工艺期间被直接置于合金基体82上并且包括富含Cr和Si的氧化物，其包括Cr氧化物和Si氧化物。在第一层84中，富含Cr的氧化物据有大于或等于大约1wt.%至小于或等于大约30 wt.%的浓度，诸如大约1 wt.%、大约2 wt.%、大约4 wt.%、大约6wt.%、大约8 wt.%、大约10 wt.%、大约12 wt.%、大约14 wt.%、大约16 wt.%、大约18 wt.%、大约20 wt.%、大约22 wt.%、大约24 wt.%、大约26 wt.%、大约28 wt.%或者大约30 wt.%的浓度。在第一层84中，富含Si的氧化物具有大于或等于大约1 wt.%至小于或等于大约30wt.%的浓度，诸如大约1 wt.%、大约2 wt.%、大约4 wt.%、大约6 wt.%、大约8 wt.%、大约10wt.%、大约12 wt.%、大约14 wt.%、大约16 wt.%、大约18 wt.%、大约20 wt.%、大约22 wt.%、大约24 wt.%、大约26 wt.%、大约28 wt.%或者大约30 wt.%的浓度。第一层84中的Cr和Si起源于合金基体82内并且从其迁移到氧化物中。在此方面，第一层84的富集氧化物的Cr和Si源自钢合金或者合金基体82。换言之，第一层84由钢合金或者合金基体82中包含的一部分Cr和一部分Si形成。

第一层84具有大于或等于大约0.01 μm至小于或等于大约10 μm的厚度T

在某些变型中，第一层84是连续且均质的。因此，在不存在第二层86的实施例中，第一层84提供了暴露的表面，并且其不需要通过例如喷丸或者喷砂来进行除鳞。而且，当不存在第二层86时，第一层84防止、抑制或最小化进一步的表面氧化。

当在上文讨论的各种条件下加工时，压制硬化钢80包括第二层86。第二层86在热压制工艺期间被直接置于第一层84上并且包括富含Fe的氧化物。在各种实施例中，富含Fe的氧化物包括FeO、Fe

第二层86具有大于或等于大约0 μm至小于或等于大约30 μm或者大于或等于大约0.01 μm至小于或等于大约30 μm的厚度T

第二层86是连续且均质的。因此，第二层86提供了暴露的表面，并且其不需要通过例如喷丸或者喷砂来进行除鳞。而且，第二层86防止、抑制或最小化进一步的表面氧化。

如上文讨论的，当在热冲压期间形成第一和第二层二者时，第一层84可以在形成第二层86之前被形成，第二层86可以在形成第一层84之前被形成，或者第一和第二层84、86可以同时形成。

压制硬化钢80不包括或者不含任何不源自钢合金或者合金基体82的层，如上文讨论的。尽管如此，其不需要除鳞。图4A例如是由裸22MnB5合金形成的第一比较压制硬化钢的表面的图像。如图像中能够看到的，表面被高度氧化并且是粗糙的（被氧化部分大约15–40μm厚）；因此，需要除鳞，以便提供能够附着到衬底且被电涂覆、涂漆或焊接的表面。图4B是由具有Al-Si涂层的22MnB5合金形成的第二比较压制硬化钢的表面的图像，并且图4C是根据当前技术由包括3 wt.% Cr和1.5 wt.% Si（3Cr1.5Si）的裸钢合金制成的压制硬化钢的图像。仅根据当前技术制成的压制硬化钢具有均匀、均质的表面，该表面抵抗氧化，不包括外生涂层，即，不源自钢合金或基体的涂层，并且不需要除鳞。

图5A–5G示出了在钢合金中包括Cr和Si两者对压制硬化钢的影响。图5A是由包括3wt.% Cr且没有Si（3Cr0Si）的合金制成的压制硬化钢的表面的图像。如图像中能够看到的，表面被氧化并且是粗糙的。图5B是由3Cr0Si钢的横截面得到的Cr SEM–EDS图。这个图像示出了钢基体100和富Cr氧化物层102。图5C是由包括1.8 wt.% Si且没有Cr（0Cr1.8Si）的合金制成的压制硬化钢的表面的图像。如图像中能够看到的，表面被氧化并且是粗糙的。图5D是由0Cr1.8Si钢的横截面获得的Si SEM–EDS图。这个图像示出了钢基体104和富Si氧化物层106。图5E是由3Cr1.5Si合金制成的压制硬化钢（即与图4C中所示相同且根据当前技术制备的压制硬化钢）的表面的图像。如图像中能够看到的，表面是平滑、均匀且均质的。图5F和图5G分别示出了Cr SEM–EDS图和Si SEM–EDS图。图5F示出了合金基体108和富Cr层110。图5G示出了合金基体108和富Si层112。富Cr层110和富Si层112重叠，这表明它们存在于同一层中且平滑、均匀且均质的表面是在钢合金中具有Cr和Si二者的结果。

图6示出了由裸3Cr1.5Si合金热冲压而成的压制硬化钢的显微照片，其包括合金基体120、第一层122和第二层12。显微照片被置于具有代表浓度（以wt.%表示）的Y轴126和代表距离（以μm表示）的X轴128的曲线图上方。能够确定Fe 130、Cr 132、Si 134、O 136和Mn138在合金基体120、第一层122和第二层124中的浓度。曲线图示出了在合金基体120中Fe130、Cr 132、Si 134、O 136和Mn 138的一致浓度。第一层122的特征在于，Fe 130减少且Cr132、Si 134和O 136增加。第二层124的特征在于，Fe 130增加（相对于第一层122），O 136维持上升，且Cr 132和Si 134返回到基线。Mn 138的浓度在合金基体120、第一层122和第二层124中是一致的。因此，图6示出了合金基体120包括基本一致水平的Fe 130、Cr 132、Si134、O 136和Mn 138中的每一个；第一层122富含Cr 132、Si 134和O 136；并且第二层124富含Fe 130和O 136。

图7A是由包括3 wt.% Cr和0.6 wt.% Si（3Cr0.6Si）的当前技术的钢合金热压制而成的压制硬化钢的横截面的显微照片。在横截面中可见合金基体140、第一层142和第二层144。图7B、图7C、图7D和图7E分别示出了Fe、O、Si和Cr SEM–EDS图。这些图像示出了合金基体140包括Fe、Si、Cr和一些O。此外，示出第一层142包括相对更大量的O、Cr和Si，并且第二层144包括相对更大量的O和Fe。

图8示出了由3Cr0.6Si钢合金加工而成的压制硬化钢的另一显微照片。显微照片示出了合金基体140、第一层142和第二层144。显微照片被置于具有代表浓度（以wt.%表示）的Y轴146和代表距离（以μm表示）的X轴148的曲线图上方。能够确定Fe 150、Cr 152、Si154、O 156和Mn 158在合金基体140、第一层142和第二层144中的浓度。曲线图示出了在合金基体140中存在Fe 150、Cr 152、Si 154、O 156和Mn 158的一致浓度。第一层142的特征在于，Fe 150减少且Cr 152、Si 154和O 156增加。第二层144的特征在于，Fe 150（相对于第一层142）和O 156增加并且Cr 152和Si 154返回到基线。Mn 158的浓度在合金基体140、第一层142和第二层144中是一致的。因此，图8示出了合金基体140包括基本一致水平的Fe 150、Cr 152、Si 154、O 156和Mn 158中的每一个；第一层142富含Cr 152、Si 154和O 156；并且第二层144富含Fe 150和O 156。

图9A是由包括2 wt.% Cr和1.5 wt.% Si（2Cr1.5Si）的当前技术的钢合金热压制而成的压制硬化钢的横截面的显微照片。在横截面中可见合金基体160、第一层162和第二层164。图9B、图9C、图9D和图9E分别示出了Fe、O、Cr和Si SEM–EDS图。这些图像示出合金基体160包括Fe、Si、Cr和一些O。这些图像也示出了第一层162包括相对更大量的O、Cr和Si，并且第二层164包括相对较更量的O和Fe。

图10A是由包括3 wt.% Cr和1.5 wt.% Si（3Cr1.5Si）的当前技术的钢合金热压制而成的压制硬化钢的横截面的显微照片。在此，压制硬化钢通过在熔炉中加热、在模具中冲压并在低的氧气氛中空气冷却（与模具淬火相反）而被制成。通过执行使用模具淬火且使用惰性气氛（即N

图11示出了由3Cr1.5Si钢合金加工而成的压制硬化钢的另一显微照片。显微照片示出了合金基体170和第一层172。显微照片被置于具有代表浓度（以wt.%表示）的Y轴176和代表距离（以μm表示）的X轴178的曲线图上方。能够确定Fe 180、Cr 182、Si 184、O 186和Mn188在合金基体170和第一层172中的浓度。曲线图示出了在合金基体170中存在Fe 180、Cr182、Si 184、O 186和Mn 188的一致浓度。第一层172的特征在于，Fe 180相对减少且Cr182、Si 184和O 186相对增加。因此，图11示出了合金基体170包括基本一致水平的Fe 180、Cr 182、Si 184、O 186和Mn 188中的每一个；并且第一层172富含Cr 182、Si 184、O 186以及甚至一些Mn 188。

出于图示和描述的目的，已经提供了实施例的上述描述。其不试图是排他的或限制本公开。具体实施例的单独元件或特征一般不限于该具体实施例，而是在可应用的情况下是可互换的并且能够被用于选定实施例中，即使没有被明确示出或描述。其也可以以许多方式被改变。这样的变型不应该被看作背离本公开，并且所有这样的修改均试图被包括在本公开的范围内。