CN101415846A - 调节多相钢的目标特性组合的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
与普通钢品质相比，多相钢具有明显改进的强度和延展性的组合，并因此特别对于汽车工业越来越重要。目前适于汽车制造的最重要的钢种是双相钢和TRIP钢。直接以热轧带材产生适于不同要求的各种多相钢强度级需要非常大量的工艺技能以及事先的合金元素的相应适配。本发明提出紧接以标准分析和标准程序控制进行的多相钢的实际制备实施具有可变退火温度和退火时间的退火处理(30)，由此可调节不同材料的几乎任意组合或特性组合(屈服点高度、抗拉强度大小)。
Description
本发明涉及一种用于调节热轧多相钢的目标特性组合的方法和设备，该多相钢的多相结构含至少30％铁素体和最高50％马氏体，例如双相钢和TRIP钢，该钢以通常的热辊轧钢机、薄板坯浇铸辊轧机或相应的窄带轧钢机和中带轧钢机或线轧钢机用标准分析和标准程序控制制备。
与普通钢品质相比，多相钢具有明显改进的强度和延展性组合，并因此特别在汽车工业有越来越大的重要性。目前适于汽车制造的最重要的钢种是双相钢和TRIP钢。
由于明显较低的制造成本，直接作为热轧带材制备的方案具有经济优点，并由此对未来具有很大的潜力。
双相钢的特征是低的屈服点比值，其通常为50-70％。与HSLA钢(高强度低合金)即高强度低合金结构钢相比，除在相同的拉伸强度下的较低屈服点外其达到明显更好的延伸值。对于一些应用(例如管材)必需将屈服点比值调节到一定的值是所希望的，但断裂伸长率仍要尽可能大。
因为直接制备不同强度等级的热轧带材需要非常广泛的工艺技能，所以现有技术是对各种材料要适配化学分析或工艺控制，其中与双相钢相比，TRIP钢基本上具有较高的屈服点比值。
由EP 1108072 B1已知一种制备双相钢的方法，在该方法中，在带两步冷却的精轧制后实现由70-90％铁素体和30-10％马氏体组成的双相结构。第一步(慢)冷却在冷轧机机列中进行，其中热轧带通过相互呈间隔设置的冷却速度为20-30K/s的水冷级进行特定冷却。调节所述冷却，以使还具有可快速实现铁素体形成的高温度的冷却曲线进入铁素体区。该第一步冷却进行的时间长到使在直接且无停留时间地接着另一(快速)冷却之前至少70％的奥氏体转变成铁素体。
含例如40-70％铁素体、15-40％贝氏体和5-20％残余奥氏体结构的TRIP钢(相变诱导塑性钢)的特别效应是在出现外塑性变形时亚稳态的残余奥氏体转变成马氏体。该与铁素体基质的体积增加和塑性化有关的转变产生了较高的强度并总体上导致较高的塑性延伸，这种转变不单由奥氏体而且也由周围的结构成分产生。以这种方式制备的钢出现了高强度和高延展性的非凡组合，因此其特别适用于汽车工业。
由EP 1396549 A1中已知一种用于制有具有TRIP特性的无珠光体的热轧钢带的方法，在此方法中，将钢水浇铸成薄板坯，该钢水除含铁和不可避免的杂质外还含元素Ti或Nb中至少之一作为主要成分和含最大为0.8％的Cr、最大为0.8％的Cu、最大为1.0％的Ni中的任选一种或多种，所述薄板坯以850-1050℃的入口温度在退火炉中于1000-1200℃下退火10-60分钟。去氧化皮后在750-1000℃下精热轧该薄板坯，并以两步冷却到卷取温度300-530℃，第一步的可控冷却速度至少为150K/s，冷却间歇为4-6秒。除上述程序外，Ti和/或Nb的存在是很重要的，因为这些元素直到开始热轧均保留在溶液中，并且在其其后析出时特别可改进热轧带的颗粒细度、增加残余奥氏体含量和其稳定性。
最后由EP 1394279 B1已知一种制备其抗拉强度大于800Mpa、均匀伸长率大于5％和断裂伸长大于20％的高强度和高延展性的低碳钢的方法。从经硬化的或经调质的前体材料即含0.20％的C、1.60％的Mn和硼杂质和大于90％的马氏体相含量的钢出发，经总轧制度大于20％的冷轧后在500-600℃下进行退火处理，得到含在铁素体中沉积的碳化铁的具有100-300nm的超细结晶粒状铁素体结构的结构。
从该现有技术出发，本发明的目的是提供一种方法和设备，由此可将用标准分析和标准程序控制制备的多相钢转变成具有几乎任意特性组合的钢种。
本发明的目的是通过权利要求1的特征部分实现的，即，紧接来自热轧制或其后的精制步骤如精制构件的冷却，通过后接的或其间的具有可变退火温度和可变退火时间的退火处理可调节多相钢的强度和屈服点到所需组合。实施该方法的设备表征于权利要求8的特征部分中。本发明的有利方案列于从属权利要求中。
通过后接于实际制备的适配本发明的和简单实施的对用标准分析和标准程序控制制备的多相钢进行退火处理可调节几乎任意的不同材料组合或特性组合(屈服点高度、抗拉强度大小)。相反，直接生产不同的多相钢强度级的热轧带材需要非常大量的工艺技能以及事先的合金元素的相应适配。
按本发明，用≤600℃的可变退火温度和≤120秒的同样可变的退火时间的退火处理以使所得结构由铁素体基质以及含10-50％面积份额的经退火的马氏体或贝氏体组成的方式进行。通过退火温度，由于在马氏体或贝氏体颗粒界面上碳化物的细分布析出首先影响屈服点大小，并通过退火时间可调节抗拉强度大小。
实施退火处理可相应于本发明、适配于所存在的情况、与前接的工艺步骤或后接的工艺步骤无关地在直通式退火设备中离线进行，或在现有的工艺流线如在带材镀锌区域在进入锌槽前的镀锌流线的加热步骤中在线进行。
此外，按本发明还可对已完成压制的构件(框结构、轮、连接元件等)进行退火处理，由此附加改进这些构件的机械特性。这种方案的优点在于可对具有低屈服点比值的可良好冷成型的材料在优良的拉伸下成型为构件，由此使工具磨损较低。通过后续的退火处理，构件的强度增加到通常难以预定的值，因为那时成型机的压力不够。
除构件整体退火处理外，按本发明还可对构件的局限部位进行有目的的区域退火处理。目的是部分取代焊接的“拼板(Tailor Blanks)”。在拼板情况下，在构件的某些部位要有目的地焊接更高强度的钢以调节所需的构件刚度。但也可不用这种焊接，只要在相关部位进行区域退火处理代替之。
本发明的在热轧多相钢情况下通过退火处理调节目标特性组合的设备的特征在于一种在生产装置或生产线内于任意可选处配置的热装置，该装置中可实施达≤600℃的退火温度和达≤120s的退火时间的退火处理。该热装置可以是直通式退火设备，在该设备中离线进行例如构件的退火处理，或该退火处理可在现有的工艺流线如在带材镀锌区域在进入锌槽前的镀锌流线的加热阶段中在线进行。
本发明的退火处理的作用方式将特别以下面实施例阐明。双相钢在轧制方向和其横向上具有局部的各向异性的韧性性能。在对以热轧带材制备的具有980-1035N/mm2抗拉强度的双相钢按本发明在500℃下进行60秒短时间退火处理的情况下可对比该两方向中特性的各向异性现象(各向同性特性)。如下表所示，未经处理的热轧带材(退火时间为0s)在轧制纵向和轧制横向上产生明显不同的断裂伸长。通过短时间退火处理(退火时间为1min)该抗拉强度有所降低，对此，断裂伸长值总体上增加到较高水平：
退火时间 Rp0.2 Rm Rp0.2/Rm A
(s) (Mpa) (Mpa) (％)
0 纵向 473 1035 0.46 13.0
横向 469 961 0.48 7.8
60 纵向 503 839 0.60 17.7
横向 513 881 0.58 18.1
这些以双相钢为例所示出的关系同样适用于TRIP钢。
对前述本发明的退火处理的可能实施的其它详情在下面以附图所示流程图详述之。
附图简介
图1示出带材的退火处理流程图，
图2示出线材的退火处理流程图，
图3示出构件的退火处理流程图。
在图1-3中，以流程图形式示出对带材(图1)、线材(图2)和构件(图3)进行本发明的退火处理所需的各工艺步骤，其中各工艺途径用标以数字的方向箭头表示。所有示出的流程图共同之处在于作为起始点均首先进行热轧制，接着是来自热轧制的可控冷却以达到多相结构。对不同材料的其它可能的工艺步骤和实施退火处理的时间点在下面描述。
在图1中示出继续加工前的带材退火处理的可能工艺途径1，2。在工艺途径1中经热轧制10和可控冷却20后进行退火处理30，接着将该带材继续加工成成品80。该退火处理30可在线进行，为此在现有工艺流线中配置相应的直通式炉。
在绘出的工艺途径2中例如进行热轧带材的带钢镀锌40，以便之前可在该镀锌流线的加热步骤中进行在线连续退火处理30。接着在带钢镀锌40之后继续加工成该带材的成品80。
在图2中示出线材退火处理的可能工艺途径1，2，3。在所示的工艺途径1中经热轧制10和接着的可控冷却20后进行退火处理30，其在这里如对于带材一样可在线进行。紧接退火处理30是直接继续加工成成品80。
相应于工艺途径2，在以在线可能进行的退火处理30后还进行其它加工步骤，即连接元件的压制50，之后将线材继续加工成成品80。
或者，连接元件的压制50可在退火处理之前即已进行，如工艺途径3所示。其中给出的相继连接设置的工艺步骤是：热轧制10、可控冷却20、连接元件压制50、退火处理30和最后继续加工成成品80。
在图3中示出构件退火处理的可能工艺途径1，2，3，对所有三个工艺途径可在可控冷却20后进行另一工艺步骤以首先制备坯件60。
在工艺途径1即制备具有经调整的机械特性的构件时，在制备坯件60后进行构件压制70。然后使整个构件经退火处理30，并接着继续加工成成品80。
在工艺途径2即包括先前坯件局部退火的构件制备时，在制备坯件60后进行区域退火处理35，因此必需对已经局部热处理的坯件和由此对具有局部变化的机械特性的坯件进行构件的压制70。
工艺途径2的另一方案是以工艺途径3制备通过该压制构件区域性退火处理35而具有机械特性的附加局部变化的构件，由此该构件压制70可有利地对还未经处理的坯件进行。经该区域性退火35后将该在机械强度上经局部变化的构件继续加工成成品80。
附图标号
1，2，3 工艺途径
10 热轧制
20 可控冷却
30 整个工件的退火处理
35 区域性退火处理
40 带钢镀锌
50 连接元件的压制
60 坯件制备
70 构件的压制
80 继续加工成成品
Claims (11)
1.一种用于调节热轧多相钢的目标特性组合的方法，该多相钢的多相结构含至少30％铁素体和最高50％马氏体，例如双相钢和TRIP钢，该钢以通常的热辊轧钢机、薄板坯浇铸辊轧机或相应的窄带轧钢机和中带轧钢机或线轧钢机用标准分析和标准程序控制制备，其特征在于，紧接来自热轧制(10)或其后的制造步骤如构件精制的冷却，通过后接的或其间的具有可变退火温度和可变退火时间的退火处理(30，35)，调节该多相钢的强度和屈服点性质到所需组合。
2.权利要求1的方法，其特征在于，退火处理(30，35)以使得所得结构由铁素体基质以及含10-50％面积份额的经退火的马氏体或贝氏体组成的方式进行，其中通过退火温度通过在马氏体或贝氏体颗粒界面上碳化物的细分布析出首先影响屈服点大小，并通过退火时间使得抗拉强度大小可调。
3.权利要求1或2的方法，其特征在于，以≤600℃的退火温度和≤120秒的退火时间进行退火处理(30，35)。
4.权利要求1、2或3的方法，其特征在于，退火处理(30，35)在直通式退火设备中离线进行。
5.权利要求1、2或3的方法，其特征在于，退火处理(30，35)在带材镀锌区域(40)在进入锌槽前的镀锌流线的加热阶段中在线进行。
6.权利要求1、2或3的方法，其特征在于，对已完成压制的构件进行退火处理(30，35)。
7.权利要求1、2、3或6的方法，其特征在于，退火处理(35)有目的地区域性进行，即对构件的局限部位进行退火处理。
8.一种用于调节热轧多相钢的目标特性组合的设备，该多相钢的多相结构含至少30％铁素体和最高50％马氏体，例如双相钢和TRIP钢，该钢以通常的热辊轧钢机、薄板坯浇铸辊轧机或相应的窄带轧钢机和中带轧钢机或线轧钢机用标准分析和标准程序控制制备，特别是用于实施上述权利要求1-7中一项或多项的方法的设备，其特征在于，在生产装置或生产线内于任意可选处配置热装置，该装置中可以≤600℃的可变退火温度和达≤120秒的可变退火时间实施退火处理(30，35)。
9.权利要求8的设备，其特征在于，所述热装置是在镀锌流线中在线配置的直通式炉。
10.权利要求8的设备，其特征在于，所述热装置是离线运行的直通式退火设备。
11.权利要求8的设备，其特征在于，所述热装置以使得在实际制备成成品前或后可对构件的局限部位进行区域性退火处理(35)的方式设置。
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