CN115198071A - 具有脱碳外层的高强度钢板坯 - Google Patents

具有脱碳外层的高强度钢板坯 Download PDF

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Abstract

本发明公开了具有脱碳外层的高强度钢板坯。板坯包括芯基材，该芯基材具有有相对的第一面和第二面的大致平面形状。芯基材由高强度钢制成，该高强度钢含有铁素体、马氏体、贝氏体和奥氏体中的至少两种并且具有至少490MPa的极限抗拉强度。高强度钢的相应脱碳层在芯基材的第一面和第二面中的每一个上形成，其中每个相应的脱碳层含有至少80体积％铁素体的最小铁素体含量，并且具有5‑100微米的相应厚度。高强度钢的相应过渡层可在芯基材和每个相应脱碳层之间形成，其中每个过渡层具有与芯基材邻接的相应内过渡层和与相应脱碳层邻接的相应外过渡层。

Description

具有脱碳外层的高强度钢板坯
技术领域
本发明涉及一种板坯。
背景技术
本公开大致涉及由高强度钢制成的板坯。
由于在钢中发现的各种微结构相之间的强度差异，一些钢——尤其是高强度钢——缺乏足够的局部成形性。这种足够的局部成形性的缺乏可对成形过程具有不利影响，所述成形过程例如翻边、弯曲和边缘拉伸。此外，在高强度钢中使用高合金含量还导致表面氧化，其导致这些钢表面的高电阻率，从而阻碍它们在装配操作过程中的可焊性。
发明内容
根据一个实施方案，板坯包括具有有相对的第一面和第二面的大致平面形状的芯基材，所述芯基材由高强度钢制成，所述高强度钢含有铁素体、马氏体、贝氏体和奥氏体中的至少两种并且具有至少490MPa的极限抗拉强度，并且高强度钢的相应脱碳层在芯基材的第一面和第二面中的每一个上形成，其中每个相应脱碳层含有至少80体积%的铁素体的最小铁素体含量，并且具有5-100微米的相应厚度。
在该实施方案中，高强度钢可具有至少550MPa的极限抗拉强度。芯基材的高强度钢可含有至少95体积％的马氏体，其中所述高强度钢可具有至少900MPa的极限抗拉强度，和/或其中芯基材的高强度钢可含有不超过5体积％的铁素体、贝氏体、奥氏体，或铁素体、贝氏体和奥氏体中的两种或更多种的组合。
高强度钢的相应过渡层可在芯基材和每个相应脱碳层之间形成，其中每个过渡层具有与芯基材邻接的相应内过渡层和与相应脱碳层邻接的相应外过渡层，其中每个相应过渡层中的铁素体的体积%从相应内过渡层中的0-70体积%上至相应外过渡层中的最小铁素体含量变化。或者，高强度钢的相应过渡层可在芯基材和每个相应脱碳层之间形成，其中每个过渡层具有与芯基材接触的相应内过渡层和与相应脱碳层接触的相应外过渡层，其中每个相应内过渡层含有0-70体积％的铁素体，并且每个相应外过渡层含有至少最小铁素体含量。
芯基材的高强度钢可含有：（i）马氏体和铁素体，（ii）马氏体、铁素体和贝氏体，（iii）马氏体、铁素体和奥氏体，或（iv）马氏体、铁素体和残留奥氏体。任选地，芯基材的高强度钢可含有小于80体积％的铁素体。每个相应脱碳层可含有至少85体积％的铁素体，或至少90体积％的铁素体。
根据另一实施方案，板坯包括：具有有相对的第一面和第二面的大致平面形状的芯基材，所述芯基材由高强度马氏体钢制成，所述高强度马氏体钢含有至少95体积％的马氏体并且具有至少900MPa的极限抗拉强度；并且所述高强度马氏体钢的相应脱碳层在芯基材的第一面和第二面中的每一个上形成，其中每个相应脱碳层含有至少80体积%的铁素体并且具有5-100微米的相应厚度。在该实施方案中，芯基材的高强度马氏体钢可含有至多5体积％的铁素体、贝氏体、奥氏体，或铁素体、贝氏体和奥氏体中的两种或更多种的组合。
根据又另一实施方案，板坯包括：（i）具有有相对的第一面和第二面的大致平面形状的芯基材，所述芯基材由高强度马氏体钢制成，所述高强度马氏体钢含有至少95体积％的马氏体并含有至多5体积％的铁素体、贝氏体、奥氏体，或铁素体、贝氏体和奥氏体中的两种或更多种的组合并且具有至少900MPa的极限抗拉强度；和（ii）高强度马氏体钢的相应脱碳层在芯基材的第一面和第二面中的每一个上形成，其中每个相应脱碳层含有至少80体积%的铁素体的最小铁素体含量并且具有5-100微米的相应厚度。
在该实施方案中，高强度马氏体钢的相应过渡层可在芯基材和每个相应脱碳层之间形成，其中每个相应过渡层中的铁素体体积%从其相应内过渡层中的0-5体积%上至其相应外过渡层中的最小铁素体含量变化，所述其相应内过渡层设置为与芯基材接触，所述其相应外过渡层设置为与所述相应脱碳层接触。芯基材的高强度马氏体钢可含有小于5体积%的铁素体，并且每个相应的脱碳层可含有至少85体积%的铁素体。
本发明公开了以下实施方案。
1. 一种板坯，包括：
芯基材，其具有有相对的第一面和第二面的大致平面形状，所述芯基材由高强度钢制成，所述高强度钢含有铁素体、马氏体、贝氏体和奥氏体中的至少两种并且具有至少490MPa的极限抗拉强度；和
所述高强度钢的相应脱碳层，所述相应脱碳层在所述芯基材的所述第一面和所述第二面中的每一个上形成，其中每个相应的脱碳层含有至少80体积％铁素体的最小铁素体含量并且具有5-100微米的相应厚度。
2. 根据实施方案1所述的板坯，其中所述高强度钢具有至少550MPa的极限抗拉强度。
3. 根据实施方案1所述的板坯，其中所述芯基材的所述高强度钢含有至少95体积％马氏体。
4. 根据实施方案3所述的板坯，其中所述高强度钢具有至少900MPa的极限抗拉强度。
5. 根据实施方案3所述的板坯，其中所述芯基材的所述高强度钢含有不超过5体积％的铁素体、贝氏体、奥氏体，或铁素体、贝氏体和奥氏体中的两种或更多种的组合。
6. 根据实施方案1所述的板坯，其中所述高强度钢的相应过渡层在所述芯基材和每个相应的脱碳层之间形成，其中每个过渡层具有与所述芯基材邻接的相应内过渡层和与所述相应脱碳层邻接的相应外过渡层，其中每个相应过渡层中的铁素体体积％从所述相应内过渡层中的0-70体积％上至所述相应外过渡层中的最小铁素体含量变化。
7. 根据实施方案1所述的板坯，其中所述高强度钢的相应过渡层在所述芯基材和每个相应的脱碳层之间形成，其中每个过渡层具有与所述芯基材接触的相应内过渡层和与所述相应脱碳层接触的相应外过渡层，其中每个相应内过渡层含有0-70体积％铁素体，并且每个相应外过渡层含有至少最小铁素体含量。
8. 根据实施方案1所述的板坯，其中所述芯基材的所述高强度钢含有马氏体和铁素体。
9. 根据实施方案1所述的板坯，其中所述芯基材的所述高强度钢含有马氏体、铁素体和贝氏体。
10. 根据实施方案1所述的板坯，其中所述芯基材的所述高强度钢含有马氏体、铁素体和奥氏体。
11. 根据实施方案1所述的板坯，其中所述芯基材的所述高强度钢含有马氏体、铁素体和残留奥氏体。
12. 根据实施方案1所述的板坯，其中所述芯基材的所述高强度钢含有小于80体积％铁素体。
13. 根据实施方案1所述的板坯，其中每个相应的脱碳层含有至少85体积％铁素体。
14. 根据实施方案1所述的板坯，其中每个相应的脱碳层含有至少90体积％铁素体。
15. 一种板坯，包括：
芯基材，其具有有相对的第一面和第二面的大致平面形状，所述芯基材由高强度马氏体钢制成，所述高强度马氏体钢含有至少95体积％马氏体且具有至少900MPa的极限抗拉强度；和
所述高强度马氏体钢的相应脱碳层，所述相应脱碳层在所述芯基材的所述第一面和所述第二面中的每一个上形成，其中每个相应脱碳层含有至少80体积％铁素体并且具有5-100微米的相应厚度。
16. 根据实施方案15所述的板坯，其中所述芯基材的所述高强度马氏体钢含有至多5体积％的铁素体、贝氏体、奥氏体，或铁素体、贝氏体和奥氏体中的两种或更多种的组合。
17. 一种板坯，包括：
芯基材，其具有有相对的第一面和第二面的大致平面形状，所述芯基材由高强度马氏体钢制成，所述高强度马氏体钢含有至少95体积％马氏体并含有至多5体积％的铁素体、贝氏体、奥氏体，或铁素体、贝氏体和奥氏体中的两种或更多种的组合，并且具有至少900MPa的极限抗拉强度；和
所述高强度马氏体钢的相应脱碳层，所述相应脱碳层在所述芯基材的所述第一面和所述第二面中的每一个上形成，其中每个相应脱碳层含有至少80体积％铁素体的最小铁素体含量，并且具有5-100微米的相应厚度。
18. 根据实施方案17所述的板坯，其中所述高强度马氏体钢的相应过渡层在所述芯基材和每个相应脱碳层之间形成，其中每个相应过渡层中的铁素体体积％从其相应内过渡层中的0-5体积％上至其相应外过渡层中的最小铁素体含量变化，所述其相应内过渡层设置为与所述芯基材接触，所述其相应外过渡层设置为与所述相应脱碳层接触。
19. 根据实施方案17所述的板坯，其中所述芯基材的所述高强度马氏体钢含有小于5体积％铁素体。
20. 根据实施方案17所述的板坯，其中每个相应的脱碳层含有至少85体积％铁素体。
从以下如在所附权利要求中定义的结合附图时对用于执行本教导的一些最佳模式和其它实施方案的详细描述中，本教导的上述特征和优点以及其它特征和优点易于显而易见。
附图说明
图1是具有芯基材和脱碳外层的板坯的示意性横截面图。
图2是具有芯基材、脱碳外层和过渡层的板坯的示意性横截面图。
图3是平坦芯基材的示意立体图。
图4是图3的平坦芯基材的示意性前端视图。
图5是弯曲芯基材的示意性立体图。
图6是图5的弯曲芯基材的示意性前端视图。
图7是可行的高强度钢组件的框图。
图8是图2的虚线矩形部分的放大示意性横截面图，图示铁素体体积％和硬度增加的方向。
图9是对于脱碳层、过渡层和芯基材的硬度vs.距表面的距离的图。
图10是图2的虚线矩形部分的放大示意性横截面图，示出了内过渡层、中央过渡层和外过渡层。
具体实施方式
现在参考附图，其中在几个视图中相同的附图标记表示相同的部件，本文示出并描述了高强度钢板坯20。注意，附图和描述中的某些附图标记具有下标，例如图3-6的平坦平面形状24F和弯曲平面形状24C。在附图和本说明书中使用下标来指代单个要素或实施方案（例如上述平面形状），而使用不带下标的附图标记可指代这样的要素或实施方案的集合组，和/或指这样的要素或实施方案中的单个但通用的一个。因此，附图标记24F是指特定的平面形状，而附图标记24（没有下标）可指所有平面形状、平面形状组或单一但通用的平面形状（即，任何平面形状）。
如下文更全面地描述，本公开的板坯20在由板材形式的高强度钢制成的芯基材22的外表面26、28上提供薄脱碳层30。高强度钢可以是未涂覆和/或马氏体钢，包括所谓的“高级高强度钢”（AHSS）、“双相钢”（例如，含有马氏体和铁素体）、“超高强度钢”、“多相钢”、“复相钢”、“淬火配分（QP）钢”、“相变诱发塑性（TRIP）钢”和“第3代钢”。（如本文所用，“未涂覆”钢是未在其外表面添加涂层、镀层或其它金属喷镀的一种。）这些脱碳层30可在芯基材22的外表面26、28上形成，以提供由软铁素体微结构组成的薄外表面层，同时保持芯基材22的微结构不变。由于减少了成形或弯曲该较软表面层所需的努力，该薄铁素体外（脱碳）层30有助于局部成形和弯曲操作。此外，脱碳外表面层30减少了表面氧化，其降低了表面的电阻率并提高了可焊性，以及减少或消除了对酸洗的需求。
图1-2示出了板坯20的两个不同实施方案或配置的示意性横截面图，并且图3-6示出了用于制造板坯20的芯基材22的两种不同几何配置的示意性横截面图和前端视图。根据一个实施方案，板坯20包括芯基材22，所述芯基材22具有有相对的第一面26和第二面28的大致平面形状24（例如，片状形状）。芯基材22可具有如图3-4中所示的大致平坦的平面形状24F，或如图5-6中所示的大致弯曲的平面形状24C。注意，在图5-6的大体弯曲的平面形状24C中，芯基材22围绕x轴和y轴弯曲，其向芯基材22的顶部赋予冠状或圆形顶点。应显然的是，无论芯基材22使用何种平面形状24，该相同的平面形状24也被赋予整个板坯20。
芯基材22由含有铁素体、马氏体、贝氏体和奥氏体（包括残留奥氏体）中的至少两种并且具有至少490MPa的极限抗拉强度的高强度钢制成。板坯20还包括高强度钢的在芯基材22的第一面26和第二面28中的每一个上形成的相应脱碳层30，其中每个相应脱碳层30含有至少80体积％的铁素体的最小铁素体含量，并且具有5-100微米的相应厚度T。因此，上脱碳层30U可在芯基材22的上表面或第一面26上形成，并且下脱碳层30L可在芯基材22的下表面或第二面28上形成，其中上脱碳层30U和下脱碳层30L中的每一个具有相应外表面32和相应的相对内表面34。如图1中所示，芯基材22可具有中轴25，从而限定指向远离中轴25并指向第一表面26和第二表面28中的每一个的外方向或外向方向27，并且还限定指向中轴25并远离第一表面26和第二表面28中的每一个的内方向或内向方向29。
在另一实施方案或配置中，高强度钢可任选地具有较高的极限抗拉强度，例如550MPa或更高。任选地，芯基材22的高强度钢可含有至少95体积％的马氏体，其中高强度钢具有至少900MPa的极限抗拉强度。附加地或替代地，芯基材22的高强度钢可含有不超过5体积％的铁素体、贝氏体、奥氏体，或铁素体、贝氏体和奥氏体中的两种或更多种的组合。
图7示出了可行的高强度钢组件的框图。（注意，图7中用于表示高强度钢及其可行组件的附图标记仅用于附图的图7中和具体实施方式的当前段落中。）芯基材22的高强度钢50可含有：（i）马氏体52和铁素体54，（ii）马氏体52、铁素体54和贝氏体56，（iii）马氏体52、铁素体54和奥氏体58，或（iv）马氏体52、铁素体54和残留奥氏体60。任选地，芯基材22的高强度钢可含有小于80体积％的铁素体。每个相应脱碳层30可含有至少85体积％的铁素体，或至少90体积％的铁素体。
如图2和8-10中所示，高强度钢的相应过渡层36可在芯基材22和每个相应脱碳层30之间形成，其中每个过渡层36具有与芯基材22邻接或接触的相应内过渡层38和与相应脱碳层30邻接或接触的相应外过渡层40。（如图10中所示，任选的中央过渡层38可插入在内过渡层38和外过渡层40之间。）每个相应过渡层中的铁素体体积%可从相应内过渡层38中的较低数量或范围（例如0-70体积%）上至相应外过渡层40中的最小铁素体含量（即，至少80体积%的铁素体）变化。（例如，每个相应内过渡层38可含有0-70体积%的铁素体，并且每个相应外过渡层40可含有80体积%的铁素体或更多。）应该注意的是，图1-2和8-10是示意图，其中芯基材22、过渡层36和脱碳层30呈现出被锐线彼此分开，以表示它们不同的铁素体体积%水平；然而，这仅仅是示意性的惯例，因为实际的板坯50在铁素体体积％上可能没有如此急剧和突然的转变，其中铁素体体积％的变化更加平缓和连续。
图8示出了图2的虚线矩形部分48的放大示意性横截面图。上向箭头42表示穿过芯基材22、过渡层36和脱碳层30增加铁素体体积％的方向，并且下向箭头44表示增加硬度的方向。因此，由于铁素体是比马氏体和其它微结构更软的微结构，所以随着铁素体体积%的增加，硬度降低。例如，脱碳层30含有比芯基材22更高的铁素体体积%，因此脱碳层30比芯基材22更柔软且更易延展、可弯曲和可成形。
图9示出了对于脱碳层30、过渡层36和芯基材22的硬度44（以维氏硬度HV0.05为单位）vs.距表面32的距离或深度46（以微米或微米（microns or micrometers）μm计）的图。注意，距表面32的距离46在图8中示出，并且图9中的点的图表示随着距表面32的距离46增加而向上的斜率（即，硬度44的升高），直到硬度44在芯基材22中的给定水平上趋于平稳。因此，随着在脱碳层30和过渡层36中距表面32的距离或深度46增加，硬度44也增加。相反，越靠近表面32（例如，在每个脱碳层30中），硬度44降低，使得表面区域更软并且整个板坯20更可成形。（还注意，图9中所示的芯基材22、过渡层36和脱碳层30的硬度44和深度46的具体数据点仅用于图示说明目的，并且不应用于定义或限制所附权利要求的范围。）
脱碳外层30（和过渡层36）可通过将高强度钢的芯基材22送至通过间歇脱碳工艺或连续脱碳工艺来生产，从而生产本公开的板坯20。所生产的板坯20然后可用于形成各种类型的结构组件，其可涉及冲压、轧制成形、MIG（金属惰性气体）焊接、点焊等。脱碳外层30的形成用于改善冲压、轧制和其它成形工艺中的局部成形性和弯曲性，以及提高组装过程中的可焊性。
根据另一实施方案，板坯20包括：芯基材22，其具有有相对的第一面26和第二面28的大致平面形状24，芯基材22由含有至少95体积％的马氏体并具有至少900MPa的极限抗拉强度的高强度马氏体钢制成；并且高强度马氏体钢的相应脱碳层30在芯基材22的第一面26和第二面28中的每一个上形成，其中每个相应脱碳层30含有至少80体积％的铁素体并且具有5-100微米的相应厚度T。在该实施方案中，芯基材22的高强度马氏体钢可含有至多5体积％的铁素体、贝氏体、奥氏体，或铁素体、贝氏体和奥氏体中的两种或更多种的组合。
根据又另一实施方案，板坯20包括：（i）芯基材22，其具有有相对的第一面26和第二面28的大致平面形状24，其中芯基材22由高强度马氏体钢制成，所述高强度马氏体钢含有至少95体积％的马氏体并含有至多5体积％的铁素体、贝氏体、奥氏体，或铁素体、贝氏体和奥氏体中的两种或更多种的组合，并且具有至少900MPa的极限抗拉强度；并且（ii）高强度马氏体钢的相应脱碳层30在芯基材22的第一面26和第二面28中的每一个上形成，其中每个相应的脱碳层30含有至少80体积％铁素体的最小铁素体含量并且具有5-100微米的相应厚度T。
在该实施方案中，高强度马氏体钢的相应过渡层36可在芯基材22和每个相应脱碳层30之间形成，其中每个相应过渡层36中的铁素体体积%从其相应内过渡层38中的0-5体积%上至其相应外过渡层40中的最小铁素体含量变化，所述其相应内过渡层38设置为与芯基材22接触，所述其相应外过渡层40设置为与相应脱碳层30接触。芯基材22的高强度马氏体钢可含有小于5体积%的铁素体，并且每个相应脱碳层30可含有至少85体积%的铁素体。
应当注意，本文提供的一些或所有具体数字和范围可以是说明性的，而不是穷尽的或排除替代方案。因此，可使用其它具体的数字和范围来代替或补充所提到的具体数字和范围。作为第一实例，对具有至少490MPa的极限抗拉强度的芯基材22的补充或代替，芯基材22可具有至少500、550、600、650或任何大于490的数字，包括任何大于900的数字的极限抗拉强度（以MPa计）。作为第二实例，对含有至少80体积％铁素体的最小铁素体含量的每个相应脱碳层30的补充或代替，每个相应的脱碳层30可含有75、76、77、78、79、81、82、83、84、85、86、87、88、89、90、91、92、93、94或95体积%铁素体的最小铁素体含量，包括这些整数之间的小数增量。并且作为第三实例，对具有5-100微米的相应厚度T的每个相应脱碳层30的补充或代替，每个相应脱碳层30可具有X至Y微米的相应厚度T，其中X是5至90的任何整数，并且Y是大于X的10至150的任何整数。例如，厚度T可以是5-20微米、10-50微米、40-100微米、30-120微米、5-150微米等。
以上描述旨在是说明性而非限制性的。尽管本文描述的材料的尺寸和类型旨在是说明性的，但它们绝不是限制性的并且是示例性实施方案。在以下权利要求中，术语“第一”、“第二”、“上”、“下”等的使用仅用作标签，并且不旨在对其对象施加数字或位置要求。如本文所用，以单数记载并在词语“一个/种”或“一个/种”之后的要素或步骤应理解为不排除此类要素或步骤的复数，除非明确说明此类排除。此外，短语“A和B中的至少一个”和短语“A和/或B”应分别理解为意指“仅A、仅B或A和B二者”。此外，除非明确说明是相反的，“包含”或“具有”具有特定性质的一个要素或多个要素的实施方案可包括额外的不具有该性质的此类要素。并且当本文使用广泛描述性副词如“基本”和“大致”来修饰形容词时，这些副词是指“大部分”、“重大程度上”和/或“很大程度上”，并且不一定是指“完美”、“完全”、“严格”或“整个”。此外，本文可使用词语“接近”来描述对象或其部分相对于另一对象或其部分的位置，和/或描述两个对象或其相应部分相对于彼此的位置关系，并且可指“附近”、“相邻”、“靠近”、“接近”、“处于”等。
根据本公开，本书面描述使用实例，包括最佳模式，以使本领域技术人员能够制造和使用设备、系统和物质组合物，并执行方法。包括等同物的以下权利要求限定了本公开的范围。

Claims (10)

1.一种板坯，包括：
芯基材，其具有有相对的第一面和第二面的大致平面形状，所述芯基材由高强度钢制成，所述高强度钢含有铁素体、马氏体、贝氏体和奥氏体中的至少两种并且具有至少490MPa的极限抗拉强度；和
所述高强度钢的相应脱碳层，所述相应脱碳层在所述芯基材的所述第一面和所述第二面中的每一个上形成，其中每个相应的脱碳层含有至少80体积％铁素体的最小铁素体含量并且具有5-100微米的相应厚度。
2.根据权利要求1所述的板坯，其中所述高强度钢具有至少550MPa的极限抗拉强度。
3.根据权利要求1所述的板坯，其中所述芯基材的所述高强度钢含有至少95体积％马氏体。
4.根据权利要求3所述的板坯，其中所述高强度钢具有至少900MPa的极限抗拉强度。
5.根据权利要求3所述的板坯，其中所述芯基材的所述高强度钢含有不超过5体积％的铁素体、贝氏体、奥氏体，或铁素体、贝氏体和奥氏体中的两种或更多种的组合。
6.根据权利要求1所述的板坯，其中所述高强度钢的相应过渡层在所述芯基材和每个相应的脱碳层之间形成，其中每个过渡层具有与所述芯基材邻接的相应内过渡层和与所述相应脱碳层邻接的相应外过渡层，其中每个相应过渡层中的铁素体体积％从所述相应内过渡层中的0-70体积％上至所述相应外过渡层中的最小铁素体含量变化。
7.根据权利要求1所述的板坯，其中所述高强度钢的相应过渡层在所述芯基材和每个相应的脱碳层之间形成，其中每个过渡层具有与所述芯基材接触的相应内过渡层和与所述相应脱碳层接触的相应外过渡层，其中每个相应内过渡层含有0-70体积％铁素体，并且每个相应外过渡层含有至少最小铁素体含量。
8.根据权利要求1所述的板坯，其中所述芯基材的所述高强度钢含有小于80体积％铁素体。
9.根据权利要求1所述的板坯，其中每个相应的脱碳层含有至少85体积％铁素体。
10.根据权利要求1所述的板坯，其中每个相应的脱碳层含有至少90体积％铁素体。
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