專利名稱：具有不同機械性能的金屬帶的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬帶，其由鋼材通過對金屬帶進行熱軋和冷軋而生成的熱軋帶制成，此外，本發(fā)明涉及一種由本發(fā)明的金屬帶制成的板坯，還涉及該板坯的用途以及制造該金屬帶的方法。
背景技術(shù)：
在機車制造以及許多其它應(yīng)用領(lǐng)域，其中需要確保對部件提出機械性能特異要求下的最小重量，對于部件的理想設(shè)計，這通常是必要的，即，板坯或板材(部件由其制成)的機械性能發(fā)生變化。對于由鋼構(gòu)成的部件的制造，特別是機動車結(jié)構(gòu)部件的制造，已知可以使用所謂的“激光拼焊板”，其中，部件由板坯制成，該板坯又由兩塊正端面相互連接的、具有不同機械性能的板材構(gòu)成。由此例如可以在采用相同的鋼品級的條件下，通過改變厚度而在更厚的區(qū)域提供更高的強度。進一步，對于同樣的材料厚度有可能，制成由高強度鋼構(gòu) 成的板材區(qū)段，并將這樣的板材區(qū)段與同樣厚的、低強度鋼焊接在一起。然而，“激光焊接板”的制造是昂貴的并需要額外的工序，此外，還需要激光焊接步驟。另外還已知，在熱軋帶中通過撓性熱軋以及撓性冷軋生成厚度隨區(qū)段變化的熱軋帶或冷軋帶，由于在特異區(qū)域厚度發(fā)生變化，而使熱軋帶或冷軋帶具有不同的機械性能。該方法的問題在于，厚度發(fā)生變化的軋帶在操作中是有問題的，并因此在制造部件的必要工序中產(chǎn)生問題。例如通過德文公開文獻DE 100 41 280 Al已知相應(yīng)的方法。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于，提供一種金屬帶，由其可以以較低成本制造具有最小重量的適合于不同負載的部件。進一步，提供了一種制造金屬帶的方法，一種由該金屬帶制成的板坯及其特異用途。根據(jù)本發(fā)明的第一原理，所示的目的通過這樣的金屬帶實現(xiàn)，金屬帶在冷軋后具有恒定的金屬帶厚度并且區(qū)域式地具有機械性能發(fā)生變化的區(qū)域?！霸诶滠埡蟆痹诒景l(fā)明的意義上意味著，直接在冷軋結(jié)束后，即，未經(jīng)任何進一步的處理(例如溫度處理)，在金屬帶中就存在機械性能發(fā)生變化的區(qū)域。由于金屬帶在冷軋后具有恒定的厚度，使用傳統(tǒng)設(shè)備可以將金屬帶裁切成板坯，這些板坯具有機械性能變化的區(qū)域。在對這種金屬帶的操作中不存在困難。進一步，在設(shè)計所需要的成型工具過程中以及成型過程中保持一樣的厚度本身是有利的。因此可以用簡單的工具制成部件，使該部件盡管壁厚相同但是在不同區(qū)域卻具有變化的機械性能。就此而言，可以由本發(fā)明的金屬帶制成板坯，其設(shè)計為適應(yīng)于負載，厚度保持一樣，不需要額外的焊接工藝(例如“激光拼焊板”所使用的)。本發(fā)明的金屬帶不存在厚度跳躍，從而使該金屬帶可以簡單地纏起為帶卷并進行繼續(xù)處理。根據(jù)本發(fā)明的金屬帶的第一設(shè)計方案，機械性能變化的區(qū)域具有不同的抗拉強度、屈服極限和/或斷裂延伸率。通過在金屬帶的不同區(qū)域進行機械性能調(diào)整，可以顧及到由該金屬帶制造的板還的不同負載情況。根據(jù)本發(fā)明的金屬帶的另一設(shè)計方案，待冷軋的金屬帶通過撓性熱軋、撓性鑄造或通過伴隨有后繼的退火步驟的撓性冷軋來制成，從而使該金屬帶在冷軋之前具有厚度不同的區(qū)域，這些厚度不同的區(qū)域在冷軋后具有變化的滾扎率，并且，這些厚度不同的區(qū)域可選設(shè)置為周期性的。由此實現(xiàn)了，金屬帶直接在冷軋之后區(qū)段式地由于冷軋時的不同的滾扎率而獲得變化的機械性能。大體上，通過變化的滾扎率實現(xiàn)金屬帶中的固化過程，固化程度取決于材料。特別這樣取決于材料，即，可以根據(jù)該材料的程度以給定的滾扎率使抗拉強度、屈服極限和斷裂延伸率發(fā)生相對變化。撓性鑄造可以例如通過帶鑄工藝、利用在線軋制道次(Inline-Walzstich)來實現(xiàn)，或者通過直接帶鑄工藝(Direct-Strip-Casting, DSC)、利用在線熱軋(Inline-Warmwalzung)來實現(xiàn)。然而,通過伴隨后繼的退火的撓性冷軋?zhí)峁┙饘賻?，用于冷軋至最終厚度，該金屬帶具有滾扎率發(fā)生變化和機械性能發(fā)生變化的區(qū)域。優(yōu)選將機械性能變化的區(qū)域周期性地設(shè)置在金屬帶之上，從而存在這樣的可能，即，以簡單的方式制造出多塊由該金屬帶構(gòu)成的設(shè)計為適應(yīng)于負載的板坯。
部件和板坯的有利的變形性能可以由此來實現(xiàn)，S卩，在機械性能發(fā)生變化的金屬帶的區(qū)域之間設(shè)置過渡區(qū)域，在這些過渡區(qū)域中，機械性能，特別是抗拉強度、屈服極限和/或斷裂延伸率至少部分連續(xù)地發(fā)生變化。通過這些過渡區(qū)域，例如在抗拉強度較高和抗拉強度較低的區(qū)域之間例如可以改善用于制造部件的板坯的變形性能，因為該板坯傾向于更少地生成裂縫。具有相應(yīng)的機械性能的過渡區(qū)域的經(jīng)變形部件的裂縫傾向在負載條件下同樣變小。過渡區(qū)域的寬度優(yōu)選為50_或更大。冷軋時的滾扎率例如在撓性熱軋之后可以在0至50%之間變化。然而可以理解，為達到恒定厚度，壁厚更大的區(qū)域必須具有冷軋時的大于0%的滾扎率。金屬帶的厚度優(yōu)選為0. 5mm至3mm。在這些區(qū)域中，例如可以通過撓性熱軋和接著的冷軋以簡單的方式生成機械性能區(qū)段式發(fā)生變化的金屬帶。該金屬帶本身以這些強度特別好地適應(yīng)于結(jié)構(gòu)應(yīng)用，在該結(jié)構(gòu)應(yīng)用中要求適應(yīng)于負載的設(shè)計。原則上，每個鋼品級都適合于本發(fā)明的鋼帶的制造，然而其中，優(yōu)選強烈加固的鋼品級。因此，本發(fā)明的鋼帶的有利的實施方式是由高錳鋼、不銹鋼(例如奧氏體不銹鋼或雙相結(jié)構(gòu)的不銹鋼)、殘余奧氏體鋼或兩相鋼構(gòu)成，其中，金屬帶優(yōu)選可以具有有機和/或無機涂層。作為無機涂層特別使用鋅鍍層，此外只要能滿足期望，也可以使用AlSi鍍層。上面所述的鋼相對于其它鋼品級示出了，抗拉強度和屈服極限隨滾扎率升高而升高，而無需強烈降低對應(yīng)的斷裂延伸率的值。對于部件的后繼的變形工藝以及在后繼的部件的使用過程中，這一點是重要的。為此利用該效應(yīng)，以提供抗拉強度和屈服極限特別高的區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明的第二原理，通過由本發(fā)明的金屬帶制成的板坯實現(xiàn)了此前引述的目的，其中，板坯具有恒定厚度，由單一的鋼材構(gòu)成，而且區(qū)段式地具有機械性能發(fā)生變化的區(qū)域。因此，該板坯由本發(fā)明的金屬帶這樣切割而成，即，可以直接在冷軋后使由單一材料構(gòu)成的板坯具有機械性能發(fā)生變化的區(qū)域。經(jīng)冷軋，通過對機械性能有意的選擇和調(diào)整，板坯能夠設(shè)計為適合于負載，并理想地與使用目的相匹配。整個過程無需額外的材料而進行，而額外的材料原則上會降低板坯以及由此制成的部件的回收能力。這一點特別對于高合金鋼的回收意義重大。該板坯可以具有多個顯示出變化的機械性能的區(qū)域，從而得到適應(yīng)負載的設(shè)計。
本發(fā)明的板坯的另一有利設(shè)計方案由此實現(xiàn)，S卩，該板坯在機械性能發(fā)生變化的區(qū)域之間具有過渡區(qū)域，在過渡區(qū)域中，機械性能至少部分連續(xù)地發(fā)生變化。例如，在抗拉強度不同的區(qū)域之間的過渡區(qū)不是突然的，而是連續(xù)地發(fā)生變化，從而使生成的部件鑒于可能的負載吸收，例如在發(fā)生變形時以及用作結(jié)構(gòu)部件時，具有有利的性能，并且例如較少傾向于裂縫生成。板坯的機械性能發(fā)生變化的區(qū)域優(yōu)選具有不同的抗拉強度、屈服極限和/或斷裂延伸率。這些性能可以以簡單的方式通過冷軋時的滾扎率以及由此生成的固化進行調(diào)整，從而使板坯能夠以簡單的方式通過裁切由冷軋金屬帶制成。在此不再需要額外的工藝步驟。當(dāng)然，板坯可以進行有機和/或無機涂層。最后，根據(jù)本發(fā)明的第三原理，通過制造由鋼構(gòu)成的金屬帶的方法實現(xiàn)了所示目的，其中，通過撓性熱軋、撓性鑄造或通過伴隨后繼的退火步驟的撓性冷軋，將由鋼構(gòu)成的扁坯制成金屬帶，金屬帶具有金屬帶厚度發(fā)生變化的區(qū)域，并將金屬帶冷軋至恒定最終厚
度。如已經(jīng)實施的，通過可替代的制造方式，金屬帶可以由鋼、通過冷軋使金屬帶厚度發(fā)生變化而制成，并具有恒定的最終厚度，從而能夠廉價地制成具有適應(yīng)于負載設(shè)計的機械性能的板坯。在該方法中，根據(jù)替代方案，例如在最后熱軋道次中，輥隙在軋制過程中發(fā)生變化，從而生成具有熱軋帶厚度發(fā)生變化的區(qū)域的熱軋帶。在冷軋期間，具有更高厚度的區(qū)域受到更強烈的滾軋，并由此作為滾扎率更小的區(qū)域獲得更強的固化。該固化導(dǎo)致機械性能的變化，機械性能特別為抗拉強度、屈服極限和/或斷裂延伸率。如已經(jīng)實施的，機械性能的變化是有材料依賴性的并且能夠劇烈變化。已經(jīng)示出，根據(jù)該方法的另一設(shè)計方案，冷軋時的滾扎率在厚度更大的熱軋帶區(qū)域優(yōu)選為最大50%或最大20%。當(dāng)然，熱軋帶更厚的區(qū)域的滾扎率為大于0%，從而獲得金屬帶的恒定最終厚度。然而，還提出了，多于50%的滾扎率導(dǎo)致了金屬帶的繼續(xù)處理更難，并且僅可以用很軟的鋼品級。熱軋帶厚度更小的區(qū)域在冷軋后的滾扎率優(yōu)選為0%至10%。對于0%的滾扎率，該金屬帶區(qū)域保持未受滾軋，并不經(jīng)額外固化。此外，例如對抗拉強度的適當(dāng)?shù)奶嵘梢杂纱藖韺崿F(xiàn)，將這些區(qū)域冷軋時的滾扎率調(diào)整為最大10%。因此通過滾扎率，根據(jù)材料不同，可以調(diào)整出預(yù)期的抗拉強度、屈服極限和/或斷裂延伸率。最后，本發(fā)明的方法由此得到進一步改進，S卩，在冷軋后以及對完成軋制金屬帶的可選的有機和/或無機涂層后，將金屬帶切割成板坯。對板坯的切割可以緊接著冷軋步驟或緊接著可能設(shè)置的涂層過程進行。然而此外，可以使金屬帶首先纏繞成帶卷，其可選地隨后進行涂層并且接著由金屬帶切割成板坯。最后，上述目的通過本發(fā)明的板坯在車輛制造、機車制造和軌道車輛制造中的、優(yōu)選作為結(jié)構(gòu)部件的用途得以實現(xiàn)。由于有這樣的可能性，即適合負載地設(shè)計板坯，使用單一材料，然而同時以同樣的壁厚提供變化的強度，因此，板坯可以特別很好地與車輛制造中的用途或與結(jié)構(gòu)部件相匹配。該用途實現(xiàn)了設(shè)計為適合負載的部件、相關(guān)結(jié)構(gòu)部件的廉價的制造。此外，通過使用由單一材料構(gòu)成的板坯顯著改善了可回收性。


下面，憑借附圖和實施例的說明進一步闡明本發(fā)明。附圖中圖I以縱截面圖示出了熱軋帶在撓性熱軋后的截面形式，并示意性示出了工作輥在熱軋時的相應(yīng)用途；圖2以縱截面圖示出了本發(fā)明的金屬帶在冷軋之后的第一實施例；圖3在圖表中示出了第一實施例的金屬帶所對應(yīng)的抗拉強度、屈服極限和斷裂延伸率；圖4以俯視圖示出了由第一實施例的金屬帶制成的板坯；圖5以縱截面圖示出了另一熱軋帶，其用于制造本發(fā)明的金屬帶的第二實施例； 圖6以縱截面圖示出了由圖5的熱軋帶制成的本發(fā)明的金屬帶的第二實施例；圖7在圖表中示出了第二實施例所對應(yīng)的抗拉強度、屈服極限和斷裂延伸率；以及圖8以俯視圖示出了由根據(jù)圖6的金屬帶制成的本發(fā)明的板坯。
具體實施例方式圖I示出了熱軋帶1，其經(jīng)工作輥7a、7b通過在軋制期間改變輥隙而受到熱軋，從而制成具有不同厚度的區(qū)域2、3、4、5、6。在區(qū)域2、4、6之間的過渡區(qū)域3、5中，金屬帶I的厚度連續(xù)變化。如從圖I可以看出，例如可以使厚度變化僅通過工作輥的位置變化進行?？梢韵胂?，兩個工作輥7a、7b在各自的位置可以移動。在本實施例中，為熱軋帶選用材料“X-IP1000”，其作為除了鐵以外的主要合金成分具有0. 6重量％的碳含量、22重量％的猛含量和0. 2重量％的娃含量。在此，該種鋼屬于高錳鋼。然而原則上，如所實施的，適用所有鋼品級，從而通過冷軋時的固化提供變化的抗拉強度、屈服極限和/或斷裂延伸率。在第一實施例中，選擇長度為50mm的過渡區(qū)3、5，其中，熱軋帶厚度減小的區(qū)域2、
6分別具有200mm的長度，而壁厚增加的區(qū)域4具有約800mm的長度。作為壁厚，例如將壁厚減小的區(qū)域設(shè)為I. 8_，將壁厚增加的區(qū)域設(shè)為2_。如第二實施例所示，當(dāng)然可以選擇其它的長度關(guān)系。圖2示出了來自圖I的冷軋之后的熱軋帶。在本發(fā)明的實施例中，金屬帶I在冷軋之后的厚度統(tǒng)一為I. 8mm，從而使壁厚增加的區(qū)域4具有約10%的滾扎率。所有其它區(qū)域具有少于10%或0%的滾扎率。由于在過渡區(qū)域3、5連續(xù)上升的壁厚過渡至金屬帶I的區(qū)域4，在冷軋后，這些區(qū)域的滾扎率連續(xù)變化，并由此使機械性能，如抗拉強度、屈服極限和/或斷裂延伸率發(fā)生變化。這些變化可以從圖3的圖示中讀出。在區(qū)域2，抗拉強度首先超過lOOOMPa，其對應(yīng)于滾扎率為0%時的起始狀態(tài)，并在過渡區(qū)域3增加至1200MPa。在區(qū)域4，伴隨著最大滾扎率，抗拉強度保持在1200MPa以上，并在區(qū)域5才回落、直至在區(qū)域6才達到起始值。屈服極限也顯示了類似特征，其中，屈服極限的變化在滾扎率為10%時明顯停止，這是因為，在滾扎率更高的區(qū)域，屈服極限從500MPa上升至SOOMPa以上。由固化過程導(dǎo)致的變化強烈取決于材料，因而示出的值專門是針對“X-IP1000”材料的值。通過撓性軋制得到這樣的過渡區(qū)域，在該過渡區(qū)域中，機械性能、如圖3所示的斷裂延伸率產(chǎn)生連續(xù)變化。在此，相對變化取決于用于制造本發(fā)明的金屬帶I的材料。在本發(fā)明的金屬帶I中，在抗拉強度和屈服極限增加的區(qū)段斷裂延伸率減小，而抗拉強度和屈服極限減小的區(qū)段斷裂延伸率增加。優(yōu)選對這些區(qū)域周期性設(shè)置，從而以簡單的方式制成由金屬帶構(gòu)成的相同的板坯。例如，圖4以俯視圖示出了這樣的板還。該板還例如可以寬為400mm而長為1300_?？估瓘姸群颓O限降低而斷裂延伸率增加的區(qū)域2和6的長度為200_，相對地，設(shè)置在區(qū)域2和4或4和6之間的過渡區(qū)域3、5的長度僅為50mm。圖5至8闡明了另一實施例。首先，圖5示出了品級為I. 4318的不銹鋼構(gòu)成的撓性鑄造的熱軋帶8，其提供了厚度不同的區(qū)域9、10、11。熱軋帶8的厚度例如在區(qū)域9為
I.7mm,而在區(qū)域11為I. 9mm。在冷軋至I. 62mm的最終厚度后,對金屬帶8的區(qū)域9以5%的滾扎率進行滾軋，如圖6所示。在過渡區(qū)域10，滾扎率上升至15%，如它在區(qū)域11所達到的值。由于5%以及更大的不同滾扎率值，這樣制成的冷軋帶一方面相對于冷軋步驟之前的起始產(chǎn)品實現(xiàn)了明顯變化的性能(Rptl. 2=340MPa、Rm=730MPa、A8Q=48%)，而另一方面，在滾扎率 不同的單個區(qū)域之間實現(xiàn)了顯著變化的性能。這些變化再次可以在圖7的圖示中讀出，其中示出了不同區(qū)域材料的屈服極限、抗拉強度和斷裂延伸率。圖8以俯視圖不出了板還。板還8a具有長于400mm的區(qū)域,其中，滾扎率相對較小，并且實現(xiàn)了抗拉強度和屈服極限減小和斷裂延伸率增加。板坯的至少長IOOmm的過渡區(qū)域10具有連續(xù)增加的抗拉強度或屈服極限，其最終演化為板坯的經(jīng)更劇烈滾軋的區(qū)域11的值。滾扎率盡可能高的區(qū)域例如可以約長900_。圖4和圖8中的本發(fā)明的板坯可以加工成車輛制造部件，特別是結(jié)構(gòu)部件(未示出)，其中，該部件可以理想地匹配于特異的負載。例如，出于腐蝕保護的目的，可以在變形成為部件之前或之后設(shè)置有機和/或無機涂層(未示出)，例如鍍鋅層。
權(quán)利要求
1.一種金屬帶(1、8)，其由鋼材通過對金屬帶(1、8)進行熱軋和冷軋而生成的熱軋帶(1、8)制成，其特征在于，所述金屬帶(1、8)在冷軋之后具有恒定的金屬帶厚度，并具有區(qū)段式機械性能發(fā)生變化的區(qū)域(2、3、4、5、6、9、10、11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的金屬帶，其特征在于，所述機械性能發(fā)生變化的區(qū)域(2、3、4、5、6、9、10、11)具有不同的抗拉強度、屈服極限和/或斷裂延伸率。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的金屬帶，其特征在于，待冷軋的金屬帶(1、8)通過撓性熱軋、通過撓性鑄造或通過伴隨有后繼的退火步驟的撓性冷軋制成，從而使金屬帶在冷軋之前具有厚度不同的區(qū)域(2、3、4、5、6、9、10、11)，這些厚度不同的區(qū)域(2、3、4、5、6、9、10、11)在冷軋后具有不同的滾扎率，而且這些厚度不同的區(qū)域可選地周期性設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3的任意一項所述的金屬帶，其特征在于，在機械性能發(fā)生變化的金屬帶區(qū)域(2、4、6、9、11)之間設(shè)置過渡區(qū)域(3、5、10)，在所述過渡區(qū)域中，機械性能，特別是抗拉強度、屈服極限和/或斷裂延伸率至少部分連續(xù)地發(fā)生變化。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至4的任意一項所述的金屬帶，其特征在于，金屬帶(1、8)的厚度為0.5mm 至 3mm n
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5的任意一項所述的金屬帶,其特征在于,所述金屬帶(1、8)由高錳鋼、不銹鋼、殘余奧氏體鋼或兩相鋼構(gòu)成，可選具有有機和/或無機涂層。
7.一種由根據(jù)權(quán)利要求I至6的任意一項所述的金屬帶制成的板坯，其特征在于，所述板坯(la、8a)具有恒定厚度，由單一鋼材料構(gòu)成，并且區(qū)段式地具有機械性能發(fā)生變化的區(qū)域(2、3、4、5、6、9、10、11)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的板坯，其特征在于，所述板坯在機械性能發(fā)生變化的區(qū)域(2、4、6、11)之間具有過渡區(qū)域(3、5、10)，在所述過渡區(qū)域中，機械性能至少部分連續(xù)地發(fā)生變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的板坯，其特征在于，機械性能發(fā)生變化的區(qū)域(2、3、4、5、6、9、10、11)具有不同的抗拉強度、屈服極限和/或斷裂延伸率。
10.一種制造根據(jù)權(quán)利要求I至6的任意一項所述的由鋼構(gòu)成的金屬帶的方法，在所述方法中，通過撓性熱軋、通過撓性鑄造或通過伴隨后繼的退火步驟的撓性冷軋，而將由鋼構(gòu)成的扁坯制成金屬帶，該金屬帶具有金屬帶厚度發(fā)生變化的區(qū)域，并且，將所述金屬帶冷軋至恒定的最終厚度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，金屬帶厚度更大的金屬帶區(qū)域在冷軋時的滾扎率為直至50%，優(yōu)選直至20%。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，金屬帶厚度更小的金屬帶區(qū)域在冷軋時的滾扎率為0%至10%。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12的任意一項所述的方法，其特征在于，在對最終軋制的金屬帶進行冷軋以及可選的有機和/或無機涂層之后，將金屬帶裁切成板坯。
14.根據(jù)權(quán)利要求7至9的任意一項所述的板坯在車輛制造、機車制造和軌道車輛制造中的用途，優(yōu)選作為經(jīng)變形的結(jié)構(gòu)部件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種金屬帶(1)，其由鋼材通過對金屬帶(1)進行熱軋和冷軋而生成的熱軋帶制成，本發(fā)明還涉及一種由本發(fā)明的金屬帶(1)制成的板坯及其用途，還涉及制造該金屬帶(1)的方法。本發(fā)明的目的在于，提供一種金屬帶(1)，由其可以以較小成本制造重量最小的匹配于特異負載的部件，通過本發(fā)明的金屬帶(1)實現(xiàn)了該目的，使金屬帶在冷軋之后具有恒定的金屬帶厚度，并具有區(qū)段式機械性能發(fā)生變化的區(qū)域(2-6)。冷軋后在本發(fā)明的意義上意味著，直接在冷軋結(jié)束后，無需其它處理，例如溫度處理，金屬帶(1)中就已存在機械性能發(fā)生變化的區(qū)域(2-6)。
文檔編號B21B1/08GK102740987SQ201180008330
公開日2012年10月17日 申請日期2011年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月3日
發(fā)明者哈拉爾德·霍夫曼, 延斯-烏爾里克·貝克爾 申請人:蒂森克虜伯鋼鐵歐洲股份公司