CN114126800B - 一种用于制造钢板产品的方法 - Google Patents

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Abstract

一种钢板产品(1)及用于制造所述钢板产品的方法，所述方法包括：提供沿纵向(A)延伸的至少两个钢板(2，3)；通过从钢板的纵向边缘去除任何表面氧化物层来清洁钢板的纵向边缘；使用对接焊而不使用填充材料以形成焊缝(4)来将钢板沿着清洁的纵向边缘连接，其中在焊接过程中在焊缝的顶侧(6)和根侧(7)上施加惰性气体保护(5)，从而获得焊接的钢板产品；从焊缝中去除多余的材料；通过热处理和随后的淬火来硬化焊接的钢板产品。

Description

一种用于制造钢板产品的方法
技术领域
本发明涉及用于制造钢板产品的方法以及涉及钢板产品。
背景技术
高强度钢板通常用于例如重型车辆的自卸车车身和集装箱的制造。高强度可以通过减少部件的厚度来减轻部件的总重量，因此从能源效率的角度来看是有益的。除了高强度外，用于此类产品的钢板产品还需要具有良好的成型性和高表面质量。此外，对于许多产品，例如用于卡车的平板车身和集装箱，有利的是提供结合大宽度和小厚度的钢板产品。对于某些应用，可能需要超过2500mm的宽度，且有时还需要结合小于5mm的厚度。
然而，这种宽而薄的产品的制造具有挑战性。目前，用于汽车工业以及卡车的平板车身和集装箱的宽钢板通常使用斯特克尔式轧机(Steckel rolling mill)或厚板轧机(heavy plate rolling mill)制造，其中钢板在成对的轧辊之间来回进给。在这种轧机中制造薄板的工艺相对昂贵，这是因为生产率随着板厚度的减小显著降低。此外，由于轧制过程缓慢，所制造的钢板产品的表面质量以及厚度公差通常较差。因此，一直在努力改进制造方法以及所制造的钢板产品的质量。
发明内容
本发明的主要目的是，提供至少在某些方面改进的用于制造钢板产品的方法。特别是，目的在于提供一种容易制造宽钢板产品的方法，所述方法在普通轧钢机中是难以制造的。另一个目的是提供一种宽钢板产品，所述宽钢板产品可以作为使用厚板轧机生产的产品的替代品。又一目的是提供具有改进的表面质量和厚度均匀性的这种宽钢板产品。
根据本发明的第一方面，至少主要目的通过权利要求1中限定的制造钢板产品的方法实现。所述方法包括：
-提供沿纵向延伸的至少两个钢板，
-通过从钢板的纵向边缘去除任何表面氧化物层来清洁钢板的纵向边缘，
-使用对接焊而不使用填充材料以形成焊缝来将钢板沿着清洁的纵向边缘连接，其中在焊接过程中在焊缝的顶侧和根侧上施加惰性气体保护，从而获得焊接的钢板产品；
-从焊缝去除多余的材料；
-通过热处理和随后的淬火来硬化焊接的钢板产品。
根据本发明的第二方面，通过使用所提出的方法制造的钢板产品，实现了至少一个上述目的。
所提出的方法能够经济高效地制造具有高表面质量、良好弯曲性和高强度的薄而宽的钢板产品。所提出的钢板产品可以替代使用板轧机(plate rolling mill)生产的薄且宽的钢板产品，并且与此类产品相比，通常具有改进的厚度公差和更好的表面质量以及更低的表面粗糙度。通过连接两个或更多个钢板，可以制造具有高表面质量和良好弯曲性的非常宽的钢板产品。由于焊接在硬化之前进行，因此焊接操作对钢板产品的最终微观结构的影响可以忽略不计。
由于在焊缝的顶侧和根侧上均使用惰性气体保护，而非通常实践的仅仅在顶面使用惰性气体保护，焊缝在焊接过程中得到了很好的保护，免受氧气的影响，并且晶界铁素体在焊缝区域中的形成由此得到抑制。从而焊缝在淬火后可以获得马氏体或基本为马氏体的微观结构，确保高强度和良好的弯曲性。
在待进行焊接的区域中，从纵向边缘去除表面氧化物还确保成品钢板产品获得在焊缝和产品的其他区域之间没有差异的均匀的微观结构。表面氧化物可包括包含Fe3O4的轧制氧化皮和/或包含Fe2O3的锈。此外，为了保持整个焊缝(across the weld)的钢板的化学组成，无填充材料的焊接是必要的。
根据所提出的方法，钢板可使用带材轧制而非厚板轧制(heavy plate rolling)制造。与厚板轧制(也包括斯特克尔式轧机的使用)相比，带材轧制过程要快得多，而且带材在每对轧辊之间只通过一次。从而可以显著提高生产率。同时，由于较高的轧制速度，可以防止轧制过程中氧化皮的形成。与厚板轧机相比，轧辊也更小，从而可以改善厚度公差。
根据本发明的一方面的一个实施方案，钢板为低合金化的高强度钢板。这样的钢板在淬火后获得马氏体微观结构，或者包括以面积百分比计至少80％、优选至少90％的马氏体微观结构。淬火后钢板的拉伸强度Rm可为至少950MPa，优选为至少1100MPa，更优选为至少1350MPa，并且屈服强度Rp0.2可为至少850MPa，优选为至少900MPa，更优选为至少1000MP。低合金化的高强度钢适用于制造在例如重型车辆中使用的产品，这是因为其比碳钢表现出更高的强度-重量比。
根据本发明第一方面的一个实施方案，钢板是无涂层钢板，即没有提供任何表面涂层(例如金属预涂层)的钢板。因而可以避免由于焊接和随后的合金化而产生的焊缝周围的金属间化合物(intermetallic)区域，从而确保牢固的焊缝。如果需要，可以在淬火后将金属涂层施加到钢板产品上。
根据一个实施方案，钢板具有相同或基本相同的化学组成。“基本相同”的化学组成在本文中是指在制造公差内相同的化学组成。焊接后，钢板产品将会因此具有均匀的组成。由于焊接不使用填充材料，因此焊缝与钢板产品的其余部分具有相同或基本相同的化学组成。
根据一个实施方案，钢板具有的化学组成以重量百分比(wt.％)包括：
C： 0.050-0.32，
Si： 0.10-0.70，
Mn： 0.40-1.6，
P： 0-0.025，
S： 0-0.010，
Cr： 0-1.5，
Ni： 0-2.5，
Mo： 0-0.70，
Ti： 0-0.060，
Al： 0-0.15，
V： 0-0.070，
Nb： 0-0.20，
B： 0.00020-0.0050，
余量为铁和杂质。
所得钢板产品具有与钢板相同的化学组成，而且与整个焊缝的化学组成相同，这是因为在焊接过程中没有使用填充材料、在焊接前去除表面氧化物以及对焊缝两侧使用惰性气体保护。
根据一个实施方案，钢板具有的化学组成以重量百分比(wt.％)包括：
C： 0.050-0.26，
Si： 0.10-0.70，
Mn： 0.40-1.6，
P： 0-0.025，
S： 0-0.010，
Cr： 0-1.4，
Ni： 0-1.5，
Mo： 0-0.60，
Ti： 0.0010-0.050，
Al： 0.010-0.15，
B： 0.00020-0.0050，
余量为铁和杂质。
由此，可以获得具有优良结构性能、良好弯曲性和可焊接性的耐磨钢板产品。
在另一个实施方案中，钢板具有的化学组成以重量百分比(wt.％)包括：
C： 0.050-0.21，
Si： 0.10-0.50，
Mn： 0.40-1.2，
P： 0-0.010，
S： 0-0.003，
Cr： 0.2-1.0，
Ni： 1.2-2.5，
Mo： 0.40-0.70，
V： 0.0010-0.070，
Nb： 0.0050-0.050，
Al： 0.020-0.10，
B： 0.00020-0.0050，
余量为铁和杂质。
由此，可以实现高硬度和高韧性的结合。
在另一个实施方案中，钢板具有的化学组成以重量百分比(wt.％)包括：
C： 0.050-0.30，
Si： 0.10-0.70，
Mn： 0.40-1.6，
P： 0-0.020，
S： 0-0.010，
Cr： 0.2-1.5，
Ni： 0.20-1.5，
Mo： 0-0.60，
Al： 0.010-0.10，
Nb： 0.020-0.20
B： 0.00020-0.0050，
余量为铁和杂质。
由此，可以实现高拉伸强度、高硬度和高韧性的组合。
在另一个实施方案中，钢板具有的化学组成以重量百分比(wt.％)包括：
C： 0.050-0.32，
Si： 0.10-0.40，
Mn： 0.40-1.2，
P： 0-0.010，
S： 0-0.003，
Cr： 0.20-1.0，
Ni： 0.50-1.8，
Mo： 0.10-0.70，
V： 0.010-0.070，
Al： 0.020-0.15，
B： 0.00020-0.0050，
余量为铁和杂质。
由此，可以获得非常高的韧性。
根据一个实施方案，对接焊是使用激光焊接工艺进行的。通过使用激光焊接工艺，可以以相对较低的成本实现高生产率。激光焊接的替代方法是等离子焊接、钨极惰性气体保护(tungsten inert gas，TIG)焊接、电子束焊接。然而，从生产率和成本效率的角度来看，激光焊接是优选的。
根据一个实施方案，淬火是水淬火或油淬火。这种类型的淬火提供了快速冷却，从而提高了获得所期望的机械性能的能力，同时也使用相对少量的合金元素。
根据一个实施方案，去除任何表面氧化物层是使用酸洗、研磨和激光烧蚀中的至少一种或任何一种进行的。研磨提供去除表面氧化物的成本有效的方式，但也可以使用酸洗和/或激光烧蚀，优选使用脉冲激光。当表面氧化物层包含氧化皮时，优选使用研磨和/或酸洗来去除氧化皮，然而也可以使用或替代地可以使用具有相对短脉冲持续时间的脉冲激光，例如纳秒时间范围内或皮秒时间范围内或更短的脉冲持续时间。
根据一个实施方案，至少两个钢板具有相同或基本相同(在制造公差内)的1-6mm的厚度。例如，厚度可以是2-5mm，或3-5mm，或2-4mm，或3-4mm。所得钢板产品因此可具有1-6mm的厚度，例如2-5mm，或3-5mm，或2-4mm，或3-4mm。在垂直于纵向方向的横向方向上测量时，至少两个钢板中的每一个钢板可以具有的宽度为至少1000mm，优选至少1250mm。例如，每个钢板的长宽比可以在5:1和10:1之间。所得钢板产品可具有在横向上测量的至少2000mm、优选至少2500mm的宽度。这种宽钢板产品可用于生产例如卡车的平板车身和集装箱。
根据一个实施方案，提供至少两个钢板包括：
-提供至少一块钢坯，
-带轧制所述至少一块钢坯以形成至少一条钢带，由所述至少一条钢带形成至少两个钢板。
通过使用带材轧制形成带材而不是使用厚板轧制更宽的钢板来形成带材，可以显著降低生产成本。此外，由于与厚板轧制相比，带材轧制过程的精度和速度更高，因此可以改善表面质量和厚度制造公差。例如，通过将至少一个钢坯带轧成具有上述厚度的钢带，可以实现±0.4mm，或±0.3mm，或±0.2mm，或±0.1mm的厚度制造公差。对于公称厚度为3-4mm、宽度为1200-1500mm的钢带，其厚度制造公差可达到±0.3mm，或±0.2mm，或±0.1mm。最终的钢板产品在焊缝处的厚度偏差可能稍大，但最终钢板产品的厚度制造公差可以达到±0.4mm或±0.3mm。带材轧制工艺可以是冷轧或热轧，其中冷轧优选用于具有约2mm或更小的厚度的非常薄的板。带材轧制过程可以包括，使钢坯/钢带在连续布置的成对的辊之间通过，其中钢坯/钢带在每对辊之间仅通过一次。
至少两个钢板可优选由相同的钢带形成，所述钢带切割成一定长度以形成钢板，但是所述至少两个钢板也可以源自由不同的钢坯生产的不同的钢带。
根据一个实施方式，钢板产品具有的跨越焊缝(across the weld)的拉伸强度Rm为至少950MPa、优选至少1100MPa、更优选至少1350MPa，且跨越焊缝的屈服强度Rp0.2为至少850MPa，优选至少900MPa，更优选至少1000MPa。因此，钢板产品适用于可能承受高应力的要求高的应用，例如汽车应用。
本发明的进一步有益效果和有利特征在以下说明和从属权利要求中公开。
附图简要说明
参考附图，下面是作为示例引用的本发明实施方案的更详细说明。
在附图中：
图1为图解说明本发明的一个实施方案的方法的流程图。
图2为图解说明本发明的一个实施方案的钢板产品焊接的透视图。
图3为示出拉伸试验结果的图。
图4为示出弯曲试验结果的图。
应注意，所有附图均为示意性的。因此可以省略细节并且可以不按比例绘制各种特征。
具体实施方式
本发明的一个实施方案的一种方法在图1中示意性地示出。参考图2，示意性地示出使用本发明的一个实施方案的方法制造的钢板产品1。
在第一步101中，提供在纵向方向A上延伸的至少两个钢板2、3。钢板2、3优选为未提供任何表面涂层(例如金属涂层)的低合金化的高强度钢板。然而，钢板上可能存在表面氧化物层。可以例如通过在热轧或冷轧过程中对钢坯进行带材轧制，从而形成钢带，来生产钢板2、3。此后，例如通过将钢带切割成一定长度而由轧制钢带形成钢板2、3。钢板2、3可以具有相同或基本相同的化学组成。在垂直于纵向方向A的横向方向B上测量，每个钢板的宽度w可以为至少1000mm，优选为至少1250mm。钢板2、3并非必要地具有相同的宽度。钢板2、3的厚度t可以为2-6mm，例如为2-5或3-5mm。钢板2、3的长宽比例如可以在5:1和10:1之间。
在第二步102中，通过去除任何表面氧化物层，来清洁钢板所沿着连接的钢板2、3的纵向边缘或包括纵向边缘和周围区域的钢板2、3的部分。这种表面氧化物层可以是由带材轧制过程产生的铁氧化物，例如包含Fe3O4的轧制氧化皮和/或包含Fe2O3的锈。表面氧化物层的去除可以例如使用研磨、激光烧蚀或酸洗进行。
在第三步103中，钢板2、3沿着清洁的纵向边缘(即在纵向A上)，在不使用填充材料的情况下使用对接焊连接，以形成在纵向A上延伸的焊缝4。惰性气体保护5(例如He或Ar或He和Ar的混合物)在焊接过程中施加在焊缝4的顶侧6和根侧7上，以消除任何氧的存在。由此获得焊接的钢板产品1。对接焊可以优选地通过在激光焊接过程中施加的激光束8进行。
在第四步104中，从焊缝去除多余的材料，以去除锋利的边缘并降低裂纹形成的风险。这可以使用例如研磨、激光烧蚀、铣削(milling)或刨削或这些技术中两种或多种的组合实现。
在第五步105中，焊接的钢板产品1通过热处理即退火和随后的淬火来硬化，以形成马氏体或主要为马氏体的微观结构。在所示实施方案中，第五步105在第四步104之后进行。虽然此步骤顺序是优选的，但也可以首先硬化钢板产品，然后去除多余材料。淬火优选为水淬火或油淬火，但硬化也可以是压制硬化工艺，其中钢板产品在压制硬化工具内淬火。
实施例
在带材轧制工艺中制造厚度t为3.3mm、宽度w为1270mm且纵向A上的长度为8900mm的多个钢板，以提供产品批次S1。产品批次S1的钢板由可在商品名
Figure BDA0003460221400000102
450获得的钢等级的单个钢坯制造，其化学组成按重量百分比(wt.％)计包括：
C： 最高0.26，
Si： 最高0.70，
Mn： 最高1.6，
P： 0-0.025，
S： 0-0.010，
Cr： 最高1.4，
Ni： 最高1.5，
Mo： 最高0.60，
B： 最高0.005，
余量为铁和杂质。
使用根据如上所述的本发明的一个实施方案的方法，使用产品批次S1的钢板制造产品批次S2的钢板产品。使用激光焊接形成焊缝。在焊接之前使用研磨去除表面氧化物层。淬火过程使用水淬火。
按照相同的方法步骤，也使用产品批次S1的钢板制造参照产品批次S3、S4，但在一种情况下(S3)在焊接过程中在焊缝根侧不使用惰性气体保护，而在另一种情况下(S4)在焊接前未去除表面氧化物并且在焊接过程中在焊缝根侧不使用惰性气体保护。有关制造产品批次S1-S4的详细信息汇总在下表I中。
表I
Figure BDA0003460221400000101
拉伸测试根据标准SS-EN ISO 6892-12016进行，一方面使用来自包括焊缝的产品批次S2的测试样品，另一方面使用来自没有焊缝的产品批次S1的测试样品。拉伸试验的结果如图3所示，其中右侧图示出来自产品批次S1的样品的拉伸强度Rm和屈服强度Rp0.2，左侧图示出来自包括焊缝的产品批次S2的样品的拉伸强度Rm和屈服强度Rp0.2。对于所有测试样品，来自批次S1和S2的样品的拉伸强度Rm均为约1400MPa。来自产品批次S1(无焊缝)的基础材料的屈服强度Rp0.2为约1150MPa，来自产品批次S2的样品(包括焊缝)的屈服强度为1080-1150MPa。
弯曲测试根据标准SS-EN ISO 74382016进行，使用来自产品批次S1、S2、S3和S4的样品，弯曲半径为7mm、8mm和9mm，顶侧或根侧被拉伸。弯曲试验的结果如图4所示。可以看出，根据所提出的方法制造的来自产品批次S2的样品通过了100％的7mm弯曲半径的弯曲试验，无论顶侧或根侧是否被拉伸。来自产品批次S3的样品在根侧受拉伸时对于9mm的弯曲半径的通过率仅为30％，而产品批次S4的样品在8mm的弯曲半径下的通过率低于40％。因此，根据本发明生产的来自产品批次S2的样品的性能明显优于来自参照产品批次S3和S4的样品。
来自不同产品批次的样品的显微镜研究表明，根据本发明生产的来自产品批次S2的样品的微观结构是马氏体，在整个焊缝区域的微观结构也是马氏体。对于来自产品批次S4的样品，焊缝区域内的微观结构是马氏体并存大量晶界铁素体。
应理解，本发明不限于以上描述和附图所示的实施方案；而是技术人员将认识到在所附权利要求的范围内可以做出许多改变和修改。

Claims (11)

1.一种用于制造钢板产品(1)的方法，包括：
-提供至少一块钢坯，
-带材轧制所述至少一块钢坯以形成至少一条钢带，由所述至少一条钢带形成沿纵向(A)延伸的至少第一钢板(2)和第二钢板(3)，
-通过从所述至少第一钢板(2)和第二钢板(3)的纵向边缘去除任何表面氧化物层来清洁所述至少第一钢板(2)和第二钢板(3)的纵向边缘，其中所述表面氧化物层是由所述带材轧制过程产生的铁氧化物，
-使用对接焊而不使用填充材料以形成焊缝(4)来将所述至少第一钢板(2)和第二钢板(3)沿着清洁的纵向边缘连接，其中在焊接过程中在焊缝(4)的顶侧(6)和根侧(7)上施加惰性气体保护(5)，从而获得焊接的钢板产品(1)；
-从焊缝(4)去除多余的材料；
-通过热处理和随后的淬火来硬化焊接的钢板产品(1)。
2.根据权利要求1所述的用于制造钢板产品(1)的方法，其中，所述至少第一钢板(2)和第二钢板(3)是低合金高强度钢板。
3.根据权利要求1或2所述的用于制造钢板产品(1)的方法，其中，所述至少第一钢板(2)和第二钢板(3)是无涂层钢板。
4.根据权利要求1或2所述的用于制造钢板产品(1)的方法，其中，所述至少第一钢板(2)和第二钢板(3)具有相同的化学组成。
5.根据权利要求1或2所述的用于制造钢板产品(1)的方法，其中，所述至少第一钢板(2)和第二钢板(3)具有的化学组成以重量百分比(wt.％)包括：
Figure FDA0003938426330000011
Figure FDA0003938426330000021
余量为铁和杂质。
6.根据权利要求1或2所述的用于制造钢板产品(1)的方法，其中，所述对接焊是使用激光焊接工艺进行的。
7.根据权利要求1或2所述的用于制造钢板产品(1)的方法，其中，所述淬火是水淬火或油淬火。
8.根据权利要求1或2所述的用于制造钢板产品(1)的方法，其中，所述去除任何表面氧化物层是使用酸洗、研磨和激光烧蚀中的至少一种进行的。
9.根据权利要求1或2所述的用于制造钢板产品(1)的方法，其中，所述至少第一钢板(2)和第二钢板(3)具有1-6mm的相同的厚度(t)。
10.根据权利要求1或2所述的用于制造钢板产品(1)的方法，其中，所述至少第一钢板(2)和第二钢板(3)中的每一个钢板在横向(B)上测量的宽度为至少1000mm。
11.根据权利要求1或2所述的用于制造钢板产品(1)的方法，其中，所述至少第一钢板(2)和第二钢板(3)中的每一个钢板在横向(B)上测量的宽度为至少1250mm。
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