CN104641008B - 冷轧扁钢产品及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种Rm为1400MPa以上和A80为5％以上的冷轧扁钢产品并且还涉及生产该种扁钢产品的方法。根据本发明的扁钢产品除了铁和不可避免的杂质之外还包括以重量％计的碳：0.10‑0.60％，硅：0.4‑2.5％，铝：高达3.0％，锰：0.4‑3.0％，镍：高达1.0％，铜：高达2.0％，钼：高达0.4％，铬：高达2％，钴：高达1.5％，钛：高达0.2％，铌：高达0.2％，钒：高达0.5％。其微观结构包括20体积％以上的贝氏体、10–35体积％的残留奥氏体以及作为剩余部分的马氏体。对于该扁钢产品的制造，其是由具有所述组分的厚板、薄板或铸钢带制造的，该初级产品被热轧以形成具有至少830℃热轧结束温度的热轧钢带，该热轧钢带在560℃以下的卷绕温度下被卷绕，该热轧带钢被冷轧以形成具有30％以上冷轧度的冷轧钢带并且该冷轧钢带通过先被加热到退火温度800℃以上而被热处理，随后以至少8℃/s的冷却速率被冷却到大于马氏体开始温度MS的保持温度并且随后被保持在该保持温度直到至少20体积％贝氏体出现在冷轧钢带的微观结构里。

Description

冷轧扁钢产品及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种具有至少1400兆帕的抗张强度Rm和至少5％的延展性A80的冷轧扁钢产品。这种类型的产品由于非常高的强度且具有良好的延展性而闻名，并且尤其适合用于制造机动车车体的零部件。

本发明同样涉及一种用于制造根据本发明的扁钢产品的方法。

背景技术

术语“扁钢产品”在此被理解为意指由轧制工艺制造的钢板或钢带以及薄板带和从其中分离的类似物。

其中，合金含量在此仅仅以“％”来表述，这始终意味着“重量百分比”，除非另外被明确说明。

EP1466024B1(DE60315129T2)公开了一种生产扁钢产品的方法，其旨在生产具有显著地高于1000兆帕的抗张强度。为了达到这个目的，熔化的钢水被制造，其中含有以重量百分比的0.0005-1％的碳，0.5-10％的铜，高达2％的锰，高达5％的硅，高达0.5％的钛，高达0.5％铌，高达5％的镍，高达2％的铝和作为剩余部分的铁以及由于生产原因而不可避免的杂质。该钢水熔体被浇铸以形成带状，其厚度最多10毫米并且由水或水-空气混合物喷洒迅速冷却到至多1000℃的温度下。然后，该铸造钢带在常规降温率下进行热轧。热轧在结束温度下完成，在该温度下所有的铜在铁素体和/或奥氏体晶体中仍然处于固溶体里。然后，该条带经受快速冷却工序，从而将铜保持在铁素体和/或奥氏体溶液的过饱和固溶体里。在冷却形成钢圈后，冷的钢带可以由热钢带轧制而成由此得到冷轧达到40-80％的程度。该冷轧钢带随后进行再结晶退火，在此期间其被尽可能快地带入处于840℃区域的退火温度并且保持在所述温度下，以便钢铁中铜被最大可能比例被溶入到溶液中。在这之后是快速冷却到达400-700℃温度，在此温度下再次形成Cu的析出物。以这种方式，析出硬化的目的是实现钢的理想强度。与此同时，铜的含量是为了通过形成抗氧化物层来增加钢铁的耐腐蚀性和抗脆性。

生产极高强度的冷轧钢带的另一方法由US7591977B2披露。根据该方法，含有(以重量百分比计)0.1-0.25％的碳，1.0-2.0％的硅和1.5-3.0％的锰的热轧钢带以30-70％冷轧的程度来形成冷轧钢带，然后该冷钢带在连续的通路中完成热处理。在该热处理中，该冷轧钢带在第一退火步骤中被加热到Ar3温度之上的第一退火温度，以便存在于所述冷轧钢带中的碳化物被带到溶液中。接着是冷却，从第一退火温度开始并且以至少10℃/秒的冷却速度到第二退火温度。该温度被选择使得贝氏体形式在冷轧钢带中并且通常位于300-450℃的范围内。实施以形成贝氏体的该第二退火步骤被执行直到该冷轧钢带的微观结构由至少60％程度的贝氏体和至少5％程度的残留奥氏体以及其余的多边形铁素体组成的。在此，本发明的目的是最大可能范围的微观结构是贝氏体并且其它微观结构的成分至多存在些痕迹。因而所提供的冷轧钢带实现高达1180兆帕的抗张强度并具备至少9％的延展性，并且如果需要的话，可以采用抗腐蚀保护的金属层进行涂覆。

发明内容

针对上述所描述的现有技术的背景技术，本发明的目的是提供一种冷轧扁钢产品，其可以以简单和操作可靠的方式进行生产并且具有进一步提高的强度和良好的可变形性的优化组合特性。另外，本发明的目的是提供一种生产这样冷轧扁钢产品的方法。

对于冷轧扁钢产品，根据本发明该目的已经由权利要求1所示的扁钢产品实现了。

至于该方法，根据本发明上面所提及的目的得以实现，即至少在权利要求12所示的工作步骤被实施来生产根据本发明的冷轧扁钢产品。

本发明的有利配置在从属权利要求中进行说明并且作为本发明的上位概念将会在下面进行详细解释。

根据本发明的冷轧扁钢产品显著区别在于除铁和不可避免的杂质之外，其包括(重量百分比)：

C：0.10-0.60％，

Si：0.4-2.5％，

Al：高达3.0％，

Mn：0.4-3.0％，

Ni：高达1.0％，

Cu：高达2.0％，

Mo：高达0.4％，

Cr：高达2％，

Co：高达1.5％，

Ti：高达0.2％，

Nb：高达0.2％，

V：高达0.5％。

在此，在冷轧状态下，根据本发明的扁钢产品的微观结构由至少20体积％的贝氏体、10-35体积％的的残留奥氏体和作为剩余部分的马氏体，不言而喻的是技术上不可避免的其它微观结构的成分的痕迹可存在于该扁钢产品的微观结构中。根据本发明，以该种方式所提供的冷轧扁钢产品达到至少1400兆帕的抗拉强度Rm和至少5％的延展性A80。残留奥氏体中的C含量一般大于重量的1.0％。

根据本发明所提供或根据本发明所构思的用于生产扁钢产品的方法包括下列工作步骤：

-以板坯、薄板坯或铸钢带的方式提供初级产品，其除了铁和不可避免的杂质之外包括(以重量百分比)C：0.10-0.60％，Si：0.4-2.5％，Al：高达3.0％，Mn：0.4-3.0％，Ni：高达1.0％，Cu：高达2.0％，Mo：高达0.4％，Cr：高达2％，Co：高达1.5％，Ti：高达0.2％，Nb：高达0.2％，V：高达0.5％；

-热轧所述初级产品以在一个或多个轧制通道里形成热轧钢带，其中，所得到的热轧钢带在其离开最后的轧制通道时具有至少830℃的热轧结束温度；

-在热轧结束温度和560℃之间的卷绕温度下卷绕所得到的热轧带钢；

-冷轧该热轧钢带以形成具有至少30％冷轧的冷轧钢带；

-热处理所得到的冷轧钢带，其中在所述热处理的过程中，该冷轧钢带

-被加热达到至少800℃的退火温度，

-任选地在该退火温度下保持50-150秒的退火持续时间，

-以至少8℃/s的冷却速率从该退火温度被冷却到保持温度，该保持温度位于保持温度范围内，该保持温度范围具有470℃上限并且具有比马氏体开始温度MS高的下限，从该马氏体开始温度开始，马氏体形式在冷轧钢带的微观结构里，以及

-在该保持温度下被保持足以在冷轧钢带的微观结构里形成至少20体积％贝氏体的一段时间。

根据本发明的钢带具有三相微观结构，其中占主导地位的成分是马氏体并且其还由残留的贝氏体和作为剩余部分的奥氏体组成。在此优选的是贝氏体的比例为至少50体积％，特别是至少60体积％，并且该残留奥氏体的比例处于10-25体积％，以及在每种情况下由马氏体构成的微观结构的剩余部分。优选的马氏体的比例是至少10体积％。具有该种组分的微观结构产生具有所需抗张强度的Rm*A80的最佳组合。

除了主要成分“贝氏体”、“残留奥氏体”和“马氏体”，出现其它微观结构的组分的含量是可能的，但是这些组分的比例太低以至于对根据本发明的冷轧钢带的性能没有影响。该残留奥氏体主要以具有小于5微米粒度的块状残留奥氏体的小球状的岛的薄膜的形式存在于根据本发明的冷轧钢带里，使得所述残留奥氏体在初始状态下具有高的稳定性并且与之相关联的是低的转变为不希望的马氏体的趋势。在变形的较高程度时，马氏体由该残留奥氏体(TRIP效应)形成，并且这增加了断裂的延展性。

根据本发明生产的冷轧钢带通常实现超过1400兆帕的抗张强度Rm，具有类似的常规的超过5％的延展性A80。因此，根据本发明的扁钢产品的质量Rm*A80通常超过7000MPa*％，典型的实现了具有至少13500MPa*％的质量Rm*A80。根据本发明的这种冷轧钢带是具有非常高的强度和足够的可变形性的优化组合。

马氏体的开始温度，即从该温度开始马氏体形式在根据本发明加工的钢里，可以基于作者H.Bhadeshia发表于1981年出版的金属科学15(Metal Science 15)的第178-180页的、题为“Thermodynamic Extrapolation and Martensite-Start-Temperature ofSubstitutionally Alloyed Steels”的文章中所描述的工序进行计算。

在根据本发明的钢中，碳延迟了向铁素体/珠层体(pearlite)的转变，降低了马氏体的开始温度MS并且有助于增加硬度。为了利用这些积极的效果，根据本发明的扁钢产品的C含量可以被设置为至少0.25重量％，特别是至少0.27重量％或至少0.28重量％，由相对高的碳含量所取得的效果被特别可靠地加以利用是可能的，当C含量处于小于0.25-0.5重量％的范围内，特别是0.27-0.4重量％或0.28-0.4重量％。

铜增加强度的作用也可以被用在根据本发明的冷轧扁钢产品中。在这方面，最小0.15重量％特别是至少0.2重量％的Cu含量可出现在根据本发明的扁钢产品中。铜对于强度贡献了特别有效的作用，如果其以至少0.55重量％的含量存在于根据本发明的扁钢产品中；基于事实将Cu的含量限制在最多1.5重量％而抑制Cu存在所产生的负面效果是可能的。

在根据本发明的钢中，至少0.4重量％并且至多3重量％，特别是高达2.5重量％含量的Mn，促进贝氏体的形成，另外任选地存在的铜，铬和镍的含量同样有助于贝氏体的形成。取决于根据本发明所加工的钢的相应的其它成分，在此也可以有益地限制Mn含量到最多2重量％以下或者增加Mn的最小含量到1.5重量％。

Cr的可选择性的添加也可以降低马氏体的开始温度并且抑制贝氏体转变成珠光体或渗碳体的趋势。此外，正如根据本发明所预先定义的，当Cr含量被限制到1.5重量％时具有在根据本发明的冷轧扁钢产品里的Cr存在的可选的效果会升高，对于高达至多2重量％上限的含量时，铬促进铁素体的转变。Cr的积极影响可以被特别有效地加以利用，如果至少0.3重量％的Cr存在于根据本发明的扁钢产品中。

Ti、V或Nb的添加同样是可选的，其可以支持细粒度微观结构的形成并且促进贝氏体的转变。此外，这些微合金元素通过析出物的形成有助于硬度的增加。Ti、V和Nb的积极效果可以以特别有效的方式，被利用在根据本发明的冷轧扁钢产品里，当这些元素的含量处在0.002-0.15重量％的范围内，特别是不超过0.1重量％。

硅以0.4-2.5重量％的含量存在于根据本发明的扁钢产品中并且引起相当大的固体溶液凝固。为了以特别可靠的方式利用这种效应，Si的含量可以被设置为至少1.0重量％。同样地，为了避免负面影响，限制Si的含量为最多2重量％是有益的。

在根据本发明加工的钢中，铝可以部分替代Si的含量。与此同时，与Si类似，铝在钢铁生产过程中具有脱氧反应。为了这个目的，可以提供最小为0.01重量％含量的Al。较高的铝含量被证明是有利的，例如当Al的添加是为了将钢铁的硬度或抗拉强度设定为低的值以利于改进的变形性。

Si和Al的另一个功能包括抑制贝氏体里碳化物的形成并且因此通过溶解C而稳定残留奥氏体直到低的温度。

Al和Si的同时存在的积极影响因此可以被特别有效地利用，当Si和Al的含量处在根据本发明预先定义的限制范围内以满足下述条件：0.8％Si+0.8％Al＞1.2重量％(其中，％Si表征以重量％计的Si的含量，Al％表征以重量％计的Al的含量)。

根据本发明的预先定义的微观结构的形成可以被确保，特别是由该事实即根据本发明所加工的钢铁中的锰、铬、镍、铜和碳的含量以及根据本发明的扁钢中相应的锰、铬、镍、铜和碳的含量满足下述条件：

1＜0.5％Mn+0.167％Cr+0.125％Ni+0.125％铜+1.334％C＜2

其中，％Mn表征以重量％计的相应Mn的含量，％Cr表征以重量％计的相应Cr的含量，％Ni表征以重量％计的相应Ni的含量，％Cu表征以重量％计的相应Cu的含量和％C表征以重量％计的相应C的含量。

为了生产根据本发明的扁钢产品，由具有根据本发明的组成物的钢铸造的原始或者初级产品首先被带到或保持在某温度，该温度足以结束热轧工艺，该热轧工艺从位于830-1000℃范围内的热轧结束温度处的该温度开始执行加工。在其离开被用于热轧的最后轧制机座后，所述热轧钢带在与轧制机相邻的辊台上被冷却。紧接着该辊台，该热轧钢带进入卷绕装置里，在其中被缠绕以形成一个卷圈。

卷绕温度必须是至少560℃，使得较软的、由铁素体和珠光体组成的热轧钢带微观结构被形成。为此目的的优选温度曲线产生了，如果热轧结束温度处于850-950℃的范围内，特别是在880-950℃的范围内。为此目的，通常初级产品被加热到位于1100-1300℃的范围内的温度下或者保持在热轧之前该温度下。如此得到的热轧钢带的微观结构主要由铁素体和珠光体组成。出现晶界氧化的风险可以凭借该事实被最小化，即该卷绕温度被限制为最高750℃。

卷绕后，该热轧钢带被进行冷轧，不言而喻地，热轧钢带可以在冷轧前通过化学或机械手段被常规地除去氧化层。

冷轧被实施到至少30％特别是至少45％冷轧的程度，以便在随后的退火过程中加速再结晶和转变。通常更好的表面质量也可以通过观察冷轧的相对高的程度而获得。至少50％的冷轧程度已被证明用于该目的是特别有利的。

在冷轧后，根据本发明所得到的冷轧钢带在连续通路里完成退火周期，在此期间，其在第一退火阶段被加热到至少800℃，优选至少830℃的温度。该第一退火阶段持续至少这样一段时间，从而该冷轧钢带被完全奥氏体化。为此通常需要50-150秒。

在第一退火期阶段，该产品以冷却速度为至少8℃/秒特别是10℃/秒被淬火。为此淬火的目标温度是最多470℃的保持温度并且其比马氏体开始温度MS要高，从该开始温度，马氏体形式在的冷轧钢带的微观结构里。实践中，300-420℃特别是330-420℃的范围可以被用来表明该保持温度所处的范围。

从各自的保持温度开始加工，冷轧钢带在第二退火阶段被保持在保持温度范围内，准确地说直到至少20体积％的冷轧钢带的微观结构已经转化为贝氏体。该保持在此可以被执行如在冷却期间在所到达的保持温度下的等温保持或者在保持温度范围内的缓慢降低温度。

根据本发明生产的扁钢产品可以以常规方式被涂覆金属保护层。例如这可以通过热浸涂覆来实现。如果在金属涂层施加之前需要退火，根据本发明所提供的热处理可以在该退火的过程中进行。

具体实施方式

本发明将在随后的示例性实施例的基础上进行更加详细的说明。

五块钢S1-S5被熔化，其组分被标示在表1中。

相应组分的钢熔体被以传统方式进行浇筑以形成坯料，从该坯料中分离出厚的板。该厚的板然后以类似的常规方式被加热至再加热温度。

被加热的厚板以类似的常规热轧站群被热轧以形成具有2mm厚度的热轧钢带。

在每种情况下，该热轧结束温度处在830-900℃的范围内。该热轧钢带被从该温度冷却至位于560℃之上的卷绕温度并且随后被卷绕以形成卷圈。

如此得到的该热轧钢带在卷绕之后被除去表层并且在除去表层之后被冷轧以形成具有50％冷轧程度的冷轧钢带。

这些冷轧钢带的相对大量的试样然后经受热处理，在该热处理中，其在第一退火步骤中以至少1.9℃/秒的加热速率被加热到位于830-850℃范围内的第一退火温度。该冷轧钢带在该温度被保持120秒的时间，直到它们已经完全加热透。

随后进行的是淬火，在此期间，冷轧钢带以至少8℃/秒的冷却速率被淬火到处于350-420℃范围内的保持温度T2。具体而言，在测试的第一批中，该保持温度T2为300℃、310℃、330℃、340℃、375℃、390℃和410℃。该冷轧钢带的试样在各自的保持温度T2下被保持了退火持续时间t2。

在图1中，所实现的拉伸强度Rm被绘制了针对各自退火温度T2的图。可以看出，由钢S5产生的冷轧钢带试样仅在特定的退火条件下均达到1400兆帕所需要的最小抗张强度，然而由其它钢生产的冷轧钢带试样的拉伸强度始终可靠地高于最小限制1400兆帕。钢S5相对低的碳含量处于根据本发明的预先设定的含量范围的下限，已被确定为症结所在。

在图2中，由钢S4产生的冷轧钢带试样的拉伸强度被绘制第二退火阶段的退火时间t2的图。可以看出，不论各自的退火时间t2，在310℃、330℃和350℃的保持温度下即在310-350℃的保持温度范围内的保持温度下被保持的冷轧钢带试样达到了所要求的1400MPa拉伸强度。

在图3中，由钢S5产生的冷轧钢带试样的拉伸强度被类似地绘制为针对第二退火阶段的退火持续时间t2的图示。可以看到，在350℃和390℃的保持温度下即在350-390℃范围内的保持温度下被保持的冷轧钢带试样达到所要求的1400MPa拉伸强度，如果退火持续时间t2小于145秒。

在图4中，由钢S4产生的冷轧钢带试样的延展性A80被绘制为针对第二退火阶段的退火持续时间t2的图示。不论相应的退火持续时间t2，在310℃、330℃和350℃的保持温度下即在310-350℃保持温度范围下，被保持的冷轧钢带试样达到所需的最小延展性A80。

在图5中，由钢S5产生的冷轧钢带试样的延展性A80被绘制为针对第二退火阶段的退火时间t2的图示。在此也可以看出，不论各个保持温度T2及其各个退火持续时间t2，该冷轧钢带试样达到了至少5％的所需延展性A80。因此，如果短的退火持续时间和适当低的保持温度T 2被遵照执行，具有高的抗拉强度Rm并结合有足够的延展性A80的根据本发明的冷轧扁钢产品可以由钢S5来生产，尽管其相对低的C含量。

图6示出了在部分中的根据本发明的冷轧钢带的横截面的放大图。在该图中，例如残留奥氏体的块RA-b被标记并且该点由画圈的方式进行强调，在该点处，薄膜状残留奥氏体RA-f以层状的分层方式呈现。

Claims (15)

1.一种冷轧扁钢产品，具有至少1400MPa的抗张强度Rm和至少5％的延展性A80，并且除铁和不可避免的杂质之外，含有以重量％计：

碳：0.10-0.60％，

硅：0.4-2.5％，

铝：高达3.0％，

锰：0.4-3.0％，

镍：高达1.0％，

铜：高达2.0％，

钼：高达0.4％，

铬：高达2％，

钴：高达1.5％，

钛：高达0.2％，

铌：高达0.2％，

钒：高达0.5％，

其中，该扁钢产品的微观结构由达到至少20体积％的贝氏体、达到10–35体积％的残留奥氏体和作为剩余部分的马氏体组成,并且所述残留奥氏体主要以具有小于5微米粒度的块状残留奥氏体的小球状的岛的薄膜的形式存在于所述冷轧扁钢产品中。

2.根据权利要求1所述的扁钢产品，其特征在于，该扁钢产品的碳含量为至少0.25重量％。

3.根据前述任意一项权利要求所述的扁钢产品，其特征在于，该扁钢产品的碳含量为至少0.27重量％。

4.根据前述权利要求1-2中任一项所述的扁钢产品，其特征在于，该扁钢产品的硅含量为至少1.0重量％。

5.根据前述权利要求1-2中任一项所述的扁钢产品，其特征在于，该扁钢产品的铝含量为至少0.01重量％。

6.根据前述权利要求1-2中任一项所述的扁钢产品，其特征在于，该扁钢产品的铜含量为至少0.2重量％。

7.根据权利要求5所述的扁钢产品，其特征在于，该扁钢产品的铜含量为至少0.55重量％。

8.根据前述权利要求1-2中任一项所述的扁钢产品，其特征在于：该扁钢产品的铬含量为至少0.3重量％。

9.根据前述权利要求1-2中任一项所述的扁钢产品，其特征在于，该扁钢产品的锰、铬、镍、铜和碳的含量满足下述条件：

1<0.5％锰+0.167％铬+0.125％镍+0.125％铜+1.334％碳<2，

其中，％锰：以重量％计的相应锰的含量，

％铬：以重量％计的相应铬的含量，

％镍：以重量％计的相应镍的含量，

％铜：以重量％计的相应铜的含量，

％碳：以重量％计的相应碳的含量。

10.根据前述权利要求1-2中任一项所述的扁钢产品，其特征在于，该扁钢产品的微观结构包括至少50体积％的贝氏体。

11.根据前述权利要求1-2中任一项所述的扁钢产品，其特征在于，该扁钢产品的微观结构包括10-25体积％的残留奥氏体。

12.一种用于制造根据权利要求1至11任意一项构成的扁钢产品的方法，所述方法包括以下工作步骤：

以厚板、薄板或铸钢带方式提供初级产品，其除了铁和不可避免的杂质之外包括以重量％计的碳：0.10-0.60％，硅：0.4-2.5％，铝：高达3.0％，锰：0.4-3.0％，镍：高达1.0％，铜：高达2.0％，钼：高达0.4％，铬：高达2％，钴：高达1.5％，钛：高达0.2％，铌：高达0.2％，钒：高达0.5％；

热轧所述初级产品以在一个或多个轧制通道里形成热轧钢带，其中，所得到的热轧钢带在其离开最后的轧制通道时具有至少830℃的热轧结束温度；

在位于该热轧结束温度和560℃之间的卷绕温度下卷绕所得到的热轧带钢；

冷轧该热轧钢带以形成具有至少30％冷轧度的冷轧钢带；

热处理所得到的冷轧钢带，其中，在所述热处理的过程中，该冷轧钢带

-被加热到达到至少800℃的退火温度，

-以至少8℃/s的冷却速率从该退火温度被冷却到保持温度，该保持温度位于保持温度范围内，该保持温度范围具有470℃上限并且具有比马氏体开始温度MS高的下限，从该马氏体开始温度开始，马氏体形成在该冷轧钢带的微观结构里，以及

-在该保持温度下被保持足以在冷轧钢带的微观结构里形成至少20体积％贝氏体的一段时间。

13.根据权利要求12的所述方法，其特征在于，该热轧结束温度为850-950℃。

14.根据权利要求12和13之一的所述方法，其特征在于，该保持温度为300-420℃。

15.根据权利要求12至13任意一项的所述方法，其特征在于，该冷轧钢带在热处理后被涂覆有金属保护层。