扁鋼制品，由這種扁鋼制品制成的鋼構(gòu)件及汽車車身的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種特別適合用于通過模壓淬火制造汽車車身的構(gòu)件的扁鋼制品，該扁鋼制品在升高的強(qiáng)度的條件下并不易于形成斷裂并且具有對于在焊接結(jié)構(gòu)中的連接的足夠的焊接性能。根據(jù)本發(fā)明而這樣達(dá)到這些特性的結(jié)合，即，使扁鋼制品具有由Mn、B和至少0.3重量％的C合金化的、具有大于1500MPa的抗拉強(qiáng)度的核心層和材料接合地與核心層連接的覆蓋層。覆蓋層的C含量最高為0.09重量％。在此，扁鋼制品在覆蓋層的區(qū)域內(nèi)具有的抗拉強(qiáng)度最大等于在完成淬火狀態(tài)下核心層的鋼的抗拉強(qiáng)度的一半，其中覆蓋層的延伸率A80至少等于完成淬火狀態(tài)下的核心層的延伸率A80的1.5倍。
【專利說明】
扁鋼制品，由這種扁鋼制品制成的鋼構(gòu)件及汽車車身
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于制造鋼構(gòu)件的鋼、至少區(qū)段性地由這種鋼組成的扁鋼制品、 通過熱成型和淬火而由這種扁鋼制品制成的鋼構(gòu)件以及由這種鋼構(gòu)件制成的車身。
【背景技術(shù)】
[0002] "扁鋼制品"這一概念就此理解為通過乳制工藝制成的鋼板或鋼帶以及由鋼板或 鋼帶分割成的扁坯以及類似物。
[0003] 雖然在此合金含量僅以"％"而說明，然而只要沒有明確的其他說明，在此所指的 總是"重量％"。
[0004] 在汽車制造領(lǐng)域內(nèi)針對于在撞擊情況下的乘客安全所提出的要求一直增高。與此 同時(shí)輕型結(jié)構(gòu)也是對于遵守法定的C02限值以及對于驅(qū)動車輛所需的能量投入的最小化而 言重要的先決條件。汽車使用者一方同樣也存在對于舒適度越來越高的需求，這造成了在 車輛中電子組件的比例增高并由此導(dǎo)致車輛重量增加。為了同時(shí)滿足這些相矛盾的要求， 長期以來對于汽車制造業(yè)而言，在車身結(jié)構(gòu)的制造中輕型結(jié)構(gòu)方式一直都是焦點(diǎn)。
[0005] 對于與撞擊相關(guān)的汽車構(gòu)件，在此特別使用的是通過由錳-硼鋼組成的扁鋼制品 的熱成型及隨后的淬火而制成的構(gòu)件。通過在專業(yè)用語中也稱為"模壓淬火"的這種制造方 法能夠制成構(gòu)件，這些構(gòu)件雖然具有理想地更薄的壁厚以及與之伴隨的最小化的重量但能 夠使用在車身的鑒于自身在撞擊情況下的性能方面特別敏感的位置點(diǎn)。
[0006] 前述類型的錳硼鋼的典型的例子是在業(yè)界以22MnB5的名稱而已知的鋼，這種鋼具 有1.5528的材料編號。通過熱成型以及隨后進(jìn)行的模壓淬火而能夠由這種類型的鋼制成構(gòu) 件，這些構(gòu)件在復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)條件下具有最佳的尺寸穩(wěn)定性。
[0007] 通過模壓淬火而由MnB-鋼制成的構(gòu)件由于自身的主要馬氏體結(jié)構(gòu)而在較小重量 條件下達(dá)到最高強(qiáng)度。在此，已知多種MnB合金的鋼種，其抗拉強(qiáng)度Rm為約1500MPa并且屈服 極限Rpo. 2為約llOOMPa。屬于MnB鋼類的、達(dá)到相應(yīng)強(qiáng)度值的鋼除了鐵和熔煉引起的不可避 免的雜質(zhì)以外還具有例如（以重量％計(jì)的)0.22-0.25%的C、0.2-0.3%的Si、1.2-1.4%的 皿11、不超過0.025%的？、不超過0.01%的5、0.02-0.05%的厶1、0.1-0.2%的〇、0.025-0 · 04% 的 Ti 和0 · 002-0 · 0035 % 的B。
[0008] 最近的開發(fā)的目的在于，制造達(dá)到更高強(qiáng)度的用于汽車車身結(jié)構(gòu)的鋼構(gòu)件。這種 具有升高的強(qiáng)度的熱成型鋼源于一般類型與前述的MnB鋼近似的、但是具有更高碳含量的 鋼概念，更高的碳含量在已淬火的狀態(tài)下促使更高的材料強(qiáng)度或構(gòu)件強(qiáng)度。相應(yīng)合金的MnB 鋼通常實(shí)現(xiàn)了 1700MPa及以上的抗拉強(qiáng)度。
[0009] 然而在由高強(qiáng)度、具有高碳含量的MnB鋼通過模壓淬火制成的構(gòu)件的后續(xù)加工過 程中特別通過機(jī)械的切割過程而造成了這樣的風(fēng)險(xiǎn)，即，將局部受限的固有應(yīng)力或固有應(yīng) 力梯度引入到該構(gòu)件中。這由于材料的高硬度而導(dǎo)致了對于氫致裂紋形成的高敏感度。因 此僅能夠通過對安裝狀態(tài)和應(yīng)力更精確的控制而實(shí)現(xiàn)由高強(qiáng)度的鋼材制成的構(gòu)件。在一些 情況下，在加工中必須免除在已淬火狀態(tài)下的切割或者必須應(yīng)用額外的調(diào)溫步驟以及在熱 成型過程中的精確的氣氛監(jiān)控。
[0010]在由具有中到高的碳含量的鋼材制成的構(gòu)件的加工中的另一個(gè)問題則通過其減 小的可焊接性而產(chǎn)生。減小的焊接性能特別在為了焊接同樣類型的或不同鋼種而使用的焊 點(diǎn)的相對較小的負(fù)荷能力中看出。通過相對弱的焊點(diǎn)可能引起，構(gòu)件并不能充分發(fā)揮其整 體強(qiáng)度。
[0011] 從DE 10 2008 022 709A1中已知，用于汽車車身的構(gòu)件能夠由通過滾壓包層法而 產(chǎn)生的復(fù)合材料制成，在這些復(fù)合材料中由不同鋼組成的層中的單個(gè)層這樣相互結(jié)合，即， 復(fù)合材料或由該復(fù)合材料制成的構(gòu)件包含多種特性，這些特性是由單一鋼組成的扁鋼制品 所成型的構(gòu)件不能夠達(dá)到的。因此根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，例如將易成型的、裂紋不敏感的鋼作為覆 蓋層與高強(qiáng)度的MnB鋼結(jié)合，以便于由此成型B-柱或類似的車身結(jié)構(gòu)部件。覆蓋層的材料能 夠在此這樣選擇，即，使核心層提供必要的強(qiáng)度并且使覆蓋層保護(hù)核心層免于氫致裂紋形 成以及提供足夠的可焊接性。然而該現(xiàn)有技術(shù)受限于將常規(guī)的鋼作為核心層的材料而使 用，其強(qiáng)度范圍不超過1500MPa。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 在前述的現(xiàn)有技術(shù)背景下，本發(fā)明的目的在于，提出一種對于通過模壓淬火而進(jìn) 行的汽車車身構(gòu)件的制造而言特別適合的扁鋼制品，該扁鋼制品在進(jìn)一步提高的強(qiáng)度的條 件下并不易于開裂并且具有對于在焊接結(jié)構(gòu)中的結(jié)合而言足夠的焊接性能。
[0013] 同樣地應(yīng)該提出一種用于汽車車身的相應(yīng)的構(gòu)件以及包括這樣的構(gòu)件的車身，其 中確保了相應(yīng)的構(gòu)件與鄰接的構(gòu)件的能夠承受高負(fù)荷的連接。
[0014] 就扁鋼制品而言，按照本發(fā)明，該目的通過使這樣的扁鋼制品具有權(quán)利要求1中所 說明的特征而達(dá)到。
[0015] 就構(gòu)件而言，相應(yīng)地通過使該構(gòu)件通過根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的扁鋼制品的熱成型以及 隨后的淬火而制成來達(dá)到上述目的。
[0016] 最后，就汽車的車身而言，上述目的的根據(jù)本發(fā)明的解決方案在于，使這樣的車身 具有至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的構(gòu)件，該構(gòu)件與車身的至少一個(gè)其他構(gòu)件通過焊接而連 接。
[0017] 本發(fā)明有利的設(shè)計(jì)方案在從屬權(quán)利要求中說明并且在下文中正如本發(fā)明的總體 思想一樣地單獨(dú)說明。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品因此與上述現(xiàn)有技術(shù)一致地包括核心層和與核心層材料 接合地連接的覆蓋層。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明，核心層由具有Mn、B和至少0.3重量％的(：合金的鋼，這種鋼在完成淬 火的狀態(tài)下具有大于1500MPa的、特別是大于1650MPa的抗拉強(qiáng)度。顯然在此理解為，就此僅 提到了主要決定核心層的鋼的特性的合金元素，并且鋼可以含有以有效含量的其他合金元 素，以便于構(gòu)成相應(yīng)特定的特性。
[0020] 相反，與核心層以材料接合的方式連接的覆蓋層具有最大為0.09重量％的、明顯 更低的C含量。因此使根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品在覆蓋層的區(qū)域中的抗拉強(qiáng)度最大為在完成 淬火的狀態(tài)下的、核心層的鋼的抗拉強(qiáng)度的一半。與此同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品在其覆 蓋層的區(qū)域中具有的延伸率A80相當(dāng)于在完成淬火狀態(tài)下的核心層的延伸率A80的至少1.5 倍。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明因此將作為用于核心層的材料的、其強(qiáng)度通過高的C含量而相對于現(xiàn) 有技術(shù)明顯提高的鋼與易成型的、特定用于覆蓋層的鋼結(jié)合，覆蓋層的鋼的C含量這樣降 低，即，使這種鋼一方面具有理想的、特點(diǎn)在于相對低強(qiáng)度和高延伸率的成形性并且另一方 面能夠特別容易地與其他鋼構(gòu)件焊接成車身結(jié)構(gòu)。
[0022] 以這種方式，本發(fā)明提出一種可能性，即，使具有高C含量的并因此具有高抗拉強(qiáng) 度和硬度的高強(qiáng)度MnB鋼能夠廣泛用于汽車車身結(jié)構(gòu)中。本發(fā)明所基于的解決方案的理論 在此是基于根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品的層狀結(jié)構(gòu)。在表面（覆蓋層）上存在較小的強(qiáng)度（硬 度），相反核心層由在熱壓淬火后的狀態(tài)下的高強(qiáng)度的鋼組成。
[0023] 表面層(覆蓋層)的較柔軟的表面基本上對裂紋形成是不敏感的，因?yàn)樵摬牧显诖?由于其較小的硬度而具有減小的邊緣裂紋敏感性或缺口敏感性。由此，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合 材料相對于由根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品制成的構(gòu)件由于氫的進(jìn)入而在表面裂縫中產(chǎn)生的延 遲斷裂、也即"Delayed Fracture's(延遲斷裂)"現(xiàn)象而言較不敏感。只要該材料暴露于腐 蝕介質(zhì)就會發(fā)生"延遲斷裂"。延遲斷裂敏感性基本隨著材料強(qiáng)度而一起升高。在本發(fā)明中 對于延遲斷裂不敏感的覆蓋層保護(hù)核心層不受腐蝕介質(zhì)影響。通過最高強(qiáng)度的核心而在此 得到了其總強(qiáng)度高于基于常規(guī)的MnB鋼制成的復(fù)合材料的材料。"延遲斷裂"的另一個(gè)條件 是，受負(fù)荷的材料的極端應(yīng)力狀態(tài)的出現(xiàn)。在材料受負(fù)荷(例如通過彎曲）時(shí)，表面層承受比 核心更大的應(yīng)力。在根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料中通過使用較軟的覆蓋層能夠與在更堅(jiān)固的核 心層中相比更容易地消除表面上產(chǎn)生的應(yīng)力，與核心層的材料相比這促成了復(fù)合材料的較 小的延遲斷裂敏感性。
[0024]此外，軟的外層帶來了更好的成型特性。通過根據(jù)本發(fā)明而設(shè)置的軟的、具有較小 強(qiáng)度和高延伸率的邊緣層能夠在靜態(tài)板彎曲試驗(yàn)(VDA 230-100)中達(dá)到更高的彎曲角。這 兩方面都在撞擊負(fù)荷中十分重要并且延緩了斷裂生成以及斷裂誘導(dǎo)(Risseinleitung)，由 此實(shí)現(xiàn)了在撞擊情況下總體更高的能量吸收。
[0025] 除了避免斷裂，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料的層結(jié)構(gòu)還有助于改善可焊接性。在此證 實(shí)的是，由于根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品的覆蓋層的較小的C含量而不會導(dǎo)致:在具有高C含量 的MnB鋼的情況下會產(chǎn)生的脆化并且因此伴隨的這種熱成型鋼的焊接連接的弱化。為了確 保這種效果，覆蓋層的鋼具有最高0.09重量％的、優(yōu)選小于0.07%的C含量。這類的鋼是已 知的。這些鋼例如是常規(guī)的IF鋼或通過商標(biāo)"DC03"和"H340"已知的鋼、直到復(fù)相鋼。
[0026] 在本發(fā)明中，"復(fù)合材料"的概念表示的是多層構(gòu)造的材料，也稱為材料復(fù)合體。 [0027]通過根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料的多層的結(jié)構(gòu)，在焊接過程中焊點(diǎn)核心在其周圍的連 接在從外部的軟的核心層到硬的核心層的過渡的區(qū)域內(nèi)。通過保持覆蓋層足夠的厚度，即， 通過適合地選擇覆蓋的厚度與核心的厚度的比例，能夠相應(yīng)地一方面(在工藝上)實(shí)現(xiàn)對焊 接質(zhì)量的正面影響，并且另一方面實(shí)現(xiàn)了在最大力傳遞的意義上的所形成的焊接連接的負(fù) 荷能力。
[0028]根據(jù)本發(fā)明多層的、具有含碳少的非常好焊接的覆蓋層的扁鋼制品的使用引起了 與僅由核心層的鋼制成的扁鋼制品相比根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品的強(qiáng)度的降低。盡管如此， 卻出乎意料地顯示出，由根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品制成的構(gòu)件盡管與軟的、較小強(qiáng)度的覆蓋 層材料結(jié)合，卻還是顯著高于由常規(guī)的高強(qiáng)度的MnB的鋼制成的構(gòu)件的強(qiáng)度。
[0029]為了確保在已淬火狀態(tài)下的核心層的鋼的足夠高的強(qiáng)度，根據(jù)本發(fā)明而設(shè)置用于 核心層的鋼具有至少〇. 3重量％的(：，這在所期望的強(qiáng)度方面證實(shí)是有利的。
[0030]因此本發(fā)明提出一種扁鋼制品，該扁鋼制品中將尚強(qiáng)度和尚成型性能與好的焊接 性能和小的斷裂敏感性相結(jié)合。本發(fā)明因此摒除了現(xiàn)有技術(shù)中至今存在的對于具有至少 0.3重量％的(：含量的最高強(qiáng)度的MnB鋼的使用的限制。
[0031]覆蓋層與核心層的厚度比例能夠根據(jù)主要應(yīng)該提供根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品的怎 樣的特性而設(shè)置。基本上，就此能夠假設(shè)核心層占有扁鋼制品的厚度的40-95%。核心層應(yīng) 該原則上厚于單個(gè)覆蓋層。如果應(yīng)該在好的成型性能以及針對于斷裂形成的足夠保護(hù)前提 下確保最大強(qiáng)度，那么這通過使核心層占據(jù)扁鋼制品的70-95%的厚度而實(shí)現(xiàn)，因此覆蓋層 與核心層相比相對較薄。如果相反應(yīng)該確保最佳的可焊接性，那么證實(shí)為有利的是，使核心 層占據(jù)扁鋼制品的厚度的60_〈70%。覆蓋層在這種情況下更厚，從而為焊接過程提供了相 對較大的體積的覆蓋層的軟的、含碳少的并且因此不易脆化的鋼。根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品 的總厚度，即核心層與覆蓋層的厚度總合，通常在0.3至8mm之間，優(yōu)選在0.5mm至3.5mm之 間。
[0032]通常，用于根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品的核心層的鋼本身具有至少1700MPa的抗拉強(qiáng) 度。
[0033]當(dāng)覆蓋層的抗拉強(qiáng)度相當(dāng)于核心層的抗拉強(qiáng)度的三分之一時(shí)，得到根據(jù)本發(fā)明的 扁鋼制品的最佳的成型性能。特別適合用于覆蓋層的、含有0.08重量％的(：的鋼在此例如在 至少21%的延伸率480的條件下具有40〇-50010^的抗拉強(qiáng)度和340_42010^的屈服極限。
[0034]為了在針對斷裂生成的可靠保護(hù)的條件下同時(shí)確保所期望的成形性，能使覆蓋層 的延伸率A80是完成淬火狀態(tài)下的核心層的延伸率A80的至少兩倍、特別是至少一樣高。 [0035] 覆蓋層能夠通過輥乳包層法而覆在核心層上。為此適合的方法例如在DE 10 2005 006 606B3中描述，為了說明本領(lǐng)域的技術(shù)人員在輥乳包層法中通常所執(zhí)行的操作步驟而 將其內(nèi)容引用到本申請中。
[0036] 如果應(yīng)該經(jīng)扁鋼制品的厚度設(shè)置對稱的特性，這能夠通過所使用的鋼層的對稱結(jié) 構(gòu)而達(dá)到。證實(shí)為在生產(chǎn)工藝方面特別操作可靠的是三層的結(jié)構(gòu)，其中核心層分別通過核 心層上方的一個(gè)覆蓋層和下方的一個(gè)覆蓋層而覆蓋。如果在此覆蓋層由同樣的厚度和組成 成分的鋼層制成，那么這對于過程控制的簡化而言是有利的。
[0037] 在實(shí)際應(yīng)用中用于核心層的鋼通常除了鐵和生產(chǎn)引起的不可避免的雜質(zhì)以外還 由以下成分組成（以重量％計(jì)的）：
[0038] C: 0.3-0.5%,特別是 0.3-0.45%;
[0039] Si :0.150-0.350% ,特別是0.2-0.28% ;
[0040] Μη: 1.100-1.400% ,特別是 1.15-1.3% ;
[0041] A1:0.020-0.050% ,特別是0.03-0.04% ;
[0042] 0:0.100-0.500% ,特別是0.14-0.45% ;
[0043] Ti :0.020-0.040% ,特別是0.026-0.034% ;
[0044] Β:0·002-0·004% ,特別是0.002-0.003%。
[0045] 雜質(zhì)在此包括了：Ρ:不超過0.020% ;S:不超過0.003% ;Cu:不超過0.100% ;Μο:不 超過0.050% ;Ν:不超過0.007% ;Ni:不超過0.100% ;Nb:不超過0.003% ;V:不超過 0.010% ;Sn:不超過0.030% ;Ca:不超過0.005%。
[0046] 相比之下，根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品的覆蓋層通常由鋼制成，這種鋼除了鐵和生產(chǎn) 引起的不可避免的雜質(zhì)以外還含有（以重量％計(jì)的）：
[0047] C:不超過0.09%，特別是0.002-0.075% ;
[0048] Si:不超過0.7%，特別是0.01-0.6% ;
[0049] ]^:0.10-1.9%，特別是0.13-1.8%;
[0050] A1:不超過0 · 06%，特別是0 · 03-0 · 04% ;
[0051] Cr:不超過0.4%，特別是0.025-0.35% ;
[0052] Nb:不超過0.025%，特別是0.002-0.02% ;
[0053] Ti :不超過0.13%，特別是0.002-0.12%。
[0054] 雜質(zhì)在此包括了：P:不超過0.025% ;S:不超過0.015%;〇1:不超過0.15%;]?〇:不 超過0.05% ;N:不超過0.006% ;Ni:不超過0.15% ;V:不超過0.02% ;B:不超過0.001% ;Sn: 不超過0.04 %和Ca:不超過0.003 %。
[0055] 碳是一種以特別的方式引起強(qiáng)度增高的合金元素，其中特別硬的組織結(jié)構(gòu)組成部 分的形成趨勢隨著增加的含量和增高的冷卻速度而直接增高，比如珠光體、貝氏體和馬氏 體。能夠通過碳含量來影響特別是核心層的強(qiáng)度。為了實(shí)現(xiàn)核心層的高強(qiáng)度值，能夠?qū)⒑诵?層的碳含量調(diào)整到至少0.3重量％的數(shù)值。核心層的碳含量能夠限制在最大為0.5重量％、 特別是0.45重量％，從而限制核心層的鋼的脆性和對焊接性能的負(fù)面影響。隨著碳含量的 增大而升高的強(qiáng)度總是伴隨著成型性能的損失、斷裂生成的增加趨勢和斷裂進(jìn)度 (Rissfortschritt)或者通過在形成貝氏體-馬氏體成分的過程中組織結(jié)構(gòu)中的固有應(yīng)力 升高而增大的氫致裂紋的傾向。為了確保具有根據(jù)本發(fā)明的延伸特性的覆蓋層，覆蓋層的 鋼的C含量能夠限制在不超過0.09重量％。在這種情況下，覆蓋層的鋼期望基本為鐵素體-珠光體的組織結(jié)構(gòu)。
[0056]硅是有助于固溶淬火和強(qiáng)度增加的合金元素并且在像是根據(jù)DIN EN 10268 (2013-12)標(biāo)準(zhǔn)的微合金鋼(例如HC300LA-HC500LA)這樣的常規(guī)的較高強(qiáng)度的鋼中使用。所 使用的鋼概念例如是具有材料編碼1.0548的HC340LA。這些鋼是能夠冷成型的并且特別適 合作為用于根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品的覆蓋層的材料。用于根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品的覆蓋層 的鋼的Si含量能夠限制在最大0.7重量％，以便于避免通過表面附近的氧化物的形成而對 熱浸鍍層精煉過程中的扁鋼制品的覆層能力造成影響。用于核心層的鋼的Si含量優(yōu)選為至 少0.150重量％并且最大為0.350重量％，以便于有利地影響轉(zhuǎn)化特性。至少0.150重量％的 Si含量具有在冷卻過程中鑒于避免滲碳體和珠光體形成方面的正面影響。通過增高的Si含 量而導(dǎo)致了 A3-轉(zhuǎn)換溫度的升高。因此在相對低的爐溫度的情況下增加了未完全達(dá)到奧氏 體化并因此限制了淬硬性的風(fēng)險(xiǎn)。因此在此情況下，不能夠使用高于0.350重量％的含量。 [0057]錳作為合金元素有助于鋼的固溶淬火。通過升高的Μη含量能夠特別提高抗拉強(qiáng) 度。通過加入錳也能夠這樣提高鋼的淬硬性，即，通過降低A3溫度并將擴(kuò)散控制的轉(zhuǎn)換相鐵 素體、珠光體和貝氏體的形成向更長的時(shí)間推遲并且因此即使在較低的冷卻速度的情況下 也易于向馬氏體階段的轉(zhuǎn)化。用于核心層的鋼能夠?yàn)榱烁纳拼阌残远哂兄辽?.10重量％ 的 Μη含量。用于核心層的鋼的Μη含量能夠出于成本原因限制到不超過1.40重量％的數(shù)值， 因?yàn)椴⒉槐匾獮榱擞绊懞诵膶拥霓D(zhuǎn)換性能而使用高于1.40重量％的此含量。用于覆蓋層的 鋼能夠?yàn)榱烁纳茝?qiáng)度而優(yōu)選具有至少0.10重量％的錳。這種鋼不應(yīng)該具有高于1.9重量％ 的錳，因?yàn)楦哂?.9重量％的此含量對根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品的熱浸覆層特性起到負(fù)面影 響。
[0058] 為了使既用于核心層又用于覆蓋層的熔融液態(tài)的鋼脫氧而使用鋁。此外鋁有助于 晶粒細(xì)化。高于0.06重量％的鋁含量增加了非金屬夾雜物的出現(xiàn)概率和大小，這也造成了 表面缺陷的形成。
[0059] 鉻具有推遲奧氏體轉(zhuǎn)化的影響并且提高了可使用的鋼的淬透性。在作為核心層使 用的鋼中，至少0.10重量％的鉻含量確保了對轉(zhuǎn)換的期望的影響。然而Cr含量應(yīng)該并不超 過0.50重量％，因?yàn)椴怀^這個(gè)含量影響轉(zhuǎn)換的作用還是足夠的并且能夠低成本地轉(zhuǎn)化。 在覆蓋層中也有利的是，有針對性地通過由鉻而對轉(zhuǎn)換的影響來調(diào)整并控制強(qiáng)度。然而這 與對于核心層相比適當(dāng)?shù)匾暂^小程度。就此而言也能夠使用這樣的材料概念，其中加合金 鉻并且為了轉(zhuǎn)換控制而使用鉻。此外，對于核心層而言鋼表面的潤濕性在熱浸覆層過程期 間同樣起到限制性作用。因此Cr含量應(yīng)該特別不超過0.40重量％。此外為了覆蓋層而使用 不含有Cr合金的鋼。因此，特別確定0.025重量％的下限，該下限等于熔融引起的雜質(zhì)的剩 余量。
[0060] 鈦?zhàn)鳛楹辖鹪赝ǔＬ貏e是為了熱成型而用在高強(qiáng)度的錳-硼鋼中與硼結(jié)合使 用。鈦用于以鈦氮化物(TiN)的形式可靠地結(jié)合氮，其中由于熱動力學(xué)的條件而在約1400°C 的高溫情況下就已經(jīng)發(fā)生TiN的形成并且在更高溫度部分地處于熔融液態(tài)。由此避免了 BN 的析出并且游離的硼能夠特別是對鐵素體和珠光體的轉(zhuǎn)換的推遲方面而生效，這意味著對 于淬硬性的優(yōu)化。這些機(jī)制能夠?qū)崿F(xiàn)對核心材料的盡可能高的硬度簡單且低成本的調(diào)整。 核心層應(yīng)該具有至少0.02重量％的鈦，以便于確保氮的可靠的結(jié)合。核心層必須不能具有 大于0.04重量％的鈦，因?yàn)樵谧畲?.007重量％的氮的情況下為了形成TiN的目的不需要大 于0.04重量％的1^合金元素加入。在用于覆蓋層的鋼的情況下，能夠使用與核心層相比更 軟的、不同的鋼。軟質(zhì)鋼在此理解為具有小于或等于750MPa的、特別是小于或等于500MPa的 抗拉強(qiáng)度的鋼。這樣的鋼例如根據(jù)DIN EN 10268(2013-12)標(biāo)準(zhǔn)是像HC300LA這樣的微合金 鋼或者是像是DC01-DC04這樣的軟質(zhì)非合金鋼或像是DC05-DC07這樣的IF鋼。用于覆蓋層的 鋼因此并不需要根據(jù)不同概念而額外有針對性地加入鈦，就此而言，鈦的最小含量能夠以 0.002重量％的鈦的水平確定在熔融引起的雜質(zhì)的剩余量。軟質(zhì)的IF鋼也可以用于覆蓋層， 其中鈦用于像是氮或碳這樣間隙固溶的元素的連接以及補(bǔ)充性地用于提高細(xì)粒度和粒度 穩(wěn)定性。通過升高的鈦含量提高在輥乳中的成型阻力，這對于乳制效果起到不利的影響并 且使鋼的再結(jié)晶能力受限。因此覆蓋層的鈦含量最大為0.13重量％。特別是，出于成本原因 而有利的是，使覆蓋層的鈦含量最大為0.12重量％。
[0061] 為了氮和碳的結(jié)合而能夠在IF鋼中使用鈮。如果將軟質(zhì)IF鋼用于覆蓋層，為了氮 和碳的結(jié)合有利的是，合金有不超過0.025重量％的鈮。在為了覆蓋層而使用以鋁來鎮(zhèn)靜的 鋼的情況下，能夠免除加合金鈮。
[0062] 硼改善了在模壓淬火過程中適合的材料的淬硬性。適合的材料首先理解為像是在 DIN EN 10083、第2和第3部分中所描述的調(diào)質(zhì)鋼。調(diào)質(zhì)鋼的例如是具有材料編號1.5532的 38MnB5。為了在用于核心層的鋼中達(dá)到延遲轉(zhuǎn)換的效果，至少0.002重量％的硼是必須的。 當(dāng)加合金大于〇. 004重量％的硼時(shí)，引起了飽和作用，這意味著，在繼續(xù)提高硼含量的情況 下也不再能夠保證淬硬性的明顯加強(qiáng)。因?yàn)橥ㄟ^硼含量的增加也同時(shí)提高了熱裂的可能 性，加入至多0.004重量％的硼能夠有助于減小熱裂傾向。在最大0.003重量％的硼含量的 情況下特別可靠地避免了通過硼而引起的在用于核心層的鋼中的熱裂。
【附圖說明】
[0063] 在下文中，參照實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。其中：
[0064] 圖1示出了一個(gè)圖表，其中列出了通過熱壓成型淬火而由常規(guī)扁鋼制品和根據(jù)本 發(fā)明的扁鋼制品制成的構(gòu)件樣本的抗拉強(qiáng)度；
[0065] 圖2示出了一個(gè)圖表，其中針對通過熱壓成型淬火而由常規(guī)的扁鋼制品和兩個(gè)扁 鋼制品制成的構(gòu)件樣本記錄了根據(jù)SEP 1220實(shí)施的、從焊接點(diǎn)直至斷裂而接受的剪切拉力 的檢測的結(jié)果；以及
[0066] 圖3示出了根據(jù)DIN EN ISO 7539-2實(shí)施的、在構(gòu)件樣本中的對延遲斷裂形成 ("Delayed Fracture"）的檢測的結(jié)果，這些構(gòu)件樣本由常規(guī)的扁鋼制品和兩個(gè)根據(jù)本發(fā)明 的扁鋼制品制造。
【具體實(shí)施方式】
[0067]由以常規(guī)的方式制成的、在市面有售的扁鋼制品A1-A4和K1-K4通過輥乳包層法制 造以復(fù)合材料的形式構(gòu)造的扁鋼制品￥1、￥2、￥3、￥3'￥4'￥4、￥5、￥5'￥6、￥7、￥7$和￥8。由軟 質(zhì)鋼組成的扁鋼制品A1-A4的相應(yīng)組成和由高強(qiáng)度的鋼組成的扁鋼制品K1-K4的組成在表 格1中說明。
[0068] 在表格2中能夠看出，哪些扁鋼制品A1-K4構(gòu)成了相應(yīng)的核心層KL;哪些制品構(gòu)成 了相應(yīng)的外層AL;以及核心層KL在各個(gè)復(fù)合材料-扁鋼制品V1-V8的厚度上具有怎樣的比例 A-KL。為分別由復(fù)合材料-扁鋼制品V1-V8模壓淬火的構(gòu)件而測定的抗拉強(qiáng)度Rm的范圍額外 地在表格2中給出。
[0069]為了輥乳包層而將相互結(jié)合的扁鋼制品A1-K4的金屬板坯上下堆疊，其中分別將 核心層KL設(shè)置在兩個(gè)外層AL之間。在此，將相同組成和厚度的扁鋼制品分別用于這兩個(gè)外 層。金屬板坯預(yù)先至少在其在堆疊中分別在相鄰的金屬扁坯處貼靠的表面處得到清潔并且 這樣機(jī)械加工，即，確保盡可能全面的接觸。各個(gè)堆疊的金屬板坯隨后相互焊接。這樣構(gòu)成 的牢固的復(fù)合體以一個(gè)或多個(gè)階段熱乳成具有例如3mm厚度的復(fù)合材料-扁鋼制品。所得到 的復(fù)合材料-扁鋼制品隨后還經(jīng)歷冷乳，以便于進(jìn)一步減小其厚度。在輥乳包層中遵循的方 法流程在DE 10 2005 006 606B3中詳細(xì)描述，為了說明的目的而將其內(nèi)容包含在本申請 中。
[0070]由這樣得到的復(fù)合材料-扁鋼制品V1-V8分割扁坯并且通過模壓淬火成型為形狀 一致的鋼構(gòu)件。為此，將由復(fù)合材料VI-V8組成的扁坯加熱至分別相互結(jié)合的扁鋼制品八1_ A4、K1-K4的鋼的最高奧氏體化溫度以上。在此達(dá)到的溫度通常在約900-950 °C的范圍內(nèi)。隨 后，將扁坯在冷卻的模壓工具中成型。就成型而言，在模壓工具中進(jìn)行以至少27K/S、例如 27-30K/S冷卻速率的快速冷卻，從而在由扁坯完成模壓的樣本構(gòu)件中存在淬火組織。復(fù)合 材料的淬火組織在核心層中完全由馬氏體組成，相反地外層則具有最多40體積％的馬氏 體。
[0071] 為了對比，通過以相同方式實(shí)施的模壓淬火由扁鋼制品A1-K4分別制成樣本構(gòu)件， 樣本構(gòu)件的形狀同樣地與由復(fù)合材料-扁鋼制品VI-V8制成的構(gòu)件相應(yīng)。在由扁鋼制品A1-K4制成的樣本構(gòu)件上根據(jù)DIN EN ISO 6892-1測定在淬火狀態(tài)下的抗拉強(qiáng)度Rm和延伸率 A80并且記錄在表格1中。
[0072] 從圖1中能夠看出，能通過對于分別由高強(qiáng)度的鋼組成的核心層KL的厚度比例的 選擇直接影響各個(gè)扁鋼制品V1-V8的強(qiáng)度。根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)件的強(qiáng)度在此始終高于由軟的 鋼A1-A4組成的構(gòu)件的最大強(qiáng)度。
[0073] 在圖2中示出了根據(jù)SEP1220實(shí)施的剪切拉力試驗(yàn)的結(jié)果，該實(shí)驗(yàn)是在已焊接的、 通過熱模壓淬火制成的構(gòu)件樣本上實(shí)施的。一組檢驗(yàn)的構(gòu)件樣本就此由常規(guī)的扁鋼制品K3 制成、一組由扁鋼制品V4*制成而另一組由根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品V5*制成。試驗(yàn)顯示出，在 由根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品V5$制成的構(gòu)件樣本中的焊接分別承受的剪切拉力明顯高于由扁 鋼制品K3和V#所組成的構(gòu)件樣本的焊接所承受的剪切壓力。
[0074] 圖3示出了根據(jù)DIN EN ISO 7539-2在腐蝕介質(zhì)中的放置(Auslagerung)的條件下 而實(shí)施的四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)的結(jié)果，該試驗(yàn)在通過熱模壓淬火制成的構(gòu)件樣本上實(shí)施。一組檢 驗(yàn)的構(gòu)件樣本在此由常規(guī)的扁鋼制品K3組成、一組由根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品V51 且成以及 另一組由同樣根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品V71 且成。在此也證實(shí)，由根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品制成 的構(gòu)件樣本明顯超越由扁鋼制品K3制成的樣本。因此，在由扁鋼制品K3組成的構(gòu)件樣本中 在52小時(shí)的放置時(shí)間之后就已經(jīng)生成斷裂，而在由根據(jù)本發(fā)明的扁平制品V71 且成的構(gòu)件 樣本中則是在62小時(shí)后才產(chǎn)生斷裂，而在由根據(jù)本發(fā)明的扁平制品V51 且成的構(gòu)件樣本中 直到97個(gè)小時(shí)都沒有出現(xiàn)斷裂。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種扁鋼制品，所述扁鋼制品包括核心層和材料接合地與所述核心層連接的覆蓋 層，所述核心層由一種以Mn、B和至少0.3重量％的(：合金化的、具有大于1500MPa的抗拉強(qiáng)度 的鋼組成，所述覆蓋層的C含量最大為0.09重量％并且所述扁鋼制品在這個(gè)范圍內(nèi)具有的 抗拉強(qiáng)度最大等于在完成硬化的狀態(tài)下所述核心層的鋼的抗拉強(qiáng)度的一半，并且所述扁鋼 制品的延伸率A80至少等于完成淬火的狀態(tài)下所述核心層的延伸率A80的1.5倍，其中組成 所述核心層的鋼除了鐵和生產(chǎn)引起的不可避免的雜質(zhì)以外由0.3-0.5重量％的(：、0.150- 0.350重量％的511.100-1.400重量％的]?11、0.020-0.050重量％的厶1、0.100-0.500重量％ 的Cr、0.020-0.040重量％的1^和0.002-0.004重量％的8組成，其中所述雜質(zhì)包括:不超過 0.020重量％的？、不超過0.003重量％的3、不超過0.100重量％的〇1、不超過0.050重量％的 Mo、不超過0.007重量％的1不超過0.100重量％的附、不超過0.003重量％的恥、不超過 0.010重量％的￥、不超過0.030重量％的311和不超過0.005重量％的0&，并且其中組成所述 覆蓋層的鋼除了鐵和生產(chǎn)引起的不可避免的雜質(zhì)以外還由不超過0.09重量％的(：、不超過 0.7重量％的31、0.10-1.9重量％的]?11、不超過0.06重量％的厶1、不超過0.4重量％的(>、不 超過0.025重量％的他以及不超過0.13重量％的1^組成，其中所述雜質(zhì)包括:不超過0.025 重量％的？，不超過0.015重量％的3，不超過0.15重量％的⑶，不超過0.05重量％的此，不超 過0.006重量％的~，不超過0.15重量％的附，不超過0.02重量％的V，不超過0.001重量％的 B，不超過0.04重量％的Sn和不超過0.003重量％的0&。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的扁鋼制品，其特征在于，所述核心層占所述扁鋼制品的厚度的 40%至 95%。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的扁鋼制品，其特征在于，所述核心層占所述扁鋼制品的厚度的 60-<70%〇4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的扁鋼制品，其特征在于，所述核心層占所述扁鋼制品的厚度的 70-95% 〇5. 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的扁鋼制品，其特征在于，所述核心層的抗拉 強(qiáng)度至少為1700MPa。6. 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的扁鋼制品，其特征在于，所述覆蓋層的抗拉 強(qiáng)度最高等于在已模壓淬火狀態(tài)下的所述核心層的抗拉強(qiáng)度的三分之一。7. 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的扁鋼制品，其特征在于，在已模壓淬火的狀 態(tài)下，所述覆蓋層的延伸率A80是所述核心層的延伸率A80的至少兩倍。8. 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的扁鋼制品，其特征在于，制成所述核心層的 鋼除了鐵和生產(chǎn)引起的不可避免的雜質(zhì)以外還含有（以重量％計(jì)的）： C:0.3-0.45% ； Si:0.2-0.28% ； Mn:1.15-1.3% ； Al:0.03-0.04% ； Cr:0.14-0.45% ； Ti:0.026-0.034% ； 以及 B:0.002-0.003%。9.根據(jù)上述權(quán)利要求中的任意一項(xiàng)所述的扁鋼制品，其特征在于，制成所述覆蓋層的 鋼除了鐵和生產(chǎn)引起的不可避免的雜質(zhì)以外還含有（以重量％計(jì)的）： 0:0.002-0.075% ； Si:0.01-0.6% ； Mn:0.13-1.8% ； Al:0.03-0.04% ； Cr:0.025-0.35% ； Nb:0.002-0.02% ； 以及 Ti:0.002-0.12%〇
【文檔編號】C22C38/38GK105829095SQ201480069808
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2014年12月19日
【發(fā)明人】延斯-烏爾里克·貝克爾, 托馬斯·格伯, 尤利婭·穆拉, 斯特凡·米斯洛維奇
【申請人】蒂森克虜伯鋼鐵歐洲股份公司