采用高强度高成形钢的点焊接头及其生产方法
【专利说明】采用高强度高成形钢的点焊接头及其生产方法
[0001] 本发明涉及至少两个钢板的点焊接头，其中所述钢板中的至少一个表现出大于或 等于600MPa的屈服强度，大于或等于1000 MPa的极限拉伸强度，大于或等于15%的均匀延 伸率。
[0002] 特别地，在汽车工业中，持续需要通过使用轻型钢或表现出高拉伸强度的钢并通 过接合上述轻型钢或表现出高拉伸强度的钢以弥补较低厚度从而使车辆减重并增加安全 性。因此，已提出了如下文提到的提供不同强度水平的几类钢。
[0003] 首先，提出了具有微合金元素的钢，其硬化是同时通过析出和通过粒度细化得到 的。在开发了这种钢之后开发了具有较高强度的那些钢，称为先进高强度钢（Advanced High Strength Steel)，其保持良好的强度水平和良好的冷成形性。
[0004] 为了得到甚至更高的拉伸强度水平，开发了表现出TRIP(相变诱发塑性）行为以 及高度有利的特性组合（拉伸强度/可变形性）的钢。这些特性与这种钢的结构有关，其 由包含贝氏体和残余奥氏体的铁素体基体组成。残余奥氏体通过添加硅或铝而稳定，这些 元素减缓了奥氏体中和贝氏体中碳化物的析出。残余奥氏体的存在改善了后续变形作用下 的延展行为，例如，当经历单轴应力时，由TRIP钢制成的零件的残余奥氏体逐渐转变为马 氏体，导致了显著硬化并延迟了颈缩出现。
[0005] 为了达到甚至更高的拉伸强度，即，大于800MPa至1000 MPa的水平，已开发了具有 主要贝氏体结构的多相钢。通常，在汽车工业中或在工业中，这种钢被有利地用于结构部 件，例如保险杠横梁件、柱、各种增强件和耐磨的磨损件。但是，这些部件的成形性同时需要 足够的延伸率（大于10% )和不太高的屈服强度/拉伸强度比，以便具有足够的塑性储备。
[0006] 所有的这些钢板表现出抗性与延展性相对良好的平衡，但是当使用例如常规点焊 技术来组装这些钢板时出现了新的挑战。因此，需要在可使用现有焊接技术进行焊接时表 现出高强度和高成形性的新概念。
[0007] 为了减小白车身重量，欧洲申请EP1987904旨在提供钢制品与铝材的接合产品以 及用于所述接合产品的点焊方法，确保可以进行具有高结合强度的点焊。在一个实施方 案中，通过点焊将板厚度1：丨为0· 3mm至3. Omm的钢制品与板厚度12为0· 5mm至4. Omm的 铝材接合在一起形成钢制品与铝制品的接合产品。在这种接合产品中，接合部分的熔核 面积为20Xt2 a5mm2至IOOXt 2a5mm2,界面反应层厚度为0. 5μηι至3μηι的部分的面积为 IOXt2a5Him2或更大，并且界面之差（接合部分中心处的反应层厚度与距离接合部分中心四 分之一接头直径D。的点处的界面反应层厚度之差）为5μπι或更小。根据这种结构，提供了 具有优良结合强度的异种材料接合产品，其可以以低成本通过现有点焊设备而不使用其他 材料如覆层材料形成。这在不增加单独步骤和用于异种材料接合产品的点焊方法的情况下 而完成。该方法意味着将钢板焊接至铝板，接合材料阻力将在铝侧而不是钢侧具有软区域。
[0008] 美国申请US2012141829提出了点焊接头，其包含拉伸强度为750MPa至1850MPa 并且碳当量Ceq等于或大于0. 22质量％至0. 55质量％的至少一个薄钢板，并且其中在薄 钢板的界面中形成熔核。在熔核外层区域中，显微组织由其中臂间隔的平均值等于或小于 12 μ m的枝晶组织组成，所述显微组织中包含的碳化物的平均粒径为5nm至100nm，且碳化 物的数量密度等于或大于2X 106/mm2。该申请不针对第三代钢而只是针对常规钢。
[0009] 对于钢中含有非常规量合金元素的钢进行焊接的挑战，已提到的现有技术都没有 面对也没有解决所述挑战，该挑战仍然未解决。
[0010] 本发明涉及至少两个钢板的点焊接头，其中所述钢板中的至少一个为铝合金钢 板，所述铝合金钢板表现出：
[0011] -大于或等于600MPa的屈服强度，
[0012] -大于或等于1000 MPa的拉伸强度，
[0013] -大于或等于15%的均匀延伸率。
[0014] 焊接接头的特征在于：
[0015] -熔区，其包含至少0.5重量％的六1和面积分数低于1%的粗偏析区。所述粗偏 析区限定为至少包含基体金属标称磷含量的大于20 μm2的区域。
[0016] -任选地，熔区显微组织包含密度等于或大于2 X IOVmm2的大于50nm的碳化铁。 [0017]-任选地，在熔区与根据本发明的钢之间的边界处的显微组织在铁素体晶粒中没 有马氏体18R。
[0018] 本发明的另一个目是提供用于与钢形成这种焊接接头的方法，所述钢可以容易地 冷乳至其最终厚度，并适用于普通连续退火线且对工艺参数灵敏度低。
[0019] 作为第一个目标，本发明具有至少两个钢板的点焊接头，其中所述板中的至少一 个是铝合金钢，按重量百分比计，所述铝合金钢包含：
[0020] 0. 05 ^ C ^ 0. 21%
[0021] 4. 0 ^ Mn ^ 7. 0%
[0022] 0. 5 ^ Al ^ 3. 5%
[0023] Si ^ 2. 0%
[0024] Ti ^ 0. 2%
[0025] V ^ 0. 2%
[0026] Nb ^ 0. 2%
[0027] P^0.0 25%
[0028] B^0.00 35%
[0029] S^0.00 4%
[0030] 组成的余量为铁和由熔炼产生的不可避免的杂质，所述钢表现出大于或等于 600MPa的屈服强度、大于或等于1000 MPa的极限拉伸强度、大于或等于15%的均匀延伸率， 所述钢的显微组织包含20%至50%的奥氏体、40%至80%的退火铁素体、低于25%的马氏 体，并且其中所述点焊接头的特征在于熔区显微组织，所述熔区显微组织包含大于0. 5%的 Al并且包含面积分数低于1%的粗偏析区。所述粗偏析区限定为包含量高于钢中磷含量的 磷的大于20 μ m2的区域。
[0031] 在另一个优选实施方案中，所述铝合金钢的化学组成的铝含量为 I. 0彡Al彡3. 0%或甚至I. 0彡Al彡2. 5%。
[0032] 优选地，所述铝合金钢的化学组成的硅含量为Si彡1. 5%或甚至Si彡1. 0%。
[0033] 在一个优选实施方案中，所述铝合金钢的显微组织包含50%至70%的退火铁素 体。
[0034] 在一个优选实施方案中，所述铝合金钢表现出低于20%的马氏体。
[0035] 优选地，在点焊接头熔区中大于50nm的碳化铁的密度等于或大于2X 106/mm2。
[0036] 优选地，熔区与根据本发明的钢之间的边界处的显微组织在铁素体晶粒中没有斜 方晶系针状相的马氏体18R。
[0037] 作为一个目标，本发明还具有包含根据本发明的点焊接头的两个钢板的组合件。
[0038] 作为第二个目标，本发明涉及产生至少两个钢板点焊接头的方法，其中所述板中 的至少一个是铝合金钢板，所述点焊接头通过以下步骤产生：
[0039] -浇铸具有根据本发明的组成的铝合金钢以获得板坯，
[0040] -在1150°c至1300°C的温度T再加热下再加热所述板坯，
[0041] -在800°C至1250°C的温度下对再加热的板坯进行热乳以获得热乳钢，最后的热 乳道次在大于或等于800°C的温度T lp下进行，
[0042] -以rc /s至150°C /s将热乳钢冷却直至低于或等于650°C的卷取温度Tsftis，
[0043] -然后，在Tsftis下卷取已冷却的热乳钢，
[0044] -任选地，使热乳钢在400°C至600°C下分批退火1小时至24小时，或者在650°C 至750°C下连续退火20s至80s，
[0045] -作为一个目标，本发明还具有直接使用浇铸机获得钢的方法，在所述浇铸机中浇 铸后立即对产品进行乳制，该方法称为"薄板坯浇铸"，
[0046] 然后：
[0047] -去除热乳钢板的氧化皮，
[0048] -以30%至70%的冷乳率对钢板进行冷乳以获得冷乳钢板，
[0049] -以至少等于1°C /s的加热速度Haiil5将钢板加热至退火温度Tig^c，
[0050] -在30秒至700秒期间在T最小至T駄的温度Tig火下使钢退火，T最小和T駄由以下 限定：
[0051] T最小=721-36*C-20*Mn+37*Al+2*Si (以。C计）
[0052] Ig大=690+145*06. 7*Mn+46*Al+9*Si (以。C计），
[0053] -以优选5°C /s至70°C /s的冷却速率使钢板冷却，
[0054] -将冷乳钢