热成型复合材料，其生产，部件及其用途制造技术

本发明专利技术涉及一种热成型复合材料(1)，其由至少三层的材料复合物组成，该材料复合物包括由可淬火钢制成的芯层(1.1)和两个由铁素体的、无转化的FeAlCr钢制成的、与该芯层(1.1)材料配合连接的盖层(1.2)。

Thermoforming composites, their production, components and use

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】热成型复合材料，其生产，部件及其用途
本专利技术涉及由至少三层的材料复合物组成的热成型复合材料。
技术介绍
汽车工业正在寻找新的解决方案以减轻车辆的重量，从而减少油耗。在此，为了能够减轻车辆的重量，轻量化构造是重要的因素。实现此目的的一种方法是使用具有增强强度的材料。其弯曲能力通常随着强度的增加而降低。为了在提高强度以实现轻量化构造的情况下还在与碰撞相关的部件中确保必要的乘员保护，必须确保所使用的材料能够通过变形来转换碰撞中引入的能量。这需要高度的变形能力，尤其是在车辆结构的与碰撞相关的部件中。减轻重量的一种方法是，例如，借助于与传统使用的材料相比有创新的材料以更轻的方式配置或建造陆地车辆的车身和/或底盘。例如，可以用具有性能相当壁厚较低的材料在特定组件上代替常规材料。例如，汽车工业越来越多地使用由两种或更多种不同材料组成的混合材料或材料复合物，其中每种单独材料都具有特定的、部分相反的性能，其被统一在材料复合物中，以在材料复合物中实现与单独的整体材料比较改进的性能。材料复合物，尤其是由不同钢组成的材料复合物在现有技术中是已知的，例如从德国的公开文献DE102008022709A1和欧洲公开文献EP2886332A1中。申请人以商标1200和1400出售用于热成型的钢材料复合物。为了达到高强度和延展性的目的，使用超高强度可淬火钢作为芯层，而延展性钢作为不同材料厚度的盖层。为了在这种材料配对的情况下在模压淬火状态下获得可接受的残余变形能力，设置了可延展的复合物配对件的高材料厚度。这从两个方面降低了材料复合物的强度：首先，是延展性成分本身导致了这种情况；其次，由于在制造(热辊轧包层)和加工(热成型)过程中发生了合金元素在复合物配对件之间的扩散流动，因此降低了芯的强度。例如，碳从芯层扩散到盖层，使其硬化，同时降低了芯区域的强度。当使用薄的盖层时，虽然获得了高的整体强度，但是扩散过程导致可延展的复合物配对件的相对显著的硬化，使得最终无法实现延展性的目标。在热成型过程中，首先将开头提及的钢材料复合物裁切成板坯并加热到奥氏体化温度，以随后在冷却的模具中同时将其热成型和冷却(直接热成型)。可替代地，可以首先将板坯冷成型为预成型件，将该预成型件加热，然后可以在冷却的模具中将其热成型为最终的形状，尤其是经过校准和冷却(间接热成型)。通过强烈冷却，其中当使用22MnB5作为芯层时需要至少27K/s的冷却速度，奥氏体的组织结构完全转变为马氏体，并且加工成部件的材料在模压淬火状态下获得芯层中所需的高强度。该过程在专业领域中也被称为模压淬火。为了防止在将钢板坯加热到奥氏体化温度的过程中不希望的氧化皮形成，用于该目的的钢材料复合物已经设置有铝基涂层，例如AlSi涂层。此外，现有技术公开了一种钢材料复合物，其具有由钢组成的可淬火芯层和由不锈钢，尤其是铬钢制成的盖层，参见例如DE102014116695A1和WO2012/146384A1。这些材料复合物对氢引起的开裂(延迟断裂，delayedfracture)不敏感，尤其是在使用具有高强度的芯层的情况下。通过使用化学稳定的钢(铬钢)作为盖层可以达到对由材料复合物制成的部件的防腐蚀保护目的，尤其是无需在模压淬火之前施加额外的铝基或锌基涂层。在例如在车辆结构中集成这样的部件的情况下，通过与由化学不稳定的钢，例如碳钢制成的相邻部件的接触形成电镀元件，其导致在由碳钢制成的部件上的增强的腐蚀侵蚀。因此，在车辆结构中这种部件组合的情况下，有必要采取复杂的附加防腐蚀措施，以防止形成电镀元件或以其他方式保护由碳钢组成的部件。此外，如果不锈钢盖层例如通过石块被局部损坏，则这可能对由具有化学稳定的不锈钢盖层的材料复合物制成的部件产生不利影响。这也将产生形成电镀元件的可能性。但是，由于阳极(小的受损区域)相对于阴极(大的完整表面区域)的尺寸，通过腐蚀侵蚀对由材料复合物形成的部件的危害将显著大于上述组件组合的情况。除了在材料复合物，或处于模压淬火状态的部件的总材料厚度上平均得到的大于1400MPa的高强度，根据3点弯曲试验(VDA238-100)实现的弯曲角度呈现的充分残余延展性，感应快速加热的可能性，对氢致裂纹的不敏感性以及足够的腐蚀防护外，材料复合物或处于模压淬火状态的部件也应具有良好的表面可涂性。与可淬火钢相比，化学稳定的钢(铬钢)取决于其合金元素并取决于温度具有较低的扩展行为，从而仅在高成本的情况下，例如通过热轧包层才可过程可靠地生产热成型复合材料。
技术实现思路
与现有技术相比，本专利技术的目的是提供一种改进的且易于生产的热成型复合材料。通过具有权利要求1特征的热成型复合材料来解决该目的。在从属权利要求中描述了本专利技术的其他有利实施形式。专利技术人已经确定，由至少三层的材料复合物生产热成型复合材料，该三层的材料复合物包括可淬火钢制成的芯层，尤其是碳含量C至少为0.06重量％，尤其是至少0.12重量％，优选至少0.2重量％，和两个由铁素体的、无转化的FeAlCr钢制成的、与该芯层材料配合连接的盖层，尤其是铝含量Al为2至9重量％且铬含量Cr为0.1重量％至12重量％之间，其一方面具有上述优点，尤其是可以通过感应快速加热将其模压淬火，另一方面基本上弥补了上述缺点，尤其是不具有或仅轻微地具有在作为车辆结构中的在模压淬火状态下的部件的使用条件下所述的有关腐蚀的问题。通过将FeAlCr钢作为具有铁素体、无转化的晶格结构的盖层，合金元素，尤其是从电化学的观点来看，与车辆结构中的常规使用的碳钢基本没有区别或只有轻微不同。热成型复合材料或材料复合物已经通过包层，尤其是辊轧包层，优选热辊轧包层或通过铸造来生产。根据本专利技术的热成型复合材料优选地借助于如例如在德国专利文件DE102005006606B3中所公开的热辊轧包层来生产。参考该专利文件，该专利文件的内容据此并入本申请中。替代性地，本专利技术的热成型复合材料可以通过铸造生产，其生产方法之一在日本公开文件JP-A03133630中公开。金属材料复合材料的生产一般是现有技术中已知的。尤其是在热成型复合材料通过优选热辊轧包层的生产方面，与化学稳定钢(铬钢)相比，所用的FeAlCr钢制成的盖层有利于工艺温度，例如辊轧终点温度和卷取温度，这有助于满足关键温度要求，尤其是在定义的过程窗口内。在优选的热辊轧包层工艺中的热轧操作中，使用的FeAlCr钢制成的盖层在热膨胀特性方面优于化学稳定的钢(铬钢)。首先，(完全)铁素体且因此无转化的FeAlCr钢非常适合用作盖层材料，因为其理想地平均了可淬火钢制成的芯层在铁素体-奥氏体转化中的波动的膨胀系数。因此，与由铬钢组成的(完全)铁素体，化学稳定钢相比，通过使用FeAlCr钢制成的盖层，例如在焊接各层以形成层叠(板坯层叠)时在焊缝中产生较低的热应力。由此增加了生产热成型材料的过程可靠性。另一方面，在相同的效果下，通常在直至700℃的膨胀行为的差异较小。可以将热成型材料制成带状，板状或片状或提供给其他工艺步骤。由此，可以将热成型材料集成到现有的标准热成型过程中，而不必在过程链中进行更改。在热成型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.热成型复合材料(1)，其由至少三层的材料复合物组成，该材料复合物包括由可淬火钢制成的芯层(1.1)和两个由铁素体的、无转化的FeAlCr钢制成的、与所述芯层(1.1)材料配合连接的盖层(1.2)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.热成型复合材料(1)，其由至少三层的材料复合物组成，该材料复合物包括由可淬火钢制成的芯层(1.1)和两个由铁素体的、无转化的FeAlCr钢制成的、与所述芯层(1.1)材料配合连接的盖层(1.2)。


2.根据权利要求1所述的热成型复合材料，其特征在于，所述盖层(1.2)的铁素体，无转化的FeAlCr钢除了Fe和由于生产限制不可避免的杂质外，以重量％为单位的组成为：
C：最高0.15％，
Al：2％至9％，
Cr：0.1％至12％，
Si：最高2％，
Mn：最高1％
Mo：最高2％
Co：最高2％
P：最高0.1％，
S：最高0.03％，
Ti：最高1％
Nb：最高1％，
Zr：最高1％，
V：最高1％
W：最高1％。


3.根据前述权利要求中任意一项所述的热成型复合材料，其特征在于，所述芯层(1.1)的可淬火钢除Fe和生产所限不可避免的杂质外，以重量百分比为单位的组成为：
C：0.06-0.8％，
Si：最高0.5％，
Mn：0.4-3％，
P：最高0.06％，
S：最高0.03％，
Al：最高0.2％
Cr+Mo：最高1％，
Cu：最高0.2％
N：最高0.01％，
Nb+Ti：最高0.2％，
Ni：最高0.4％，
V：最高0.2％
B：最高0.01％，
As：最高0.02％，
Ca：最高0.01％，
Co：最高0.02％，
Sn：最高0.05％。


4.根据前述权利要求中任意一项所述的热成型复合材料，其特征在于，所述芯层(1.1)的钢的C含量为0.28-0.75重量％之间，尤其在0.33-0.68重量％之...

【专利技术属性】
技术研发人员：扬科·巴尼克，斯特凡·米斯洛维奇，马蒂亚斯·舍尔默，
申请(专利权)人：蒂森克虏伯钢铁欧洲股份公司，蒂森克虏伯股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE