專利名稱：制造具有良好成形性能的扁鋼制品的方法、扁鋼制品以及制造由該扁鋼制品構(gòu)成的構(gòu)件 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造具有良好成形性能的扁鋼制品的方法，該扁鋼制品的碳含量為O. 1-0. 4重量％，其中，使扁鋼制品在貫通爐中進行退火處理。本發(fā)明還涉及ー種相應(yīng)制成的扁鋼制品，以及ー種用于制造由這種扁鋼制品構(gòu)成的構(gòu)件的方法。
背景技術(shù)：
這里提到的扁鋼制品主要特別用于制造汽車的車身和底盤構(gòu)件。因此，對于扁鋼制品的成形性能具有較高的要求。成形性能指的是冷成形和熱成形能力。特別的難點在于，鍍鋅的扁鋼制品熱成形成為高強度或最高強度鋼構(gòu)件。對于這樣的鋼構(gòu)件，一般情況下基于鋅或鋅合金的保護層能夠確保實現(xiàn)充分的陰極防腐保護。然而，如果，為了進行熱成形、以及還可能緊接著熱成形之后或與熱成形相結(jié)合地進行淬火處理，對具有金屬防腐保護層的鋼板加熱到這樣的溫度，使該溫度在保護層的金屬的熔點溫度之上；那么，將會出現(xiàn)所謂的“液體金屬脆化”的危險。導(dǎo)致鋼的脆化的原因是，熔融的鍍層金屬侵入到在成形過程中形成在各個扁鋼制品的表面上的開槽中。到達鋼基質(zhì)中的液體金屬在此沉淀在晶界上，并由此降低可吸收的最大拉應(yīng)カ和壓應(yīng)力。經(jīng)證實，液體金屬脆化的危險特別不利于高強度或最高強度鋼，這樣的鋼僅具有有限的延展性，并且因此在成形過程中容易形成接近表面的裂縫。由文獻JP 60-159120 A大體上了解到，鋼板的彎曲性能通過脫碳處理得到改善，通過脫碳處理生成ー層接近表面的、20-100 μ m厚的邊緣層，該邊緣層相對于鋼板的核心區(qū)域具有減少的碳含量。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，如果該方法與鍍有金屬保護層的鋼板相結(jié)合，那么這樣的鋼板指的是碳含量至少為O. I重量％的高強度或最高強度鋼。含碳的合金鋼的脫碳程度取決于溶解的碳的氧化性能。由于碳的較大的活躍性，使在晶格中溶解的碳在熱處理過程中容易隙透。因此，根據(jù)氣相(在該條件下開始熱處理)的碳能力、同時生成或不生成氧化皮的脫碳處理在鋼的制造和加工過程中是最大的問題。原理上，根據(jù)Boudouard平衡反應(yīng)的脫碳過程通過以下反應(yīng)過程來實現(xiàn)[C]+l/202ぐ〉CO[C]+O2 ぐ〉CO2[C] +C02<->2C0[C]+H2 ぐ〉CH4另[C]=溶解的碳在具有典型的保護氣氣氛(含有氫氣、氮氣和水蒸氣)的大型退火設(shè)備中，產(chǎn)生以下平衡反應(yīng)H2+l/202 ぐ〉H2O在此，經(jīng)證實，相對于碳，含水的氣氛特別具有反應(yīng)性能。因此，除了所希望的脫碳反應(yīng)以外，還附加有另外的對于實際情況特別重要的多相平衡反應(yīng)[C] +H20<->C0+H2根據(jù)使用目的，可以通過脫碳處理改善鋼制品的特定的性能。為了在實際應(yīng)用中能夠有效地利用該認識，文獻GB 1189464公開了“松卷(Open-CoiI)”法。在該方法中，使軋硬的冷軋帶這樣松弛地卷成卷，以在卷的各個卷層之間分別形成空隙。在接下來的退火處理中、于箱式爐內(nèi)、流經(jīng)空隙的退火氣體由此均勻地掠過整個鋼表面，從而在經(jīng)處理的鋼帶的整個長度上實現(xiàn)了均勻的脫碳效果。然而這樣實現(xiàn)的退火處理需要持續(xù)好幾個小吋。在DE-OS 2105218中公開了ー種在貫通爐內(nèi)、于還原的退火氣氛中對鋼帶進行脫碳退火的、可經(jīng)濟實現(xiàn)的方法。根據(jù)該公知的方法，使各自的鋼帶在退火溫度低于780V的條件下經(jīng)歷充分長久的退火時間，直至從貫通爐中輸出的鋼帶的碳含量低于O. 01%為止。然后可以使鋼帶進行熱浸鍍層，以改善鋼帶的防腐性能。以這種方式獲得的鋼板具有特別好的成形性能。然而在強度值方面不能滿足目前通常對于扁鋼制品的要求，這樣的扁鋼制品用于成形加工成汽車車身的構(gòu)件。同樣，在WO 2009/024472A1中也公開了“松卷”法，該方法用于由工具鋼構(gòu)成的鋼帯，該鋼帶特別用于制造切割工具和類似構(gòu)件，并且鋼帶的碳含量至少為O. 4重量％，該文獻還提供了一種邊緣層脫碳方法，以使高硬度與良好的成形性能相結(jié)合。在脫碳的邊緣層的區(qū)域中，相應(yīng)的經(jīng)處理的鋼帶相比于基礎(chǔ)材料具有改善的成形性能，由此避免了在具有較大外部載荷的情況下發(fā)生脆裂的危險。與在WO 2009/024472 Al中的應(yīng)用相對，通常技術(shù)人員考慮，對于用于制造高強度構(gòu)件的高強度或最高強度鋼來說，要盡可能地避免由于退火導(dǎo)致的脫碳或邊緣脫碳。根據(jù)通常的理解，脫碳處理會對實際應(yīng)用中所需的機械材料性能造成負面影響。接下來介紹文獻DE 102007061489 Al所公開的ー種方法，其中，在一塊鋼板上生成一層利于成形處理的可延展的邊緣層，即，對加強的合金部件進行可選擇地氧化處理。由此，有針對性地分別抵制脫碳影響。

發(fā)明內(nèi)容
由上文所述現(xiàn)有技術(shù)的背景得出本發(fā)明的目的在于，提供ー種方法，該方法能夠以經(jīng)濟的方式制成具有良好成形性能的、高強度或極高強度的扁鋼制品。此外，還提供ー種特別適于熱成形或冷成形的扁鋼制品以及用于制造由這種扁鋼制品構(gòu)成的構(gòu)件的方法。針對制造方法，根據(jù)本發(fā)明，上述目的這樣來實現(xiàn)，即，制造扁鋼制品的過程通過權(quán)利要求I所提供的加工步驟來完成。針對產(chǎn)品，根據(jù)本發(fā)明，上述目的通過權(quán)利要求9所提供的扁鋼制品來實現(xiàn)。最后，針對制造構(gòu)件的方法，根據(jù)本發(fā)明，上述目的通過權(quán)利要求13和15所提供的方法來實現(xiàn)。本發(fā)明的具有優(yōu)勢的設(shè)計方案在各個獨立權(quán)利要求的從屬權(quán)利要求中給出，并在以下進行說明。在本發(fā)明的用于制造具有良好成形性能的扁鋼制品的方法中，該扁鋼制品的碳含量為O. 1-0. 4重量％、特別少于O. 4重量％，該方法基于這樣的考慮，即，使相關(guān)的扁鋼制品、在貫通爐中進行退火處理，該退火處理涉及到邊緣層脫碳處理。對此，根據(jù)本發(fā)明，退火處理在這樣的退火氣氛中進行，即，含有O. 1-25體積％的Η2、Η20和其余的N2以及由技術(shù)條件決定的不可避免的雜質(zhì)。在此，退火氣氛的露點在-20°C和+60°C范圍內(nèi)。同時，退火氣氛中Η20/Η2的比值最高為O. 957，以達到理想的脫碳效果。此外，根據(jù)本發(fā)明，在退火處理過程中，將扁鋼制品加熱到600-1100°C的保持溫度，在此于本發(fā)明的混合氣氛的條件下保持10-360S的持續(xù)時間。最終，使在本發(fā)明的退火處理之后得到的扁鋼制品具有10-200 μ m厚的、在該扁鋼制品自由表面上相鄰接的可延展的邊緣層，該邊緣層的延展性大于該扁鋼制品的位于內(nèi)部的被該邊緣層覆蓋住的核心層的延展性。 相對于現(xiàn)有技術(shù)，通過本發(fā)明證實了，對于含碳量為O. 1-0. 4重量％、特別為直至O. 38重量％的鋼板，所希望的高強度和良好的成形性能的性能結(jié)合通過這樣的退火處理來實現(xiàn)，該退火處理導(dǎo)致鋼材的邊緣脫碳。這樣的邊緣脫碳使鄰近表面的組織結(jié)構(gòu)區(qū)域具有可延展性，這樣的可延展性能夠防止由于成形導(dǎo)致的材料裂縫。因此，本發(fā)明基于這樣的考慮，S卩，對軋硬的用于冷成形或熱成形的扁鋼制品(也叫做鋼帶或鋼板)這樣進行邊緣脫碳處理，即，使經(jīng)退火處理獲得的扁鋼制品具有可延展的典型為鐵素體的鄰近表面的邊緣區(qū)域，該邊緣區(qū)域在第一晶粒層(Kornlagen)上具有確定的厚度，。該邊緣區(qū)域使扁鋼制品無論對于冷成形還是熱成形都具有改善的成形性能。尤其避免了成形過程中在鋼制品表面上發(fā)生裂縫或形成缺ロ的危險。在此，對于本發(fā)明的方法主要的是，盡管，表面組織結(jié)構(gòu)的邊緣脫碳可以與鋼表面的退火過程(為接下來的防腐保護層的涂覆做準(zhǔn)備)同時發(fā)生，但是，邊緣脫碳處理卻具有與退火過程不相關(guān)的反應(yīng)機制。鄰近表面的組織結(jié)構(gòu)區(qū)域的邊緣脫碳過程根據(jù)下列關(guān)系進行[C] +H20<->C0+H2其中[C]=溶解的碳，對此，表面的氧化/還原反應(yīng)如以下進行X [Me] +yH20<-> [MexOy] +yH2其中[Me]=各個金屬X，y=化學(xué)計量系數(shù)。令人驚奇的是，通過使用本發(fā)明提供的退火條件，即使在非常短的調(diào)節(jié)時間內(nèi)也能夠達到所希望的脫碳深度。因此，本發(fā)明方法的特征特別在于，能夠以特別經(jīng)濟的方式在采用貫通爐的條件下而實現(xiàn)。這樣實現(xiàn)了，本發(fā)明的方法結(jié)合到連續(xù)進行的制造過程中，例如在采用熱鍍層設(shè)備的情況下連續(xù)進行的制造過程需要具有較高的帶傳遞速度，在該熱鍍層設(shè)備中以連續(xù)的エ序?qū)︿搸нM行熱處理，并通過熱浸鍍層鍍上防腐保護層。相應(yīng)地，根據(jù)本發(fā)明的一個特別有利的設(shè)計方案，在退火處理之后，使扁鋼制品鍍上金屬保護層。在本發(fā)明方法的該變化方案中，本發(fā)明特別利用了這樣的認識，即，使液體金屬脆化的危險這樣得以避免，即，通過有針對性地調(diào)整扁鋼制品的鄰近表面的區(qū)域，使易發(fā)生液體金屬脆化的溫度范圍發(fā)生推移，以使該溫度范圍不與典型用于熱成形的溫度區(qū)間相重疊。如果本發(fā)明的制造方法位于隨后的熱浸鍍層處理之前，那么，通過經(jīng)由不均勻的退火氣體-金屬反應(yīng)控制鄰近表面的碳的隙透，使根據(jù)本發(fā)明進行的退火處理能夠與表面調(diào)節(jié)同時實現(xiàn)，該表面調(diào)節(jié)條件用于隨后進行的表面調(diào)質(zhì)處理。這里特別具有優(yōu)勢的是，使本發(fā)明的方法用于熱鍍層設(shè)備中，這是因為，在這種情況下，退火處理可以包括邊緣脫碳、表面調(diào)節(jié)和基礎(chǔ)材料的再結(jié)晶過程，接下來，使熱浸鍍層可以在連續(xù)的方法流程中在線式地(in-line)于退火處理之后進行。在優(yōu)選通過熱浸鍍層進行的、對根據(jù)本發(fā)明生成的扁鋼制品的表面調(diào)質(zhì)處理過程中，在鋼基質(zhì)上涂覆公知的鍍層系統(tǒng)，該鍍層系統(tǒng)基于Zn、Al、Zn-Al、Zn-Mg, Zn-Ni、Al-Mg,Al-Si 或 Zn-Al-Mg 材料。對于在線式進行的熱浸調(diào)質(zhì)處理可替換或可補充地，使鋼帶可以事后獲得金屬層、金屬無機層或金屬有機層，其中，鋼帶以本發(fā)明的方式在貫通退火過程中形成有可延展的經(jīng)脫碳的邊緣層；這里通過PVD或CVD沉積法或通過其它金屬有機或金屬無機的鍍層方法、電解地鍍上例如Zn鍍層、ZnNi鍍層或ZnFe鍍層。因此，根據(jù)本發(fā)明的一個對于實際應(yīng)用特別重要的方法變換方案可知，使扁鋼制品在緊接著退火處理而連續(xù)進行的エ藝流程中進行熱浸鍍層。在此，熱浸鍍層能夠以公知的方式通過熱鍍層、特別是熱浸鍍鋅來實現(xiàn)。在此，為了確保實現(xiàn)鍍層在鋼基質(zhì)上的理想粘附，可以在熱鍍層之前對扁鋼制品的表面進行氧化處理。為了進ー步優(yōu)化機械性能，可以緊接著本發(fā)明的退火處理之后以傳統(tǒng)的方式進行過時效處理。與上文所述相對應(yīng)，提供一種扁鋼制品，通過使用本發(fā)明的方法制成，該扁鋼制品的碳含量為O. 1-0. 4重量％并且具有10-200 μ m厚的可延展的邊緣層,該邊緣層相對于扁鋼制品的核心層具有更大的延展性?？裳诱箤拥暮穸纫怨绞礁鶕?jù)DIN EN ISO 3887所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)來確定。因而，總的脫碳深度指的是由表面到這樣的點的距離，在該點上的碳含量等于未受到影響的核心區(qū)域的碳含量。以這種方式，將鄰近表面的區(qū)域上的經(jīng)脫碳的邊緣層區(qū)域的硬度調(diào)整為不高于核心區(qū)域硬度的75%,也就是說，Hv (脫碳)/Hv (核心區(qū)域)=3/4。本發(fā)明的扁鋼制品的可延展的邊緣層至少在扁鋼制品的自由表面附近具有鐵素體結(jié)構(gòu)。這一點也適用于多相基礎(chǔ)材料，其中，在根據(jù)本發(fā)明脫碳的邊緣層區(qū)域中設(shè)有鄰近表面的鐵素體結(jié)構(gòu)，該鐵素體結(jié)構(gòu)與單相的典型的鐵素體鋼相同，其中，本發(fā)明的脫碳處理使鄰近表面的鐵素體可延展。由本發(fā)明生成的扁鋼制品以相同的方式適用于冷成形和熱成形處理，其中，本發(fā)明扁鋼制品的特別優(yōu)勢尤其表現(xiàn)在對具有金屬保護層的鋼板或鋼帶的熱成形處理中，特別指具有鍍鋅層。根據(jù)本發(fā)明用于冷成形處理的鋼典型的抗拉強度為500-1500MPa。而根據(jù) 本發(fā)明用于熱成形處理的鋼在熱成形之后的抗拉強度為900-200MPa。如果本發(fā)明的扁鋼制品通過熱成形處理成形為構(gòu)件，那么根據(jù)本發(fā)明，首先將本發(fā)明的扁鋼制品加熱到高于其Acl-溫度的加熱溫度，然后使扁鋼制品熱成形為所述構(gòu)件。如果，熱成形處理之后例如進行淬火處理，那么還可以使本發(fā)明的扁鋼制品順利地加熱到至少等于該扁鋼制品的Ac3-溫度的加熱溫度。由于扁鋼制品具有金屬鍍層，該金屬鍍層的熔點溫度小于或等于加熱溫度，因此在這樣高的加熱溫度條件下在由本發(fā)明生成的扁鋼制品中還可以自動避免發(fā)生脆化的危險。由本發(fā)明邊緣層脫碳處理實現(xiàn)的邊緣層的可延展性避免了裂縫的產(chǎn)生，并由此確保不會有鍍層的熔融金屬侵入到鋼基質(zhì)的核心區(qū)域中。因此，本發(fā)明的方法特別改善了用于冷成形亦或是熱成形的、表面調(diào)質(zhì)的、高強度/極高強度的扁鋼制品的成形性能，其中，根據(jù)本發(fā)明，鍍有金屬保護層的扁鋼制品特別優(yōu)選適用于熱成形處理。這一點由此實現(xiàn)，即，根據(jù)本發(fā)明，通過在貫通爐中有針對性的退火氣體-金屬反應(yīng)引起邊緣脫碳，通過該邊緣脫碳形成可延展的具有典型鐵素體結(jié)構(gòu)的邊緣層。由此保護強硬的脆的鋼基礎(chǔ)材料在成形過程中不會在表面出現(xiàn)裂縫。


接下來，結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳細說明。附圖中圖I為本發(fā)明的經(jīng)邊緣層脫碳的鋼試件的垂直顯微結(jié)構(gòu)圖；圖2為以傳統(tǒng)方式退火的對比試件的垂直顯微結(jié)構(gòu)圖；圖3為圖I和2所示試件的碳含量的⑶OES深度曲線圖；圖4為圖I和2所示試件的三點彎曲試驗結(jié)果示意圖。
具體實施例方式為了對通過本發(fā)明方法實現(xiàn)的效果進行檢驗，使用分別由多相鋼“MP”以及由通常用于熱成形的鋼“WU”制成的軋硬的冷軋帶試件。鋼MP和WU的成分在表I中給出。
權(quán)利要求
1.一種用于制造具有良好成形性能的扁鋼制品的方法，該扁鋼制品的碳含量為0. 1-0. 4重量％，其中，使扁鋼制品在貫通爐中進行退火處理，其特征在于， 退火處理在這樣的退火氣氛中進行，即，含有0. 1-25體積％的H2、H2O和其余的N2以及由技術(shù)條件決定的不可避免的雜質(zhì)，并且，所述退火氣氛具有在_20°C和+60°C之間的露點，其中，退火氣氛中H20/H2的比值最高為0. 957 ;以及 在退火處理的過程中，將扁鋼制品加熱到600-1100°C的保持溫度，在此保持10-360S的持續(xù)時間； 由此使退火處理之后得到的扁鋼制品具有10-200 u m厚的、與該扁鋼制品自由表面相鄰接的可延展的邊緣層，該邊緣層的延展性大于該扁鋼制品的位于內(nèi)部的被該邊緣層覆蓋住的核心層的延展性。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，在退火處理之后，使扁鋼制品鍍上金屬保護層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，使扁鋼制品在緊接著退火處理而連續(xù)進行的工藝流程中進行熱浸鍍層。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，使扁鋼制品在退火處理之后進行熱鍍層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在熱鍍層之前，對扁鋼制品的表面進行氧化。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，使扁鋼制品鍍上金屬-有機層。
7.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，使扁鋼制品鍍上金屬無機層。
8.根據(jù)前述任意一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，使扁鋼制品的碳含量低于0. 38重量％。
9.一種扁鋼制品，通過前述任意一項權(quán)利要求所述的方法制成，所述扁鋼制品的碳含量為0. 1-0. 4重量％并且具有10-200 iim厚的可延展的邊緣層,該邊緣層相對于鋼板的核心層具有更大的延展性。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的扁鋼制品，其特征在于，所述可延展的邊緣層至少在扁鋼制品的自由表面附近具有鐵素體結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的扁鋼制品，其特征在于，所述扁鋼制品的碳含量最高為0.38重量％。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的扁鋼制品，其特征在于，脫碳的邊緣層(R)的硬度最大為扁鋼制品的核心區(qū)域(K)的硬度的75%。
13.一種用于制造由權(quán)利要求9至12中任意一項的扁鋼制品構(gòu)成的構(gòu)件的方法，其特征在于，使扁鋼制品進行熱成形處理，其中，首先將扁鋼制品加熱到高于其Acl-溫度的加熱溫度，然后使扁鋼制品熱成形為所述構(gòu)件。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述加熱溫度至少等于所述扁鋼制品的Ac3-溫度。
15.一種用于制造由權(quán)利要求9至12中任意一項的扁鋼制品構(gòu)成的構(gòu)件的方法，其特征在于，使扁鋼制品冷成形為所述構(gòu)件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種方法，利用該方法能夠以經(jīng)濟的方式制造具有良好成形性能的扁鋼制品，該扁鋼制品的碳含量為0.1-0.4重量%。對此，根據(jù)本發(fā)明，在這樣的退火氣氛中進行退火處理，即，含有0.1-25體積%的H2、H2O和其余的N2以及由技術(shù)條件決定的不可避免的雜質(zhì)，并且，該退火氣氛具有在-20℃和+60℃之間的露點，其中，退火氣氛中H2O/H2的比值最高為0.957。這里，在退火處理的過程中，將扁鋼制品加熱到600-1100℃的保持溫度，在此保持10-360s的持續(xù)時間；由此使退火處理之后得到的扁鋼制品具有10-200μm厚的、與該扁鋼制品自由表面上相鄰接的可延展的邊緣層(R)，該邊緣層的延展性大于該扁鋼制品的位于內(nèi)部的被該邊緣層覆蓋住的核心層(K)的延展性。本發(fā)明還涉及一種相應(yīng)得到的特別適用于熱成形或冷成形處理的扁鋼制品以及用于制造由這種扁鋼制品構(gòu)成的構(gòu)件的方法。
文檔編號C22C38/02GK102652177SQ201080055825
公開日2012年8月29日 申請日期2010年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日
發(fā)明者威廉·沃內(nèi)基, 延斯·孔德拉蒂烏克, 曼弗雷德·莫伊雷爾, 蒂埃莫·武特克, 馬丁·諾登, 馬克·布盧梅瑙 申請人:蒂森克虜伯鋼鐵歐洲股份公司