CN101553586A - 具有优良耐候性的可成型高强度冷轧钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具有优良耐候性和80或更高kgf/mm抗张强度的可成型高强度冷轧钢板；一种制造所述钢板的方法。所述可成型冷轧钢板包括，以重量计：碳(C)：0.10至0.20％、硅(Si)：0.05至0.25％、锰(Mn)：1.0至2.5％、磷(P)：0.02％或更低、硫(S)：0.01％或更低、铝(Al)：0.02至0.07％、铌(Nb)：0.02至0.08％、镍(Ni)：0.05至0.30％、铜(Cu)：0.1至0.5％、铬(Cr)：0.8至1.5％和钴(Co)：0.01至0.10％，以及余量的铁和其它不可避免的杂质，其中低温转变结构存在的体积为10至30％，其余部分为铁素体结构。

Description

具有优良耐候性的可成型高强度冷轧钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于建筑、铁路车辆、集装箱等的具有优良耐候性的可成型高强度冷轧钢板及其制造方法。更具体而言，本发明涉及一种具有高强度特性和优良可加工性的耐候性冷轧钢板，所述钢板能够确保Cu-Co体系组分中的低温转变结构；以及一种制造所述钢板的方法。
背景技术
在本领域，诸如不锈钢或铝等材料已被用于制造轻质的集装箱或铁路车辆并延长它们的寿命。这类产品所需的物理性能不仅包括强度性能，还包括可弯曲加工性、可焊性、耐久性等。
对于运输结构而言，迫切需要轻质的集装箱以增加单次可运输的货物重量。过去广泛使用根据ISO标准制造的20或40英尺集装箱，但发展趋势则是越来越多地使用长45至53英尺的集装箱，而这些长的集装箱具有大于3吨的自身重量。因此，制造轻质集装箱首先考虑的一点是通过制造高强度钢来以减少钢板厚度。例如，假设将1TEU(以20英尺等量单位作为集装箱单位，指一个20英尺集装箱)的集装箱货物载上船并运送过大西洋，那么如果该集装箱可减少约10％的重量，则可降低所用原材料的成本。而且，还可减少在使用矿物资源过程中所产生CO2的量，从而阻止全球变暖。
为此目的，优选将抗张强度为80kgf/mm2或更高的高强度钢板用作集装箱材料中的一种。具体而言，由于集装箱应当耐受陆地或海洋上的各种气候条件，所以根据运输条件，集装箱主要使用具有优良耐候性的钢制造。
例如，一种耐候性冷轧钢板——SPA-C(参见韩国标准KS D3542和JIS G3125)——已经广泛用于本领域，但这些钢板具有约50kg/mm2的低抗张强度。当由具有低抗张强度的钢制成较大容量的产品时，运输成本会因钢重量的增加而增加。并且，具有60至80kg/mm2抗张强度的高强度冷轧钢板已用于汽车的结构元件中，但由于它们基于强度特性制造，故得到的高强度冷轧钢板不具有所需的耐候性。
近来，集装箱工业领域已制造出重量显著降低的较大集装箱以降低制造成本和解决环境问题。因此，已尝试较大地改善运输效率。特别是，需要一种具有耐候性和高强度的钢板，并已提出关于制造这种钢板的方法的技术。
例如，日本专利公开文本平7-207408提出了一种制造热轧钢带的方法，其包括：于1100至1300℃加热钢，所述钢包括，以重量计：C：0.008％或更低、Si：0.5至2.5％、Mn：0.1至3.5％、P：0.03至0.20％、S：0.01％或更低、Cu：0.05至2.0％、Al：0.005至0.1％、N：0.008％或更低、Cr：0.05至6.0％、Ni：0.05至2.0％、Mo：0.05至3.0％以及B：0.0003至0.002％；于800至950℃停止轧钢；以及于400至700℃卷取所述钢。然而，该专利示出了，难以获得具有80kg/mm2抗张强度的钢带，因为仅在少数实施方案中钢带具有60至70kg/mm2的抗张强度，而在大多数实施方案的情况下其抗张强度为50kg/mm2。在上述组合物中，应大量加入诸如Cr、Mo等组分以改善钢的可淬性，这会使得可焊性劣化并增加制造成本。
并且，日本专利公开文本平11-21622提出了这样一种方法，其包括：于1050至1300℃加热钢，所述钢包括，以重量计：C：0.15％或更低、Si：0.7％或更低、Mn：0.2至1.5％、P：0.03至0.15％、S：0.02％或更低、Cu：0.4％或更低、Al：0.01至0.1％、Cr：0.1％或更低、Ni：0.4至4.0％以及Mo：0.1至1.5％；于950℃或以上热轧40％或更多的钢；于900至750℃停止轧钢；以及用空气冷却所述热轧钢。上述专利示出了，大多数钢板具有50kg/mm2的抗张强度，而少数钢板具有60kg/mm2的抗张强度。因此，该技术通常仅可应用于具有50kg/mm2抗张强度的钢板。另外，其公开了加入0.03至0.15％的大量的P以改善钢在海水环境中的耐蚀性，但加入大量的P会导致冷轧板的中心偏析，从而使钢板的可加工性有可能急剧劣化。
此外，日本专利公开文本平6-104858公开了这样一种技术，其包括：将钢中钛的含量调至12.1Xti，eff(％)/Mn(％)＞1.0，所述钢包括，以重量计：C：0.02至0.12％、Si：0.5％或更低、Mn：0.1至2.0％、P：0.07至0.15％、S：0.02％或更低、Cu：0.25至0.55％或更低、Al：0.01至0.05％、Cr：0.3至1.25％、N2：0.006％或更低以及Ti：0.06至0.20％；于1180℃或以上再加热钢；于880至950℃热轧钢；以及于650℃或以下卷取钢。该专利示出了，加入的Ti的量与作为抑制沉淀的元素而加入的Mn的量有关。然而，该专利显示了该钢板具有60kg/mm2的抗张强度，这低于本发明要求保护的钢板的抗张强度(80kg/mm2)。
发明内容
技术问题
本发明的一方面提供这样一种可成型高强度冷轧钢板，其具有80kg/mm2或更高的抗张强度以及优良的耐候性和可加工性。
技术方案
根据本发明的一方面，提供一种具有优良耐候性的可成型高强度冷轧钢板，其包括，以重量计：碳(C)：0.10至0.20％、硅(Si)：0.05至0.25％、锰(Mn)：1.0至2.5％、磷(P)：0.02％或更低、硫(S)：0.01％或更低、铝(Al)：0.02至0.07％、铌(Nb)：0.02至0.08％、镍(Ni)：0.05至0.30％、铜(Cu)：0.1至0.5％、铬(Cr)：0.8至1.5％和钴(Co)：0.01至0.10％，以及余量的铁和其它不可避免的杂质，其中低温转变结构存在的体积为10至30％，其余部分为铁素体结构。
所述低温转变结构可包括选自马氏体和贝氏体中的至少一种。所述低温转变结构优选包括大量马氏体和少量贝氏体。
根据本发明的另一方面，提供一种制造具有优良耐候性的可成型高强度冷轧钢板的方法，所述方法包括：于1150至1300℃再加热钢，所述钢包括，以重量计：碳(C)：0.10至0.20％、硅(Si)：0.05至0.25％、锰(Mn)：1.0至2.5％、磷(P)：0.02％或更低、硫(S)：0.01％或更低、铝(Al)：0.02至0.07％、铌(Nb)：0.02至0.08％、镍(Ni)：0.05至0.30％、铜(Cu)：0.1至0.5％、铬(Cr)：0.8至1.5％和钴(Co)：0.01至0.10％，以及余量的铁和其它不可避免的杂质；于750至930℃的精轧温度热轧所述钢；于400至650℃卷取所述热轧钢；冷轧所述卷取钢；以及在(A1转变点+30℃)至(A3转变点或以下)的温度条件下连续退火所述冷轧钢以制备10至30％的低温转变结构和余量的铁素体结构。
有益效果
根据本发明，可成型高强度冷轧钢板可用于既耐候性和机械特性，又同时确保优良的可加工性。因此，可提供一种具有高附加值的钢板，所述附加值包括例如其在拉张加工中的用途等。
本发明的最佳实施方式
下文将详细描述本发明。
本发明人已进行了巨大努力来开发一种满足多种物理性能以及耐候性，并可确保高的抗张强度，例如80kg/mm2或更高的抗张强度的冷轧钢板，因此，基于上述事实而完成本发明。本发明的特征在于，通过最优化Cu-Co耐候性组分体系中的附加组分例如Mn和Cr的量而制成一种低温结构，从而获得高强度特性以及耐候性和可加工性。本发明冷轧钢板中的组分将得以更详细地说明。
碳(C)优选在0.10至0.20重量％(下文简称为百分数(％))范围内。
碳(C)为一种为改善钢板强度而加入的元素。在该情况下，钢板的抗张强度和屈服强度随碳(C)含量的增加而增加，但因为碳(C)的过量加入会造成可加工性的劣化，故其上限优选为0.20％。同时，当碳(C)的含量小于0.10％时，无法保证充分的沉淀强化效应，当碳(C)以0.09％左右的含量范围存在时，还会在连续铸造过程中频繁发生横裂现象。
硅(Si)优选在0.05至0.25％范围内。
硅(Si)为一种用来使钢水脱氧和提供固溶强化效应并通过与Fe在高温下于钢板的表层上形成一层致密的Fe2SiO4氧化层来改善钢板耐蚀性的元素。在该情况下，硅(Si)优选加入至少0.05％的量以满足上述效果。因此，应当加入硅(Si)以改善钢板的耐候性，但当硅(Si)加入过量时可使钢板的可焊性和涂覆性能劣化。因此，硅(Si)优选加入0.25％或更少的量。
锰(Mn)优选在1.0至2.5％范围内。
锰(Mn)是一种通过固溶体而有效强化钢并在增加钢的强度和改善钢的可热加工性方面起重要作用的元素。然而，锰(Mn)可通过形成MnS而限制钢的延展性和可加工性。当锰(Mn)的含量低时，钢的可加工性是合乎所需的，但钢的可淬性会劣化，这使得难以确保所需的钢强度。因此，锰(Mn)优选以1.0％或更高的量加入以确保所需的钢强度。然而，过量的锰(Mn)由于昂贵合金元素的过量使用而不利于钢经济效益和可加工性，因此锰(Mn)的上限优选为2.5％。
磷(P)优选在0.02％或更低范围内。
由于磷(P)可改善钢的耐蚀性，因此考虑到耐蚀性优选加入大量的磷(P)。然而，由于磷(P)会在成型过程中造成极为严重的中心偏析，所以大量磷(P)的加入会导致可加工性和韧性的劣化。因此，优选将磷(P)的含量限定在0.02％或更低范围内。
硫(S)优选在0.01％或更低范围内。
已知硫(S)为一种可有效改善钢耐蚀性的元素，但由于硫(S)会在钢中与Mn结合而形成一种可作为腐蚀起点的非金属夹杂物，故硫(S)的含量优选尽可能低。因此，硫(S)的含量优选设定为0.01％或更低范围，更优选0.005％或更低。
铝(Al)优选在0.02至0.07％范围内。
铝(Al)为一种通常可有效改善钢水脱氧和钢耐蚀性的元素。当铝(Al)加入过量时，钢中形成的夹杂物增加而使钢的可加工性劣化，因此，铝(Al)的含量优选设定为0.02至0.07％范围。
铌(Nb)优选在0.02至0.08％范围内。
铌(Nb)为一种可通过结合和提取钢中的C、N2等而能增加钢板强度、并能延缓铁素体重结晶的元素。在该情况下，铌(Nb)优选以0.02％或更大的量加入以确保所需的钢硬度。但当加入的铌(Nb)的量超过0.08％时，会导致制造成本的增加和热轧加工性的劣化。
镍(Ni)优选在0.05至0.3％范围内。
镍(Ni)为一种用于改善钢的耐蚀性、以及用于防止通常在加Cu钢的成型过程中产生的铸造应变的元素。在该情况下，镍(Ni)以0.05％或更大的量加入以显示上述效果。然而，当镍(Ni)的含量超过0.3％时，与所述效应相反，其耐蚀性可能劣化，并且可能由于该昂贵合金元素的过量使用而增加制造成本。
铜(Cu)优选在0.1至0.5％范围内。
铜(Cu)为一种通过在腐蚀环境下形成稳定锈层而改善钢的耐蚀性的元素。在该情况下，铜(Cu)加入0.1％或更大的量以确保所需的耐蚀性。然而，当加入的铜(Cu)的量超过0.5％时，可能在钢的铸造过程中产生晶界裂纹，热轧钢板的表面也可能会变得粗糙。
铬(Cr)优选在0.8至1.5％范围内。
铬(Cr)与铜(Cu)一样是一种用于形成稳定锈层的元素。在该情况下，铬(Cr)优选以0.8％或更大的量加入以确保耐蚀性和提供强度。并且，当加入的铬(Cr)的量超过1.5％时，与所述效果相反，可能引起裂缝腐蚀，并且制造成本还可能急剧增加。
钴(Co)优选在0.01至0.1％范围内。
钴(Co)为一种与Cu和Cr反应以促进抑制钢的表层腐蚀的产物形成的元素，加入Cu和Cr以确保钢的耐蚀性。在该情况下，钴(Co)优选以0.01％或更大的量加入以获得上述效果。然而，当加入的钴(Co)的量超过0.10％时，与对改善耐蚀性效果的贡献相反，制造成本可能增加。
所述冷轧钢板的组成包括上述组分、余量的Fe和其它不可避免的杂质。必要时可加入合金元素以改善耐候性钢的物理性质。在此，即使向所述冷轧钢板的组成中加入本发明示例性实施方案中未描述的合金元素，也不认为所述合金元素超出了本发明的范围和主旨。
本发明冷轧钢板的微观结构包括10至30体积％(下文简称为百分数(％))的低温转变结构及其余的铁素体结构。所述低温转变结构以10％或更大的体积存在以减小屈服强度并增加应变硬化指数，从而可确保优良的可加工性。当低温转变结构的体积小于10％时，由于当钢中仍然存在固溶元素时会显示出非连续的屈服性能，这会使工艺过程中产生加工缺陷，故难以确保所需的可加工性。当低温转变结构的体积超过30％时，可加工性不好。根据本发明，低温转变结构包括马氏体和贝氏体，它们可单独或结合使用。所述低温转变结构最优选包括作为主要成分的马氏体和作为次要成分的贝氏体。
下文将对本发明冷轧钢板的制造方法进行详细描述。
具有优良耐候性和可加工性以及80kg/mm2或更大的抗张强度的高强度冷轧钢板可通过以下方法制造：于1150至1300℃的再热温度及750至930℃的精轧温度下在热轧操作中轧制具有上述化学组成的钢；于400至650℃卷取所述钢；在冷轧和连续退火过程中于(A1转变点+30℃)至(A3转变点或以下)的温度下热处理所述卷取钢，其中所得钢具有低温转变结构。
当再热温度低于1150℃时，在成型过程中形成的凝固晶粒结构(solidification grain structure)被不完全破坏，这导致中心偏析的严重增加。因此，最终形成的晶粒相掺混而使钢的可加工性和冲击韧性显著劣化。并且，当再热温度超过1300℃时，会加快因氧化反应而致的氧化层形成(scale formation)从而显著减小钢板厚度，并会在再热操作过程中形成粗晶，其会导致冲击韧性劣化。因此，由于加热装置的增加会造成大的经济损失，所以再热温度优选在1150至1300℃范围内。
当精轧温度超过930℃时，所述钢在其整个厚度上热轧不均匀而不能充分地形成微晶，因此钢的冲击韧性会因粗晶的存在而劣化。但当热精轧温度低于750℃时，由于钢以低温热轧而会突然形成晶体的掺合物，其会导致耐蚀性和可加工性劣化。因此，热精轧温度优选限于750至930℃范围内。
卷取过程在热精轧过程之后进行。在该情况下，当卷取温度超过650℃时，不充分的提取作用使钢板强度较低，从而不能确保获得所需的80kg/mm2的强度。但当卷取温度低于400℃时，在钢板被冷却并保持低温的情况下可形成硬质相。因此，由于轧制机的轧制力会在冷轧的过程中增加，故难以确保轧制性能；因此卷取温度优选限定在400至650℃的温度范围内。
同时，当完成上述精轧过程时，所述钢优选在卷取过程前于输入辊道(ROT)中冷却。根据本发明的示例性实施方案，钢的冷却速率优选在每秒20至40℃范围内，但本发明对此无特别限制。当冷却速率小于每秒20℃时，晶粒的生长加快而形成相对粗的晶粒，从而降低钢强度。当冷却率超过每秒40℃时，可能形成一种硬质第二相钢例如贝氏体而使钢的冷轧性能劣化。
在冷轧条件下将热轧钢冷轧后进行连续的退火过程。在该情况下，退火温度优选设定在(A1转变点+30℃)至(A3转变点或以下)温度范围内以确保钢的所需物理性能。退火过程后，所得钢板优选包括10至30％的低温转变结构和余量的铁素体结构。
当连续退火过程中的退火温度低于(A1转变点+30℃)时，延展性可能因冷轧过程中变形晶粒的存在而严重劣化，且在钢退火后的冷却过程中难以获得所需体积分数的第二相钢，这会导致可加工性劣化。而当退火温度超过A3转变点时，钢的表面损伤可能因高温退火而日益严重。对于本发明的连续退火过程而言，如果冷却过程可在本发明所需的冷却条件下进行，则可进行该冷却过程。可优选水冷系统，用冷却气体冷却钢也是优选的。
根据本发明的示例性实施方案，本发明的冷轧钢板具有耐候性和高强度特性并满足多种机械加工性能例如弯曲性和延伸性。并且，本发明的冷轧钢板还可通过控制诸如Si等组分而确保诸如可焊性、涂覆性能等物理性质。
具体实施方式
下文将更详细地描述本发明的示例性实施方案。
[实施方案1]
测量具有下表1中所示组成的钢的标准化耐蚀系数(CI)和耐候性。结果列于下表2中。
作为耐候性试验，在30℃下于5％盐水(NaCl溶液)中进行480小时的钢的盐雾试验(SST)。结果列于下表2中。
所述耐蚀系数是一种根据ASTM G101标准对钢的耐候性进行评价而得到的系数。钢的耐候性随耐蚀系数的增加而优化是已知的。这里，耐蚀系数主要基于合金元素计算并由以下公式表示：
耐蚀系数(CI)＝26.01(％Cu)+3.88(％Ni)+1.2(％Cr)+1.49(％Si)+17.28(％P)-7.29(％Cu)(％Ni)-9.10(％Ni)(％P)-33.39(％Cu)2
表1
Figure A20078004525900111
表2
 钢的类型   耐蚀系数(CI)  耐蚀水平(重量损失，gr/cm2)   耐候性评估
 本发明钢1   6.676799  0.0264   良好
 本发明钢2   6.787588  0.0256   良好
 比较钢1   5.687628  0.0312   差
 比较钢2   3.454711  0.0518   差
 比较钢3   5.474161  0.0398   差
 比较钢4   6.404425  0.0296   良好
如表2所示，可以看出由于比较钢1至3具有低耐蚀系数并且其因腐蚀造成的重量损失较高，比较钢难以用于耐候性方面。并且还可看出，就重量损失和耐蚀系数而言，比较钢4和本发明钢1和2具有优良的耐候性。
[实施方案2]
在下表3所示的条件下由实施方案1的表1中所示的本发明钢1和2及比较钢1至4制备各冷轧钢板，并测量所述冷轧钢板的机械性能和机械加工特性。结果列于下表4中。
表3
Figure A20078004525900121
表4
Figure A20078004525900122
Figure A20078004525900131
如表4所示，可以看出，本发明组合物1至4——其中本发明钢中化学组分的含量范围和本发明钢的制造条件满足本发明方法的要求——具有80kgf/mm2或更大的抗张强度，并且在退火过程后具有10％或更大的包括马氏体相在内的第二相的体积分数。因此，由于在弯曲和拉伸过程中均未出现裂纹，故可制造具有耐候性、高强度和高可加工性的冷轧钢板。
但是，比较组合物1至5——其中本发明钢中化学组分的含量范围满足本发明的范围，但本发明钢的制造条件不在本发明的范围内——未能表现出所需的可加工性。也就是说，由于退火温度条件不满足高于(A1转变点+30℃)的本发明退火温度范围，故钢的延展率低于10％，并且由于包括马氏体相在内的第二相的体积分数大于10％，故在拉伸过程中裂纹主要出现于退火钢板中。
同时，当C和Cr的含量超出本发明组合物的含量范围时，于本发明制造条件下制得的比较组合物6和7，与耐候性未达到所需水平的比较钢1相比，具有相对较好的可加工性，但比较组合物6和7的抗张强度虽被认为处于80kgf/mm2的水平，不能保证80kgf/mm2或更高的抗张强度。
此外还显示出，比较钢2(与本发明钢的组成范围相比，其化学组成中Si和P的含量较低而Mn和Co的含量较高)和比较钢3(与本发明钢的组成范围相比，其中Mn和Cr的含量较低)不能确保耐候性，且比较钢2和3即使在本发明的制造条件下制得也不能确保在退火过程后具有所需的第二相体积分数(比较组合物8和9)。因此，揭示出比较钢2和3不能确保表4中所示的可加工性。
同时，当耐候性相对较好的比较钢4在比本发明退火温度范围低的温度下退火时(比较例10)，比较钢4满足所需的抗张强度条件，但在较低的退火温度下，以10％或更小的体积分数对第二相进行处理时，比较钢4中出现裂纹。然而，当比较钢4在升高的退火温度下退火时(比较例11)，也不能确保所需的高强度特性。
虽然已结合示例性实施方案对本发明进行了说明和描述，但对本领域技术人员显而易见的是，可在不偏离所附权利要求书所限定的本发明的主旨和范围的情况下进行多种改进和变化。

Claims (3)

1.一种具有优良耐候性的可成型高强度冷轧钢板，其包括，以重量计：碳(C)：0.10至0.20％、硅(Si)：0.05至0.25％、锰(Mn)：1.0至2.5％、磷(P)：0.02％或更低、硫(S)：0.01％或更低、铝(Al)：0.02至0.07％、铌(Nb)：0.02至0.08％、镍(Ni)：0.05至0.30％、铜(Cu)：0.1至0.5％、铬(Cr)：0.8至1.5％和钴(Co)：0.01至0.10％，以及余量的铁和其它不可避免的杂质，其中低温转变结构存在的体积为10至30％，其余部分为铁素体结构。
2.权利要求1的可成型高强度冷轧钢板，其中所述低温转变结构包括选自马氏体和贝氏体中的至少一种。
3.一种制造具有优良耐候性的可成型高强度冷轧钢板的方法，所述方法包括：
于1150至1300℃再加热钢，所述钢包括，以重量计：碳(C)：0.10至0.20％、硅(Si)：0.05至0.25％、锰(Mn)：1.0至2.5％、磷(P)：0.02％或更低、硫(S)：0.01％或更低、铝(Al)：0.02至0.07％、铌(Nb)：0.02至0.08％、镍(Ni)：0.05至0.30％、铜(Cu)：0.1至0.5％、铬(Cr)：0.8至1.5％和钴(Co)：0.01至0.10％，以及余量的铁和其它不可避免的杂质；
于750至930℃的精轧温度热轧所述钢；
于400至650℃卷取所述热轧钢；
冷轧所述卷取钢；以及
在(A1转变点+30℃)至(A3转变点或以下)的温度条件下连续退火所述冷轧钢以制造10至30％的低温转变结构和余量的铁素体结构。
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