用于深沖應(yīng)用的冷軋扁鋼產(chǎn)品及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于深沖應(yīng)用的冷乳扁鋼產(chǎn)品，其作為密度降低的結(jié)果具有減輕 的重量，同時結(jié)合有優(yōu)化的機械性能及優(yōu)化的可成形性。本發(fā)明同樣涉及一種制造此類扁 鋼產(chǎn)品的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 這里提及的扁鋼產(chǎn)品指的是通過乳制操作獲得的鋼帶以及由此獲得的鋼板、鋼 坯、預(yù)切件等。
[0003] 如果這里結(jié)合合金化方法給出了有關(guān)合金元素含量的數(shù)值的話，除非特別明確指 出，其涉及重量。
[0004] 特別是對于用于機動車輛結(jié)構(gòu)領(lǐng)域中的扁鋼產(chǎn)品來說，對于減輕重量以及改善相 應(yīng)機動車輛固有頻率的一般目標(biāo)來說，不僅強度與可成形性比率而且諸如硬度和密度的物 理特性也是特別重要的。對于鋼來說通過向合金添加更多的輕量Al成分，可以實現(xiàn)明顯 的密度最小化以及重量最小化。此外對于足夠高的Al含量來說，發(fā)生初級相（K態(tài)）或 Fe3Al (D03)級相，并且這些具有顆粒硬化、強度增強以及延展性降低的效果。
[0005] 具有此類高Al含量的鐵素體Fe-Al鋼的應(yīng)用相關(guān)優(yōu)點這里面對制造與加工的 困難。從而，實際經(jīng)驗顯示由此類鋼制造的熱鋼帶中的未再結(jié)晶帶芯區(qū)域必須被減少，因 為不然會在熱鋼帶的冷乳以及裁剪期間發(fā)生困難。此外，為了避免由不適合的冷帶紋理 (texture)引起的各向異性冷帶性能，現(xiàn)有技術(shù)中需要復(fù)雜的操作。此類各向異性由低r和 n值表征，并且意味著斷裂處的低伸長度。這導(dǎo)致了由具有高Al含量的Fe-Al鋼制成的冷 乳扁鋼產(chǎn)品有問題的成形與加工特性。
[0006] 上面總結(jié)的問題隨著Al含量的增加而增加，因此限制了至今可實現(xiàn)的密 度降低。因此行業(yè)中考慮含鋁的深沖鋼殼可含有以重量計最高6. 5%的Al (參見 U. Brilx"Tief ziehfahige Eisen-Aluminium- Leichtbaustahle"[Deep-drawable lightweight iron-aluminum steels]，Konstruktion，2002 年 4 月 4 日）。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 考慮到上面提及的現(xiàn)有技術(shù)背景，本發(fā)明的目的在于提供一種扁鋼產(chǎn)品，其重量 明顯降低，并且具有用于成形的優(yōu)化適應(yīng)性以及同樣優(yōu)化的機械性能。
[0008] 此外，將提出一種用于制造此類扁鋼產(chǎn)品的方法。
[0009] 根據(jù)本發(fā)明，有關(guān)冷乳扁鋼產(chǎn)品的目的是通過提供具有權(quán)利要求1所述特征的產(chǎn) 品而實現(xiàn)的。
[0010] 解決上述問題的本發(fā)明方法解決方案是執(zhí)行用于制造本發(fā)明扁鋼產(chǎn)品的權(quán)利要 求10中規(guī)定的步驟。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)選配置在從屬權(quán)利要求中列明，并且在下文中具體闡明。
[0012] 本發(fā)明用于深沖應(yīng)用的冷乳扁鋼產(chǎn)品由鋼構(gòu)成，其除了包含鐵和無法避免的雜質(zhì) 之外，（以重量百分比計）還包含 C :0? 008% -0? 1%，Al :6. 5% -12%，Nb :0? 1% -0? 2%， Ti :0. 15% -0. 5%，P :最高達(dá)0. 1%，S :最高達(dá)0. 03%，N :最高達(dá)0. 1%，以及可選地來自 組"Mn，Si，稀土金屬，Mo, Cr，Zr，V，W，Co, Ni，B，Cu，Ca，N" 的一個或多個元素，其中 Mn :最 尚達(dá)1 %，稀土金屬：最尚達(dá)0.2%，Si :最尚達(dá)2%，Zr :最尚達(dá)1%，V :最尚達(dá)1%，W :最尚 達(dá)1%，11〇:最尚達(dá)1%，〇1":最尚達(dá)3%，（]〇:最尚達(dá)1%，附：最尚達(dá)2%，13:最尚達(dá)0.1%， Cu :最高達(dá)3%，Ca :最高達(dá)0. 015%。Ti含量％ Ti與Nb含量％ Nb的比率％ Ti/% Nb為：
[0013] 2. 5 Ti/% Nb ^ 1. 5,
[0014] 特別地，
[0015] 2. 2 Ti/% Nb ^ 1. 8〇
[0016] 在根據(jù)本發(fā)明設(shè)想的用于本發(fā)明扁鋼產(chǎn)品的合金化方法中，除了鐵之外，僅僅A1、 鈦和鈮是必有成分。
[0017] 本發(fā)明的冷乳鋼帶具有至少1. 3的r值，并且本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品通常具有大于1. 3 的r值。高r值代表本發(fā)明冷乳扁鋼產(chǎn)品優(yōu)良的可深沖性，因為隨著r值增加深沖期間變 薄的傾向?qū)⒔档?，伴隨著能夠?qū)崿F(xiàn)更高級別的深沖。否則將在變薄處存在組件故障的風(fēng)險。
[0018] 本發(fā)明的冷乳扁鋼產(chǎn)品不僅具有高r值，還實現(xiàn)了通常超過18%的伸長度A50。在 優(yōu)化加工條件下制造的本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品具有25%或更高的伸長度A50。
[0019] 同時，本發(fā)明扁鋼產(chǎn)品微結(jié)構(gòu)的特有特征是，其是完全鐵素體并且基本上沒有 K -碳化物（Fe-Al-C碳化物）。相應(yīng)地，本發(fā)明扁鋼產(chǎn)品的K -碳化物含量按體積比為〇% (完全無K -碳化物的狀態(tài)）至最多〇. 1 %。最小化的K -碳化物含量確保了本發(fā)明扁鋼 產(chǎn)品可靠的加工。
[0020] 具有根據(jù)本發(fā)明組分的扁鋼產(chǎn)品的另一特征是其微結(jié)構(gòu)中的晶粒是自然球雛晶 (globulitic)。同時，沿乳制方向的顆粒長度與沿帶橫向方向的顆粒寬度之間的比率通 常小于1. 5,特別地小于1. 2。換句話說，晶粒的長度最大比其寬度大50%，特別地不超過 20%〇
[0021] 對于必有成分，本發(fā)明的鋼可以包含多種其他合金元素以便具有特別屬性。用于 此目的的有用元素可總結(jié)為組"Mn，Si，稀土金屬，Mo, Cr，Zr，V，W，Co, Ni，B，Cu，Ca，N"。每 個可選添加的合金元素可以存在于或完全缺失于本發(fā)明的鋼中，并且當(dāng)具體元素以無用的 量存在于本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品中并且進(jìn)而可以等同于制造過程中無法避免的雜質(zhì)時，其也應(yīng) 當(dāng)被認(rèn)為是"缺失"。
[0022] 鋁以按重量百分比計6. 5 % -12 %的含量存在于本發(fā)明的鋼中，對于期望的密度 降低來說Al含量有利地高于以重量百分比計6. 8%。本發(fā)明扁鋼產(chǎn)品的典型Al含量以重 量百分比計在6. 5% -10%的范圍內(nèi)，特別地在6. 8% -9%的范圍內(nèi)。高Al成分的存在降 低了鋼的密度，并且明顯改善了其抗腐蝕性和抗氧化性。同時，此含量中的Al增強了抗拉 強度。然而，過高含量的Al會導(dǎo)致成形特性的劣化，表現(xiàn)為r值降低。為了最小化Al的不 利影響，因此Al含量被限制為以重量百分比計最大值為12%。當(dāng)在本發(fā)明的鋼中存在以重 量百分比計6. 5-10%的Al時特別是以重量百分比計為至少6. 8%的Al時，建立起降低的 密度和可加工性之間的優(yōu)化比率。
[0023] 本發(fā)明鋼中的C含量被限制為以重量百分比計至多0. 1%，C含量優(yōu)選為以重量 百分比計0. 015-0. 05%，特別優(yōu)選為以重量百分比計0. 008-0. 05%。以重量百分比計高于 0. 1%的C含量可以引起在顆粒邊界處的不需要的脆性kappa碳化物（"K-碳化物"）的 形成，并且因此導(dǎo)致熱和冷可成形性能的降低。
[0024] 對本發(fā)明的鋼來說避免形成K -碳化物（Fe-Al-C化合物）尤為重要。在高溫下加 工普通鋼過程中的熱處理期間，K-碳化物在早期在顆粒邊界處形成，并且引起材料脆化。 添加在本發(fā)明要求范圍內(nèi)的碳化物形成合金元素設(shè)定了非常低的自由C含量，并且因此基 本上避免了 K-碳化物的形成。
[0025] 為此目的，在本發(fā)明的鋼中，主要存在以重量百分比計0. 15 % -0. 5 %的Ti和以重 量百分比計0. 1-0. 2%的Nb。同時，當(dāng)Ti含量以重量百分比計為0. 15-0. 3%時，可以操作上 特別可靠的方式利用Ti的作用。當(dāng)存在于本發(fā)明鋼中的Nb以重量百分比計為0. 1-0. 15% 時，這同樣適用于Nb。同時，相應(yīng)的Ti和Nb含量必須被調(diào)節(jié)，從而他們滿足根據(jù)本發(fā)明規(guī) 定的這些成分比率的條件。滿足這些要求的Ti和Nb含量在本發(fā)明的鋼中帶來了細(xì)分散的 Ti和Nb碳化物的形成，該Ti和Nb碳化物促進(jìn)了精細(xì)微結(jié)構(gòu)的形成，該精細(xì)微結(jié)構(gòu)促進(jìn)了 扁鋼產(chǎn)品的可成形性。同時，自由碳被約束，否則自由碳將導(dǎo)致Fe-Al-C碳化物的形成，其 妨礙可成形性能，并且增加了脆化風(fēng)險。然而在過高Ti和Nb含量的情形中，這些元素不需 要的沉積會形成在鋼中，這會導(dǎo)致韌性和可成形性能的降低。
[0026] V、Zr和W同樣是有效的碳化物形成體，并且每個可以具有以重量百分比計高達(dá) 1 %的含量，輔助根據(jù)本發(fā)明設(shè)想的必有成分Nb和Ti的作用。當(dāng)V、Zr和W每個的含量被 限制為以重量百分比計最高達(dá)0. 5%特別是0. 3%時，V、Zr和W的作用可以特別目標(biāo)導(dǎo)向 的方式加以利用。
[0027] 添加以重量百分比計最高達(dá)1%特別是最高達(dá)0.5%的Mn成分可以改善本發(fā)明鋼 的熱可成形性和可焊接性。此外，Mn促進(jìn)熔化過程中的脫氧，并且有助于增加鋼的強度。當(dāng) Mn含量以重量百分比計為0. 05% -0. 5%時，Mn的這些積極效果可以特別有效的方式加以 利用。
[0028] 本發(fā)明鋼中的Mo含量以重量百分比計可以最高達(dá)1%。Mo同樣形成碳化物，并且 有助于增加本發(fā)明扁鋼產(chǎn)品的抗拉強度、抗蠕變性和耐疲勞性。由Mo和C形成的碳化物是 特別精細(xì)的，因此改善了本發(fā)明扁鋼產(chǎn)品微結(jié)構(gòu)的精細(xì)度。然而，高含量的Mo使熱和冷可 成形性能變差。為了以特別可靠的方式避免此點，可選存在于本發(fā)明鋼中的Mo含量可以被 限制為以重量百分比計0.5%。
[0029] 為了避免硫和磷對根據(jù)本發(fā)明加工的鋼性能的不利影響，S含量被限制為以重量 百分比計最大值為0. 03%，優(yōu)選最大值為0. 01%，并且P含量被限制為以重量百分比計最 大值為0. 1 %，優(yōu)選最大值為0. 05 %。
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