本發(fā)明涉及一種由多個(gè)互相連接的鋼合金層組成的多層扁鋼產(chǎn)品，其中在鋼合金層的至少一個(gè)中設(shè)置第一鋼合金的鋼并且在鋼合金層的至少另一個(gè)中設(shè)置與第一鋼合金不同的第二鋼合金的鋼，其中第一鋼合金的鋼是高強(qiáng)度的鋼，并且第二鋼合金的鋼是具有(相比于第一鋼合金的鋼)較低強(qiáng)度和較低碳含量的鋼。

本發(fā)明還涉及一種特別用于機(jī)動(dòng)車車身的部件，該部件由相應(yīng)的扁鋼產(chǎn)品制成。

背景技術(shù)：

術(shù)語(yǔ)“扁鋼產(chǎn)品”在此理解為通過(guò)軋制工藝生產(chǎn)的鋼板或鋼帶以及從其分割的扁坯等。

汽車制造領(lǐng)域中在碰撞事故中對(duì)乘客安全性的所提出的要求不斷提高。同時(shí)，輕型結(jié)構(gòu)是遵守法律規(guī)定的CO₂極限值和使駕駛車輛所需的能量使用最小化的重要先決條件。同樣地，對(duì)車輛使用者的舒適性提出了更高的要求，這導(dǎo)致車輛中的電子部件的比例提高并且由此導(dǎo)致車輛重量的增加。為了同時(shí)滿足這些矛盾的要求，長(zhǎng)期以來(lái)一直聚焦于汽車結(jié)構(gòu)的車身結(jié)構(gòu)的制造中的輕型設(shè)計(jì)上。

對(duì)于與碰撞安全性相關(guān)的汽車部件，這里特別使用這樣的部件，其通過(guò)由錳-硼鋼組成的扁鋼產(chǎn)品的熱成型以及隨后的硬化制造。通過(guò)這個(gè)在專業(yè)用語(yǔ)中也稱為加壓硬化的制造方法可以產(chǎn)生部件，這些部件盡管具有最佳的薄的壁厚和因此伴隨的最小重量但鑒于在碰撞的情況下的性能仍可以在車身中的特別敏感的點(diǎn)上使用。

應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明不僅限于汽車結(jié)構(gòu)，而是通?？梢杂糜诠I(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。在所有領(lǐng)域中，但特別是在汽車應(yīng)用領(lǐng)域中，對(duì)部件關(guān)于其材料性能提出局部的不同的要求。材料特性例如是強(qiáng)度和延展性?！熬植俊北硎驹诓考牡谝粎^(qū)段上提出與第二區(qū)段不同的要求。由于這些要求甚至可以是相反的，具有單一構(gòu)造材料，即，通常具有相同材料特性的解決方案最多是對(duì)所有提出的單獨(dú)要求的折衷。因此，不僅在努力實(shí)現(xiàn)汽車結(jié)構(gòu)中的輕型結(jié)構(gòu)的過(guò)程中越來(lái)越多地使用定制材料，這些材料通過(guò)局部不同的材料性能能夠例如通過(guò)減小板材厚度在其重量方面優(yōu)化部件。然而，由此形成的輕型結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)還需要在單個(gè)部件區(qū)段內(nèi)實(shí)現(xiàn)部分相反的材料性能。這意味著，為了前后一致的追求輕質(zhì)結(jié)構(gòu)，不僅在板材平面中，也即在縱向方向上(條帶長(zhǎng)度方向)和橫向方向(條帶寬度方向)上，而且在與之垂直的方向上(板材厚度方向)需要局部的不同的材料特性。

縱向方向在下文中還將稱為X方向，橫向方向也將稱為Y方向并且板材厚度方向也將稱為Z方向。

現(xiàn)有技術(shù)中已知，在部件的批量制造中通過(guò)例如定制坯料(冷成形或熱成形)或定制回火(熱成形)的方法在板材平面內(nèi)能夠調(diào)整局部的不同的材料性能。通過(guò)使用多層扁鋼產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)在板材厚度方向(Z方向)上的材料性能的功能優(yōu)化的建模。

例如，DE 10 2007 022 453 A1描述了由多個(gè)相互連接的鋼合金層與至少一個(gè)芯層組成的多層扁鋼產(chǎn)品。在此，芯層應(yīng)該由軟的、能夠良好變形的鋼合金組成，然而扁鋼產(chǎn)品的外層應(yīng)該由最高強(qiáng)度的鋼合金組成。

在2014年5月27日鏈接www.thyssenkrupp-steel-europe.com/en/presse/pressrelease.jsp？cid＝2778030下的新聞報(bào)道中，申請(qǐng)人公開了名為的新產(chǎn)品-“用于熱成形的三層復(fù)合鋼”，它是具有相對(duì)高的碳含量的芯層和相對(duì)低的碳含量的外層的多層扁鋼產(chǎn)品。扁鋼產(chǎn)品用來(lái)制造用于機(jī)動(dòng)車車身的部件，該部件經(jīng)熱成型和硬化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

由此出發(fā)，本發(fā)明的目的在于，在扁鋼產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)對(duì)局部材料性能，特別是在所有方向(板材平面，板材厚度)上的功能優(yōu)化的建模。

在由多個(gè)互相連接的鋼合金層組成的多層扁鋼產(chǎn)品(扁鋼復(fù)合材料)中，其中在鋼合金層的至少一個(gè)中設(shè)置第一鋼合金的鋼并且在鋼合金層的至少另一個(gè)中設(shè)置與第一鋼合金不同的第二鋼合金的鋼，其中第一鋼合金的鋼是高強(qiáng)度的鋼并且第二鋼合金的鋼是具有(相比于第一鋼合金的鋼)較低強(qiáng)度和較低碳含量的鋼，之前引入和指出的目的這樣實(shí)現(xiàn)，即，至少在一個(gè)層(板材平面)內(nèi)設(shè)置至少一個(gè)第一鋼合金的鋼和至少一個(gè)第二鋼合金的鋼。

在最簡(jiǎn)單的情況下，在根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品中，高強(qiáng)度的鋼組成的層(即相對(duì)高碳含量的層)與具有相對(duì)較低強(qiáng)度和較低碳含量的鋼組成的層交替，特別是在單個(gè)的層內(nèi)，例如在芯層和分別一個(gè)外層(覆蓋層)之間的中間層中交替，其中由具有高強(qiáng)度的鋼組成的區(qū)段和由較低強(qiáng)度和較低碳含量的鋼組成的區(qū)段互相交替。具有這種不同的鋼合金或不同的碳含量的區(qū)段可以在縱向(X方向)和/或在橫向(Y方向)和/或?qū)咏Y(jié)構(gòu)方向(Z方向)上互相直接相鄰地設(shè)置，也即可以互相鄰接和/或交替。通過(guò)這種扁鋼產(chǎn)品的熱成型/加壓硬化可以制造部件，該部件在不同的區(qū)段中具有例如關(guān)于強(qiáng)度和彎曲角度的不同的材料特性。

在本發(fā)明意義上，高強(qiáng)度的鋼是由碳含量為至少0.2重量％，特別是最多0.65重量％的鋼合金組成的鋼，這些合金在最終(硬化)狀態(tài)下具有至少1200MPa，特別是至少1350MPa，優(yōu)選至少1450MPa的抗拉強(qiáng)度。在DIN EN 10083中例如定義為錳-硼鋼。

根據(jù)本發(fā)明，以這種方式實(shí)現(xiàn)了在薄板坯的所有方向(板材平面，板材厚度)上的局部材料特性的功能優(yōu)化的建模。在復(fù)合材料中調(diào)節(jié)的材料性能通過(guò)相互組合的復(fù)合配對(duì)物的選擇以及其在板材平面和/或板材厚度方向上的比例和分布的選擇來(lái)確定。為了制造這些復(fù)合材料，將具有恒定橫截面的相關(guān)復(fù)合配合物的板坯、鋼錠、鋼坯、或板材(扁鋼產(chǎn)品)互相堆疊并且特別是通過(guò)滾壓包層互相連接。在板材平面中變化的復(fù)合特性的設(shè)定特別通過(guò)相關(guān)的復(fù)合配合物的不均勻分布來(lái)實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)在對(duì)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的各種構(gòu)造進(jìn)行描述，這也是從屬權(quán)利要求的主題。

在根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的一個(gè)設(shè)計(jì)方案中，具有高強(qiáng)度(即具有較高碳含量)的第一鋼合金的鋼的碳含量具有在0.20重量％-0.65重量％范圍內(nèi)，優(yōu)選在0.20重量％-0.50重量％的范圍內(nèi)，特別優(yōu)選在0.20重量％-0.45重量％的范圍內(nèi)的值，和/或具有低強(qiáng)度(即具有較低的碳含量)的第二鋼合金的鋼的碳含量具有低于0.20重量％的范圍內(nèi)，優(yōu)選在0.02重量％-0.15重量％的范圍內(nèi)，特別優(yōu)選在0.02重量％-0.11重量％的范圍內(nèi)的值。例如，第一鋼合金的鋼的碳含量可以為0.22重量％并且第二鋼合金的鋼的碳含量為0.10重量％。

在根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的另一設(shè)計(jì)方案中，其由奇數(shù)個(gè)鋼合金層組成。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品由五個(gè)鋼合金層組成。在后一種情況下，扁鋼產(chǎn)品具有芯層，兩個(gè)側(cè)面上直接鄰接的中間層以及每個(gè)中間層向外鄰接的外層(覆蓋層)。

優(yōu)選地，扁鋼產(chǎn)品具有由具有高強(qiáng)度(具有較高碳含量)的第一鋼合金的鋼的鋼合金層組成的芯層。進(jìn)一步優(yōu)選地，在芯層的兩側(cè)上設(shè)置至少一個(gè)鋼合金層，該鋼合金層由至少一個(gè)具有低強(qiáng)度(具有較低碳含量)的第二鋼合金的鋼的鋼合金層組成。例如，芯層可以完全由具有高強(qiáng)度(具有較高碳含量)的第一鋼合金組成和/或外層(指兩個(gè)組成外側(cè)的覆蓋層)可以完全由具有低強(qiáng)度(具有較低的碳含量)的第二鋼合金組成。

在芯層和各個(gè)覆蓋層之間的一個(gè)中間層或兩個(gè)中間層中，由第一鋼合金組成的區(qū)段和由第二鋼合金組成的區(qū)段可以也即在X方向上和/或在Y方向上和/或在Z方向上互相交替或相鄰設(shè)置，其中原則上在中間層中也可以完全只設(shè)置一種相同的鋼合金。

如果這種扁鋼產(chǎn)品在后來(lái)例如在制造部件例如機(jī)動(dòng)車車身部件的過(guò)程中硬化，由不同鋼合金組成的單個(gè)區(qū)段將這樣獲得不同的材料特性，即，單個(gè)的區(qū)段具有高的強(qiáng)度并且另外的區(qū)段具有較低的強(qiáng)度。如果使用具有較低強(qiáng)度的鋼作為第二鋼合金，在加壓硬化過(guò)程中，在該區(qū)段中不具有或者僅存在輕微的硬化，相反，只有扁鋼產(chǎn)品中的由可硬化鋼組成的區(qū)段硬化。

如上所述，根據(jù)另一設(shè)計(jì)方案設(shè)置，具有高強(qiáng)度的第一鋼合金的鋼的至少一個(gè)鋼合金層、特別是芯層和/或具有低強(qiáng)度的第二鋼合金的鋼的至少一個(gè)鋼合金層、特別是至少一個(gè)外層完全由相同的鋼組成。此外設(shè)置，包括第一鋼合金的鋼的至少一個(gè)鋼合金層和包括第二鋼合金的鋼的至少一個(gè)鋼合金層具有至少一個(gè)由各個(gè)其它鋼合金的鋼組成的區(qū)段。在此可以設(shè)想，由第一鋼合金的鋼組成的區(qū)段在縱向方向和/或橫向方向上和/或在層結(jié)構(gòu)的方向上鄰接由第二鋼合金的鋼組成的區(qū)段。

在根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的另一設(shè)計(jì)方案中設(shè)置，芯層占扁鋼產(chǎn)品厚度的30％-90％，特別是50％-80％。由根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品制造的熱成型/加壓硬化的部件中優(yōu)選芯層占部件鋼板總厚度的30％-90％，特別是50％-80％。覆蓋層與芯層的厚度比可以根據(jù)要優(yōu)先考慮的本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的性能來(lái)確定。芯層優(yōu)選原則上比任何其它單個(gè)層更厚。例如，在五層結(jié)構(gòu)的情況下，芯層占50％，并且四個(gè)其它層中的每一個(gè)分別為部件的扁鋼產(chǎn)品或鋼板的總厚度的12.5％。相應(yīng)的扁鋼產(chǎn)品例如適合于汽車結(jié)構(gòu)中的縱梁的半成品。芯層的厚度甚至可以選擇為更大并且可以例如占部件的扁鋼產(chǎn)品或鋼板的總厚度的70％，其中于是其余四層例如分別占總厚度的7.5％。相應(yīng)的扁鋼產(chǎn)品例如可以用作汽車結(jié)構(gòu)中的B柱的半成品。

在根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的另一設(shè)計(jì)方案中，所有鋼合金層通過(guò)熱軋或滾壓包層分別與相應(yīng)的一個(gè)或多個(gè)相鄰的鋼合金層材料結(jié)合地連接。

特別是實(shí)踐中可用于芯層的鋼或者第一鋼合金的鋼，除了鐵和生產(chǎn)中不可避免的雜質(zhì)外，通常由(以重量％計(jì))

C：0.2％-0.5％，特別是0.2％-0.45％

Si：0.15％-0.8％，特別是0.2％-0.6％

Mn：1.0％-1.9％，特別是1.15％-1.7％

Al：0.002％-0.05％，特別是0.01％-0.04％

Cr：0.01％-0.5％，特別是0.02％-0.4％

Ti：0.01％-0.5％，特別是0.02％-0.3％

B：0.0002％-0.05％，特別是0.001％-0.02％組成。

雜質(zhì)在此包括：P：最多0.03％，S：最多0.03％，Cu：最多0.1％，Mo：最多0.05％，N：最多0.02％，Ni：最多0.1％，Nb：最多0.2％，V：最多0.01％，Sn：最多0.03％，Ca：最多0.01％。

相反，本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的一個(gè)外層或兩個(gè)外層或一個(gè)或兩個(gè)中間層或者第二鋼合金的鋼通常由鋼制成，該鋼除了鐵和生產(chǎn)中不可避免的雜質(zhì)外，含有(以重量％計(jì))

C：最多0.15％，特別是0.02％-0.11％

Si：最多0.7％，特別是0.01％-0.6％

Mn：0.10％-1.9％，特別是0.13％-1.8％

Al：最多0.6％，特別是0.001％-0.2％

Cr：最多0.6％，特別是0.025％-0.5％

Nb：最多0.5％，特別是0.002％-0.2％

Ti：最多0.5％，特別是0.02％-0.3％。

雜質(zhì)在此包括：P：最多0.25％，S：最多0.15％，Cu：最多0.15％，Mo：最多0.05％，N：最多0.06％，Ni：最多0.15％，V：最多0.02％，B：最多0.01％，Sn：最多0.04％，Ca：最多0.03％。

該目的還通過(guò)一種特別是用于機(jī)動(dòng)車車身的部件實(shí)現(xiàn)，該部件通過(guò)如上所述的扁鋼產(chǎn)品的熱成型/加壓硬化制成。在熱成型/加壓硬化過(guò)程中，至少具有相對(duì)高碳含量的鋼(即，第一鋼合金的鋼)硬化并且獲得其高強(qiáng)度(在最終狀態(tài)下)，例如至少1200MPa，特別是至少1350MPa，優(yōu)選至少1450MPa的抗拉強(qiáng)度。這樣的部件可以例如是機(jī)動(dòng)車輛的縱梁或B柱。

因此，本發(fā)明的芯是優(yōu)選至少五層的鋼復(fù)合材料，其特別是包括由可硬化的鋼材料組成的芯層。根據(jù)待制造的部件的實(shí)施方式并考慮在碰撞情況下要吸收的徑向和/或軸向力，板組合/板坯組合根據(jù)需要組裝并且熱軋、如有必要冷軋、退火和/或表面處理到所需(最終)厚度。通過(guò)具有高和低強(qiáng)度，特別是具有不同碳含量的鋼材料的組合，可以提供具有局部不同強(qiáng)度和彎曲角度的部件，這些部件可以在常規(guī)熱成型生產(chǎn)線中制造，也即半成品完全奧氏體化和在冷卻的工具中熱成形和/或加壓硬化。在(壓制)硬化之后可以進(jìn)行另外的退火。通過(guò)半成品中的材料組合，可以以有目的的方式設(shè)置具有不同性質(zhì)的區(qū)域，而不必在熱成型之前、期間或之后進(jìn)行定制的回火。

附圖說(shuō)明

存在多種設(shè)計(jì)和擴(kuò)展根據(jù)本發(fā)明的多層扁鋼產(chǎn)品和根據(jù)本發(fā)明的部件的方式。在此，一方面參考權(quán)利要求1的從屬權(quán)利要求，另一方面結(jié)合附圖參考實(shí)施例的描述。附圖中示出了：

圖1a)和b)以剖面圖示出了根據(jù)本發(fā)明的部件的實(shí)施例，

圖1c)和d)示出了根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的實(shí)施例并且

圖2以剖面圖示出了根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的其他實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

圖1a)示意性地示出了用于機(jī)動(dòng)車車身的部件5(例如B柱)的橫截面，該部件通過(guò)相應(yīng)的扁鋼產(chǎn)品1的熱成型/加壓硬化制造。扁鋼產(chǎn)品1例如在圖1c)和d)以及2中示出。

圖1b)示意性地示出了用于機(jī)動(dòng)車車身的另一部件5，例如汽車縱梁。該部件5同樣以已描述的方式由根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品1制造。

部件5和基礎(chǔ)的扁鋼產(chǎn)品1由多個(gè)互相連接的鋼合金層組成：芯層2，兩個(gè)外部的覆蓋層3a和3b以及分別設(shè)置在覆蓋層3a和3b與芯層2之間的中間層4a和4b。因此，這里的部件5具有五層結(jié)構(gòu)。

這里，芯層2由具有高強(qiáng)度(在最終狀態(tài)下)與相對(duì)高的碳含量的可硬化鋼組成，然而外層3a和3b不由可硬化鋼組成或者由具有較低強(qiáng)度的僅能小幅硬化的鋼組成，這些層具有比芯層2更低的碳含量。中間層4a和4b分別具有由具有相對(duì)低的碳含量的鋼組成的區(qū)段4a.1和4b.1以及由具有相對(duì)高碳含量的鋼組成的區(qū)段4a.2和4b.2。在芯層2以及中間層4a和4b的區(qū)段4a.2和4b.2中，碳含量具有例如在0.20重量％至0.65重量％的范圍內(nèi)的值并且特別為0.22重量％。在外層3a和3b以及中間層4a和4b的區(qū)段4a.1和4b.1中，碳含量具有例如小于0.20重量％的范圍內(nèi)的值并且特別小于0.15重量％。

在圖1a)中的部件5中可以看到，下部區(qū)域中僅芯層2由具有高碳含量的可硬化鋼組成，而下部區(qū)域中的其它層3a，3b，4a和4b由具有較低強(qiáng)度和較低的碳含量的鋼組成。相應(yīng)地適用于圖1b)中的部件5的左邊區(qū)域。各個(gè)部件5的其余的區(qū)域(圖1a中部件5的上部區(qū)域)和圖1b)中部件5的右邊區(qū)域)這樣構(gòu)造，即，芯層2和中間層4a和4b在此由具有相對(duì)高碳含量的可硬化鋼組成，而僅外層3a和3b由具有較低強(qiáng)度和低碳含量的鋼組成。

此外可以看到，在圖1a)中的部件5中，芯層2比圖1b)中的部件5中更厚。圖1a)中的厚度比(從左邊的外層到右邊的外層)為例如10：10：60：10：10。圖1b)中的厚度比(從上面的外層到下面的外層)例如為12.5:12.5:50:12.5:12.5。

在兩個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)外層3a和3b的層厚相同。兩個(gè)中間層4a和4b的層厚度在此也相同。特別地，外層3a和3b的層厚度與中間層4a和4b的層厚度相同。以上關(guān)于各個(gè)部件5的層厚度的陳述根據(jù)本發(fā)明同樣適用于基礎(chǔ)的多層扁平鋼產(chǎn)品1的層厚度。這里，外層3a和3b和/或中間層4a和4b能夠具有相等的厚度并且特別是比芯層2薄。

在圖1c)中以立體圖示出了扁鋼產(chǎn)品1的示意圖。圖1d)示出了部件1的沿圖1c)所示的切割線Id-Id的剖面的示意圖(圖1d)中的視圖因此是從軋制方向或沿X方向觀察的)。

在圖1c)和1d)中的扁鋼產(chǎn)品1中可以看到，在橫向方向Y上，由具有高強(qiáng)度(在最終狀態(tài))的第一鋼合金的鋼組成的區(qū)段4a.1也鄰接具有較低強(qiáng)度的第二鋼合金的鋼的區(qū)段4a.2并且該區(qū)段4a.2甚至又鄰接由第一鋼合金的鋼組成的另一區(qū)段4a.1。相應(yīng)地，這也適用于相應(yīng)的另一個(gè)中間層4b。

在圖1c中此外可以看到，在上部的層3a中，在這里例如不對(duì)稱的區(qū)域中可以設(shè)置由不同鋼合金組成的區(qū)段。這些對(duì)稱或不對(duì)稱的區(qū)段也可以設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)其它層中，例如在下層3b中。

最后，圖2示意性地示出了扁鋼產(chǎn)品1的其它變體，其中可以看到，芯層和每個(gè)中間層分別可以由不同的鋼合金的區(qū)段組成。在此，其中一些區(qū)段具有相對(duì)高碳含量的可硬化鋼，而其它區(qū)段具有相對(duì)低碳含量的鋼。芯層的單個(gè)區(qū)段用“K0...K9”標(biāo)記，中間層的各個(gè)部分用“Z1.0...Z1.9”和“Z2.0...Z2.9”標(biāo)記。覆蓋層在這里由“D1”和“D2”標(biāo)記并且總是完全地由相同的鋼合金組成。