[发明专利]用于制造轻质结构件的高可成形性钢板及制造方法

说明书

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TiB₂的共晶析出物的析出物组成的组织，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％。

本发明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E^x/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，EP 2 703 510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。