用于制造轻质结构件的高可成形性钢板及制造方法技术

一种钢板，其具有包含以下的组成，以重量计：0.010％≤C≤0.080％，0.06％≤Mn≤3％，Si≤1.5％，0.005％≤Al≤1.5％，S≤0.030％，P≤0.040％，Ti和B使得：3.2％≤Ti≤7.5％且(0.45×Ti)‑1.35≤B≤(0.45×Ti)‑0.43，任选地Ni≤1％，Mo≤1％，Cr≤3％，Nb≤0.1％，V≤0.1％，余量为铁和由熔炼产生的不可避免的杂质。所述钢板具有由铁素体、至多0％的奥氏体、和包含TiB

High formability steel plate and manufacturing method for manufacturing light structural parts

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造轻质结构件的高可成形性钢板及制造方法本专利技术涉及兼备高拉伸弹性模量E、低密度d和高可加工性、尤其是高可铸造性和高可成形性和延性的钢板或结构件的制造。已知结构元件的刚度方面的机械性能随Ex/d而变化，系数x取决于外部载荷的模式(例如，在拉伸下或在弯曲下)以及元件的几何形状(板、杆)。因此，表现出高弹性模量和低密度二者的钢具有高的机械性能。此要求最特别适用于汽车行业，其中车辆轻量化和安全性受到持续关注。为了生产具有提高的弹性模量和降低的密度的钢部件，提出在钢中并入各种类型的陶瓷颗粒，例如碳化物、氮化物、氧化物或硼化物。这样的材料确实具有比它们所并入的基础钢的弹性模量(其为约210GPa)更高的弹性模量(在约250GPa至550GPa的范围内)。通过在应力的影响下钢基体与陶瓷颗粒之间的载荷传递来实现硬化。这种硬化由于由陶瓷颗粒引起的基体晶粒尺寸细化而进一步提高。为了制造包含均匀分布在钢基体中的陶瓷颗粒的这些材料，已知如下基于粉末冶金的方法：首先，生产具有受控几何形状的陶瓷粉末，将这些与钢粉末共混，从而对应于钢的外在添加的陶瓷颗粒。将粉末共混物在模具中压紧(compacted)，然后加热至使得该共混物经历烧结的温度。在该方法的变体中，将金属粉末共混以在烧结阶段期间产生陶瓷颗粒。然而，这种方法遭受到一些限制。特别地，考虑到金属粉末的高比表面积，为了不引起与大气的反应需要精细的熔炼和加工条件。此外，即使在压紧和烧结操作之后，仍可能剩余残留的孔隙，这些孔隙在应力循环期间充当损坏引发位点。此外，考虑到在进行烧结之前粉末的表面污染(存在氧化物和碳)，基体/颗粒界面的化学组成并因此其内聚力难以控制。另外，当大量添加陶瓷颗粒时，或者当存在一定的大颗粒时，延伸率特性降低。最后，这种方法适合于小量生产，但不能满足汽车行业中的批量生产的需要，并且与这种制造方法相关的制造成本较高。还提出了基于将陶瓷粉末外在添加到液体金属中的制造方法。然而，这些方法遭受大多数上述缺点。更特别地，可以提及使颗粒均匀分散的困难，这样的颗粒具有在液体金属中团聚或沉降或者漂浮在液体金属上的趋势。在已知的可用于提高钢的特性的陶瓷中，特别是二硼化钛TiB2，其具有以下固有特性：弹性模量：583GPa；相对密度：4.52。为了生产具有提高的弹性模量和降低的密度的钢板或部件，同时避免上述问题，提出了生产具有含有以下的组成的钢板：C、Ti和B的含量使得在铸造时形成TiB2、Fe2B和/或TiC析出物。例如，EP2703510公开了用于制造钢板的方法，所述钢板具有包含0.21％至1.5％的C、4％至12％的Ti和1.5％至3％的B的组成，其中2.22*B≤Ti，该钢包含平均尺寸小于10μm的TiC和TiB2析出物。通过将钢铸造成半成品形式例如锭，然后再加热，热轧和任选地冷轧以获得钢板来生产钢板。利用这样的工艺，可以获得230GPa至255GPa的拉伸弹性模量。然而，该解决方案也遭受到这样的一些限制：由组成和制造方法二者引起，并导致在制造过程期间和在对钢板进行的用于生产部件的后续成形步骤期间的可铸造性问题以及可成形性问题。-首先，这样的钢具有低的液相线温度(约1300℃)，因此在相对低的温度下开始凝固。此外，TiB2、TiC和/或Fe2B在铸造过程的早期阶段在开始凝固时析出。不仅在铸造过程期间而且在进一步切头剪切(cropshearing)和轧制操作期间，这些析出物的存在和低温导致钢的硬化并导致流变问题。特别地，析出物提高了与模具接触的凝固壳的热硬度，引起表面缺陷并增加拉漏的风险。结果，在制造过程期间出现表面缺陷、冒顶(bleeding)和裂纹。此外，由于高的硬度，经热轧或经冷轧的钢板可实现的尺寸的范围受到限制。作为一个实例，厚度小于3.5mm的1米宽的钢板由于轧制功率的限制而无法在一些带材热轧机中生产。第二，尽管析出物的平均尺寸相对小，但是析出物的尺寸分布较宽。钢由此包含显著分数的粗析出物，这在钢板的制造过程期间以及在用于制造部件的后续成形操作期间不利地影响钢的可成形性，尤其是延性和韧性。此外，EP1897963公开了一种用于制造钢板的方法，所述钢板具有包含0.010％至0.20％的C、2.5％至7.2％的Ti和0.45×Ti–0.35％≤B≤0.45×Ti+0.70％的组成，该钢包含TiB2析出物。然而，该文献没有解决上述可加工性的问题。因此，本专利技术旨在解决上述问题，特别旨在提供具有提高的比拉伸弹性模量和高可成形性、尤其是高延性和高韧性的钢板。本专利技术还旨在提供这样的钢板的制造方法，其中不会遇到上述问题。在此，拉伸弹性模量表示通过动态杨氏模量测量(例如通过共振频率法)而测量的横向方向上的杨氏模量。在此，比拉伸弹性模量是指钢的拉伸弹性模量与密度之比。密度例如使用氦比重计来确定。为此，本专利技术涉及一种钢板，其由具有包含以下的组成的钢制成，以重量百分比计：0.010％≤C≤0.080％0.06％≤Mn≤3％Si≤1.5％0.005％≤Al≤1.5％S≤0.030％P≤0.040％，Ti和B使得：3.2％≤Ti≤7.5％(0.45×Ti)-1.35≤B≤(0.45×Ti)-0.43任选地选自以下中的一种或更多种元素：Ni≤1％Mo≤1％Cr≤3％Nb≤0.1％V≤0.1％余量为铁和由熔炼产生的不可避免的杂质，所述钢板具有由铁素体、至多10％的奥氏体和析出物组成的组织，所述析出物包含TiB2的共晶析出物，TiB2析出物相对于整个组织的体积分数为至少9％，表面积小于8μm2的TiB2析出物的比例为至少96％。实际上，本专利技术人已发现，在该组成的情况下，钢的游离Ti含量为至少0.95％，并且由于该游离Ti含量，钢的组织在低于液相线温度的任何温度下主要保持为铁素体。结果，与现有技术的钢相比，该钢的热硬度显著降低，使得可铸造性和热成形性大大提高。另外，本专利技术人已发现，控制TiB2析出物的尺寸分布导致在高温和低温下的高可成形性，尤其是高延性和韧性，使得钢的可热轧性和可冷轧性改善，并且可以生产具有复杂形状的部件。优选地，表面积小于3μm2的TiB2析出物的比例为至少80％。优选地，表面积小于25μm2的TiB2析出物的比例为100％。优选地，在钢板的芯区域中，表面积小于8μm2的TiB2析出物的比例为至少96％，表面积小于3μm2的TiB2析出物的比例优选为至少80％以及表面积小于25μm2的TiB2析出物的比例优选为100％。优选地，钢板不包含TiC析出物，或者以低于0.5％的体积分数(相对于整个组织)包含TiC析出物。通常，钢板不包含Fe2B析出物。根据一个实施方案，钛、硼和锰的含量使得：(0.45×Ti)-1.35≤B≤(0.45×Ti)–(0.261*Mn)-0.414。根据一个实施方案，钛和硼的含量使得：(0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢板，由具有包含以下的组成的钢制成，以重量百分比计：/n0.010％≤C≤0.080％/n0.06％≤Mn≤3％/nSi≤1.5％/n0.005％≤Al≤1.5％/nS≤0.030％/nP≤0.040％，/nTi和B使得：/n3.2％≤Ti≤7.5％/n(0.45×Ti)-1.35≤B≤(0.45×Ti)-0.43/n任选地选自以下中的一种或更多种元素：/nNi≤1％/nMo≤1％/nCr≤3％/nNb≤0.1％/nV≤0.1％/n余量为铁和由熔炼产生的不可避免的杂质，/n所述钢板具有由铁素体、至多10％的奥氏体和析出物组成的组织，所述析出物包含TiB

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种钢板，由具有包含以下的组成的钢制成，以重量百分比计：
0.010％≤C≤0.080％
0.06％≤Mn≤3％
Si≤1.5％
0.005％≤Al≤1.5％
S≤0.030％
P≤0.040％，
Ti和B使得：
3.2％≤Ti≤7.5％
(0.45×Ti)-1.35≤B≤(0.45×Ti)-0.43
任选地选自以下中的一种或更多种元素：
Ni≤1％
Mo≤1％
Cr≤3％
Nb≤0.1％
V≤0.1％
余量为铁和由熔炼产生的不可避免的杂质，
所述钢板具有由铁素体、至多10％的奥氏体和析出物组成的组织，所述析出物包含TiB2的共晶析出物，TiB2析出物相对于整个组织的体积分数为至少9％，表面积小于8μm2的TiB2析出物的比例为至少96％。


2.根据权利要求1所述的钢板，其中表面积小于3μm2的TiB2析出物的比例为至少80％。


3.根据权利要求1或2中任一项所述的钢板，其中表面积小于25μm2的TiB2析出物的比例为100％。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的钢板，其中在所述钢板的芯区域中，表面积小于8μm2的TiB2析出物的比例为至少96％，表面积小于3μm2的TiB2析出物的比例优选为至少80％，以及表面积小于25μm2的TiB2析出物的比例优选为100％。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的钢板，其中所述钢板不包含TiC析出物，或者以低于0.5％的体积分数包含TiC析出物。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的钢板，其中所述钢板不包含Fe2B析出物。


7.根据权利要求1至6中任一项所述的钢板，其中钛、硼和锰的含量使得：
(0.45×Ti)-1.35≤B≤(0.45×Ti)–(0.261*Mn)-0.414。


8.根据权利要求1至7中任一项所述的钢板，其中钛和硼的含量使得：
(0.45×Ti)-1.35≤B≤(0.45×Ti)-0.50。


9.根据权利要求1至8中任一项所述的钢板，其中所述组成使得C≤0.050％。


10.根据权利要求1至9中任一项所述的钢板，其中所述钢板在-40℃下的夏比能量Kcv为至少25J/cm2。


11.根据权利要求1至10中任一项所述的钢板，其中所述钢板的游离Ti含量为至少0.95％。


12.一种用于制造钢板的方法，所述方法包括以下依次的步骤：
-提供具有包含以下的组成的钢，以重量百分比计：
0.010％≤C≤0.080％
0.06％≤Mn≤3％
Si≤1.5％
0.005％≤Al≤1.5％
S≤0.030％
P≤0.040％，
Ti和B使得：
3.2％≤Ti≤7.5％
(0.45×Ti)-1.35≤B≤(0.45×Ti)-0.43
任选地选自以下中的一种或更多种元素：
Ni≤1％
Mo≤1％
Cr≤3％
Nb≤0.1％
V≤0.1％
余量为铁和不可避免的杂质，
-将所述钢...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德里克·博内特，曼纽尔·博瓦迪利亚，贝特朗·贝莱，瓦莱丽·代斯勒，
申请(专利权)人：安赛乐米塔尔公司，
类型：发明
国别省市：卢森堡;LU