经冷轧和退火的钢板、其制造方法以及这样的钢用于制造车辆部件的用途与流程

文档序号:26003918发布日期:2021-07-23 21:21阅读:173来源:国知局
本发明涉及低密度钢板,所述低密度钢板呈现出主要包含奥氏体的显微组织。根据本发明的钢板特别适用于制造车辆(例如陆用机动车辆)的安全部件或结构部件。环境限制迫使汽车制造商不断减少其车辆的co2排放。为此,汽车制造商有几种选择,其中他们的主要选择是减轻车辆的重量或提高其发动机系统的效率。通过这两种方法的组合经常实现进步。本发明涉及第一种选择,即减轻机动车辆的重量。在该非常特定的领域中,存在双路线可选方案:第一路线包括减小钢的厚度同时提高其机械强度水平。遗憾地,该解决方案具有它的局限,原因是:某些汽车部件的刚度过度降低以及出现对乘客而言产生不舒适环境的声学问题,更不用说与机械强度增加相关的延性的不可避免的损失。第二路线包括通过使钢与其他较轻的金属合金化来降低钢的密度。在这些合金中,低密度合金具有引人注目的机械特性和物理特性,同时使得可以显著减轻重量。特别地,us2003/0145911公开了具有良好可成形性和高强度的fe-al-mn-si轻质钢。然而,这样的钢的极限抗拉强度不超过800mpa,这使得无法充分利用其低密度以用于所有种类的几何形状的部件。因此,本发明的目的是提供这样的钢板:其呈现出低于7.2的密度、至少1000mpa的极限抗拉强度、以及至少15%的拉伸伸长率。在一个优选的实施方案中,根据本发明的钢板呈现出等于或低于7.1或者甚至等于或低于7.0的密度、至少1000mpa的极限抗拉强度、至少750mpa的屈服强度、以及至少18%的拉伸伸长率。该目的通过提供根据权利要求1的钢板来实现。钢板还可以包含权利要求2至16的特征。另一目的通过提供根据权利要求17至21的方法来实现。另一方面通过提供根据权利要求22至24的部件或车辆来实现。本发明的其他特征和优点将由本发明的以下详细描述变得明显。不希望受任何理论约束,似乎根据本发明的低密度钢板由于该特定的显微组织而使机械特性得以改善。关于钢的化学组成,碳在形成显微组织和达到目标机械特性方面起着重要作用。其主要作用是稳定奥氏体(其为钢的显微组织的主相)以及提供强化。碳含量低于0.6%将降低奥氏体的比例,这导致合金的延性和强度二者均降低。作为卡帕碳化物(fe,mn)3alcx的主要构成元素,碳促进这样的碳化物的析出。然而,碳含量高于1.3%可能促使这样的碳化物以粗的方式在晶界上析出,这导致合金的延性降低。优选地,碳含量按重量计为0.8%至1.3%,更优选地0.8%至1.0%以获得足够的强度。锰是该体系中的重要合金元素,主要是因为用非常大量的锰和碳合金化使奥氏体稳定至室温,其然后可以耐受大量的铝而不会不稳定化和转变成铁素体或马氏体。为了使合金能够具有优异的延性,锰含量必须等于或高于15%。然而,当锰含量超过35%时,β-mn相的析出将使合金的延性劣化。因此,锰含量应控制在等于或大于15%,但小于或等于35%。在一个优选的实施方案中,锰含量等于或大于15.5%或者甚至大于16%。锰的量更优选为18%至30%,并且甚至为18%至25%。向高锰奥氏体钢中添加铝有效地降低了合金的密度。此外,这显著提高奥氏体的堆垛层错能(sfe),进而导致合金的应变硬化行为改变。铝还是纳米级卡帕碳化物(fe,mn)3alcx的主要元素之一,并因此其添加显著增强这样的碳化物的形成。一方面为了保证奥氏体稳定性和卡帕碳化物的析出,另一方面为了控制铁素体的形成,应调节现有合金的铝浓度。因此,铝含量应控制在等于或大于6%,但小于或等于15%。在一个优选的实施方案中,铝含量为6%至12%,并且优选为6%至10%。硅是用于高锰铝钢的常见合金元素。其对有序铁素体do3的形成具有非常强的影响。此外,硅显示为增强奥氏体中碳的活性并增加碳进入卡帕碳化物中的配分。此外,硅已被描述为可以用于延迟或防止脆β-mn相析出的有效合金元素。然而,高于2.40%的含量,其降低伸长率并在某些组装过程期间趋于形成不期望的氧化物,并因此必须将其保持在低于该限度。优选地,硅的含量低于2.0%并且有利地低于1.0%。硫和磷是使晶界脆化的杂质。其各自的含量必须不超过0.03%和0.1%,以保持足够的热延性。氮含量必须为0.1%或更小,以防止在凝固期间体积缺陷(气泡)的形成和aln的析出。镍对氢渗入钢中具有积极影响,并因此其可以用作氢的扩散阻挡剂(barrier)。镍还可以用作有效的合金元素,因为其促进铁素体中有序化合物(例如b2组分)的形成,引起额外的强化。然而,出于成本等原因,期望将镍添加限制在最大含量为4%或更小,并且优选为0.1%至2.0%。在另一个实施方案中,镍量低于0.1%。铬可以用作用于通过固溶硬化来增加钢的强度的任选元素。其还增强根据本发明的钢的耐高温腐蚀性。然而,由于铬降低堆垛层错能,因此其含量必须不超过4%,并且优选为0.1%至2.0%或0.1%至1.0%。在另一个实施方案中,铬量低于0.1%。同样地,任选地,以不超过4%的含量添加铜是通过富铜析出物的析出使钢硬化的一种手段。然而,大于该含量,铜是热轧板中出现表面缺陷的原因。优选地,铜的量为0.1%至2.0%、或0.1%至1.0%。在另一个实施方案中,铜量低于0.1%。硼具有非常低的固溶度和在晶界处偏析的强倾向,与晶格缺陷强烈地相互作用。因此,硼可以用于限制晶间卡帕碳化物的析出。优选地,硼的量低于0.1%。铌可以同时增加钢的强度和韧性,因为它是有效的晶粒细化剂。此外,钽、锆、铌、钒、钛、钼和钨也是可以任选地用于通过氮化物、碳氮化物或碳化物的析出来实现硬化和强化的元素。然而,当它们的累积量高于2.0%(优选高于1.0%)时,存在过度析出可能导致韧性降低的风险,这是必须避免的。根据本发明的钢板的显微组织包含1%至10%的铁素体、任选的最高至10%的卡帕碳化物,剩余部分由奥氏体形成。奥氏体基体作为本发明的钢的主相存在,并且按体积分数计最少以90%存在于在本发明的钢中,并且优选地按体积分数计为90%至98%。本发明的奥氏体的平均晶粒尺寸优选低于12μm,并且更优选地低于10μm。通过x射线衍射通过测量对应于{311}面的衍射峰的半峰全宽(fwhm)来估计本发明的奥氏体的应变状态。x射线衍射是一种非破坏性分析技术,其提供关于结晶物质的内部晶格的详细信息,包括晶格尺寸、键长、键角和位点排序(site-ordering)的细节。直接相关的是单晶精修,其中由x射线分析产生的数据被解释和精修以获得晶体结构。通常,x射线衍射计是用于识别这样的晶体结构的工具。根据本发明,钢板具有奥氏体基体,奥氏体基体具有面心立方体系。因此,其半峰全宽fwhm被测量的所分析的衍射峰与{311}面相对应,其被认为对奥氏体晶格的应变状态最敏感,因此是位错密度影响的最佳代表。本发明的奥氏体的fwhm为0.700°至1.100°。铁素体以体积分数计以1%至10%,优选2%至10%或更优选3%至9%存在于根据本发明的板的显微组织中。然而,本发明的铁素体具有限于粒状几何形状的形态,不包括条带形式的铁素体,因为它们使钢的延性和可成形性急剧地降低。优选地,铁素体晶粒的平均晶粒尺寸低于5μm,并且更优选低于1μm。这样的铁素体可以呈规则的无序铁素体α的形式,或者也可以是有序的作为具有(fe,mn)al组成的b2组织、或作为具有(fe,mn)3al组成的do3组织,使得通常可以在根据本发明的钢中观察到α组织、b2组织和do3组织。卡帕碳化物(fe,mn)3alcx可以存在于根据本发明的钢板的显微组织中,以体积分数计为最高至10%,优选少于5%,更优选少于4%,并且有利地多于1%。本发明的卡帕碳化物包括晶内卡帕碳化物(即在奥氏体晶粒内的析出物为所谓的晶内卡帕碳化物)和晶间卡帕碳化物(即在奥氏体晶界上的析出物为所谓的晶间卡帕碳化物)二者。纳米级卡帕碳化物的均匀析出和共格析出增加合金的强度。为了保护根据本发明的钢板免受腐蚀,在一个优选的实施方案中,钢板被金属涂层覆盖。金属涂层可以为基于铝的涂层或基于锌的涂层。优选地,基于铝的涂层包含少于15%的si、少于5.0%的fe、任选的0.1%至8.0%的mg和任选的0.1%至30.0%的zn,剩余部分为al。有利地,基于锌的涂层包含0.01%至8.0%的al、任选的0.2%至8.0%的mg,剩余部分为zn。根据本发明的钢板可以通过任何适当的制造方法来制造,并且本领域技术人员可以限定方法。然而,优选使用根据本发明的方法,其包括以下步骤:-提供组成为根据本发明的板坯;-在高于1000℃的温度下再加热这样的板坯,以及以至少800℃的终轧温度对其进行热轧;-在低于600℃的温度下卷取经热轧的钢板;-以30%至80%的压下率对这样的经热轧的钢板进行第一冷轧;-通过将这样的经冷轧的板加热至700℃至1000℃的退火温度、将其在这样的温度下保持小于5分钟的时间以及以至少30℃/秒的速率将其冷却来对其进行第一退火;-以10%至50%的压下率对这样的经退火的钢板进行第二冷轧;-通过将这样的经冷轧的板加热至700℃至880℃的退火温度、将其在这样的温度下保持1分钟至150小时的时间以及以至少30℃/秒的速率将其冷却来对其进行第二退火。根据本发明的钢板优选通过这样的方法来制造:其中铸造由具有上述组成的根据本发明的钢制成的半成品(例如板坯、薄板坯或带材),将铸造输入坯料加热至高于1000℃(优选高于1050℃且更优选高于1100℃或1150℃)的温度,或者在铸造之后在不进行中间冷却的情况下在这样的温度下直接使用。热轧步骤在高于800℃的温度下进行。为了避免由于形成条带状的铁素体而缺乏延性而产生的任何开裂问题,终轧温度优选高于或等于850℃。在热轧之后,必须在低于600℃且优选高于350℃的温度下卷取带材。在一个优选实施方案中,卷取在350℃至450℃之间进行以避免过多的卡帕碳化物析出。对通过上述方法获得的热轧产品在以通常方式进行酸洗操作之后进行冷轧,并且酸洗优选通过喷砂进行。以30%至80%,优选40%至70%的压下率进行第一冷轧步骤。在该轧制步骤之后,通过以下进行第一退火:将板加热至700℃至1000℃的退火温度,将其在这样的温度下保持小于5分钟的时间,以及以至少30℃/秒、更优选至少50℃/秒、并且甚至更优选至少70℃/秒的速率将其冷却。优选地,连续进行该退火。通过控制退火温度和时间,可以获得具有上述特性的完全奥氏体组织或两相组织。在该第一退火步骤之后,通过压下率为10%至50%、优选15%至40%、的第二冷轧步骤进行材料的预应变。通过进行该第二冷轧步骤,钢板可以通过应变硬化而具有增加的强度。在该第二轧制步骤之后,通过以下进行第二退火:将板加热至700℃至880℃的退火温度,将其在这样的温度下保持1分钟至150小时的时间,以及以至少30℃/秒、更优选至少50℃/秒、并且甚至更优选至少70℃/秒的速率将其冷却。优选地,连续进行该退火。在该第二退火期间,奥氏体基体被恢复并可能再结晶,使得位错密度降低。通过经由对与{311}面对应的衍射峰进行x射线衍射而测量的半峰全宽给出了这些演化的间接测量。同时,发生硬质相(例如卡帕碳化物和铁素体)的析出。此外,铁素体可能经历有序反应以促进do3和b2。这些显微组分的组合为钢提供了超高强度和延性之间的折衷。在这两个退火步骤之后,可以使钢板任选地经受金属涂覆操作以改善其防腐蚀性。所用的涂覆方法可以是适用于本发明的钢的任何方法。可以引用电解或物理气相沉积,特别强调射流气相沉积(jetvapordeposition)。例如,金属涂层可以例如基于锌或基于铝。实施例将组成汇总在表1中的两个钢种铸造成板坯,并按照汇总在表2中的工艺参数进行处理。表1-组成钢样品cmnalpsnsi10.9219.28.650.0090.0030.0060.0520.9619.95.720.0070.0050.0070.05然后对所得样品进行分析并且将相应的显微组织元素和机械特性分别汇总在表3和4中。表3本发明的奥氏体的半峰全宽fwhm通过对与{311}面对应的衍射峰进行x射线衍射来测量。其对应于衍射峰在其最大强度的一半处的增宽。表4-特性实施例表明,根据本发明的钢板是由于其特定组成和显微组织而显示出所有目标特性的唯一钢板。当前第1页12
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