CN103168105A - 一种带钢复合体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种三层带钢复合体，该复合体由置于具有第二显微组织的两带钢之间的具有第一显微组织的带钢构成，其中在与接触具有第一显微组织的带钢的表面相对的表面上在具有第二种显微组织的每一带钢上均存在金属或金属合金涂层。

Description

一种带钢复合体及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种生产带钢复合体的方法及通过所述方法生产的带钢。
背景技术
先进高强度钢（AHSS）和超高强度钢（UHSS）广泛用于汽车工业，这是由于与其他高强度钢（HSS）相比具有改善的屈服强度。高强度钢一般通过固溶、析出、或晶粒细化得到硬化，而AHSS则通过相变得到硬化。AHSS和UHSS包含奥氏体、铁素体、贝氏体和马氏体基显微组织，并包括双相（DP）钢、相变感生塑性（TRIP）钢、TRIP辅助双相（TADP）钢和孪生感生塑性钢（TWIP）。
为了使其能够在汽车工业中应用，对AHSS/UHSS钢进行热浸镀锌从而为下方的AHSS/UHSS基材提供腐蚀防护。为了得到需要的强度水平和控制相变，需要合金化元素如硅、锰、铬和铝，硅因为相对便宜而是特别有利的。
已知以上合金化元素特别是AHSS/UHSS中硅的添加降低热浸镀锌过程中锌的润湿和粘附，因此观察到了镀锌(galvanised)表面品质下降到不可接受的水平。替代性电镀方法如电镀锌可以用来取代热浸镀锌，但这类方法倾向于更加昂贵，并随之带来氢侵入的风险和伴随的脆化。
因此这样的问题产生了：难以提供具有改善的强度和延展性，以及具有可以接受直到达到优异热浸镀锌能力的钢。
本发明的目的是提供一种用于改善具有高合金含量的钢的热浸镀锌能力的方法。
本发明的进一步的目的是提供具有改善的强度和延展性以及可以接受直到达到优异热浸镀锌能力的钢。
发明概述
根据本发明的第一方面，提供了三层带钢复合体，该复合体包含置于具有第二显微组织的两片带钢之间的具有第一显微组织的带钢构成，其中在具有第二显微组织的每一带钢上，在与接触具有第一显微组织的带钢的表面相对的表面上均存在金属或金属合金涂层。
具有第一显微组织的带钢（芯材）由于芯材中的高合金化元素含量而表现出高强度和延展性。从这一方面来说，带钢的芯材优选地包含至少2重量%Mn和/或至少0.5重量%Si。但是，该合金化元素降低了金属或金属合金涂层与钢芯材基材的润湿和/或粘附。因此这种施加的该涂层的表面品质将具有不可接受的水平。与之相对照，具有第二显微组织（覆层）的带钢是高度可成型的并包含低合金化元素含量，其促进了金属或金属合金涂层与覆层的润湿和/粘附。
发明人已经发现，通过提供由具有低合金化元素含量的两片带钢和置于两者之间具有高合金含量的带钢组成的带钢复合体，可提供具有改善的强度和延展性，以及改善的涂覆性能的复合体。通过改善的涂覆性能，应该明白金属涂层之内或之上的裸区、裂纹或发裂（flakes）的形成将会减少或消除。
在本发明的优选实施方案中，金属或金属合金涂层是锌、铝或其合金。通过用锌、铝或其合金涂覆具有第二显微组织的每一带钢，对钢赋予牺牲性腐蚀防护，因为锌和铝在钢中将优先于铁氧化。
在本发明的一个优选的实施方案中，金属合金可进一步包含镁以改善牺牲性腐蚀层的抗腐蚀性和导电性。其他元素如Si、Ti、Cu、Ni、Co和Cr也可存在于金属合金涂层中。
在本发明的优选实施方案中，具有第二显微组织的每一钢包含1-10%，优选地1-5%的带钢复合体的总厚度。具有第二显微组织的每一带钢不应超过比复合体总厚度10%大的厚度，否则带钢复合体的整体强度将会降低。但是，具有第二显微组织的每一带钢的厚度不应小于复合体总厚度的1%，因为这导致金属涂层的裸区和/或发裂的形成。如果具有第二显微组织的每一带钢具有5%的厚度，那么相对于包括少于5%的具有第二显微组织的带钢复合体，该复合体表现出改善的镀锌结果和改善的焊接能力。
在本发明的优选实施方案中，带钢复合体的厚度为0.5-10mm，优选地0.5-4mm且更优选地0.5-2.5mm。
在本发明的优选实施方案中，具有第一显微组织的带钢为先进高强度钢或超高强度钢例如双相(DP)钢、相变感生增韧(TRIP)钢、TRIP辅助双相(TADP)钢，孪生诱发增韧钢(TWIP)钢。包括任一以上钢的复合体表现出了相对于其他高强度钢的改善的强度和延伸性特征。因此，AHSS和UHSS的低潜力区（down-gauging potential）得到改善；这样的性质特别对其中减重成为越来越重要课题的汽车部门有吸引力。
在本发明的优选实施方案中，先进高强度钢或超高强度带钢材料以重量%计包含0.04-0.30%C、1.0-3.5%Mn、0-1.0%Si、0-2.0%Al和0-1.0%Cr。可以存在其他元素例如V、Nb、Ti和B，但通常是少量的。
优选地，具有第一显微组织的带钢为TRIP钢，该TRIP钢以重量%计包含0.10-0.30%C、1.0-3.5%Mn、0.2-0.8%Si和0.5-2.0%Al，优选地，0.10-0.20%C，1.0-2.0%Mn，0.2-0.6%Si和0.5-1.5Al。少量的其他合金化元素也可存在。优选地，Si+Al不超过1.5重量%，但当没有Al时，可添加1.0-2.0重量%，优选地1.0-1.5重量%的Si。
在TRIP钢的情形中，第一显微组织包括铁素体、贝氏体和残余奥氏体的三相显微组织。在塑性变形期间，残余奥氏体转变成马氏体，这导致钢表现出提高的强度和延展性。
优选地，具有第一显微组织的带钢为TWIP钢，该TWIP钢含有10-40重量%锰，优选地，12-25重量%锰和至多10重量%铝。TWIP钢一般难以进行镀锌。但在TWIP钢两侧上均提供具有第二显微组织的带钢引起TWIP钢改善的镀锌响应。
在本发明的优选实施方案中，具有第一显微组织的带钢为淬火并分割的钢，该钢包含0.15-0.4重量%C、1.0-3.0重量%Mn、1.0-2.5重量%Si、0-0.5重量%Mo和0-1.0重量%Cr，优选地，0.15-0.22重量%C、1.0-1.7重量%Mn、1.0-1.7重量%Si、0-0.25重量%Mo和0-0.5重量%Cr，余量为铁和不可避免的杂质。其他合金化元素例如P、Ti、V、Ni、Nb、B和Ta可以存在，但是为少量的。Q&P钢的显微组织包括马氏体和富碳的奥氏体，和在某些情况下的等轴铁素体。加热Q&P钢以部分或全部形成奥氏体，随后通过淬火至马氏体化开始温度(Ms)和马氏体化结束温度之间的温度(Mf)，由此产生受控量的马氏体和残余奥氏体。随后使Q&P钢经受热处理以从马氏体中将碳分离进入奥氏体。通过分离，渗碳体的形成受到抑制且奥氏体得到稳定化而非分解。奥氏体的稳定化导致钢展示出相对于传统强度钢改善的延展性。
在优选实施方案中，具有第一显微组织的带钢为低密度钢，其以重量%计含有0-0.2%C、0-2.0%Si、0-5.0%Mn、2.0-17.0%Al、0-3.0%Cr、0-0.2%Ti和0-0.2%Ce，优选地0.005-0.2%C、0-1.5%Si、0-3.0%Mn、2.0-9.0%Al、0-2.1%Cr、0-0.1%Ti和0-0.15%Ce，余量为铁和不可避免的杂质。在低密度双相钢包括10-30重量%Mn和5-10重量%Al的情况下，低密度钢包含铁素体显微组织或铁素体和奥氏体显微组织。
在本发明的优选实施方案中，具有第二显微组织的带钢为无晶隙钢(IF)、超低碳钢(ELC)、超级低碳钢(ULC)或低碳钢(LC)钢，优选地其以重量%计含有0-0.1%C、0-1.0%Mn、0-0.1%Si、0-0.1Al和0-0.1Cr，优选地0.001-0.005%C、0.05-1%Mn、0-0.1%Si、0-0.1Al和0-0.1Cr，余量为铁和不可避免的杂质。其他合金化元素例如Mo、P、Ti、V、Ni、Nb和Ta可以但仅以少量存在。
以上钢覆层基材都包含少量的(≤1wt%)合金化元素，因此相应的合金氧化物的存在也少。通过具有低含量的合金氧化物，金属或金属合金涂层与覆层的润湿性提高到使所施加的涂层的表面品质达到可接受的水平的范围。
在本发明的优选实施方案中，具有第一显微组织的带钢包含奥氏体。
在本发明的优选实施方案中，带钢复合体具有400MPa以上的屈服强度，使该复合体适合汽车应用。
在本发明的优选实施方案中，带钢复合体具有强度800MPa以上的拉伸强度，使该复合体适合用于汽车应用。
根据本发明的第二个方面，提供了一种用于生产三层带钢复合体的方法，该方法包括如下步骤：提供具有第一显微组织钢板和具有第二种显微组织的两片带钢；脱氧和清洁该钢板和每一带钢和将钢板置于两片带钢之间以形成三层堆积组件（package）；对堆积组件进行轧制以形成复合体并在具有第二显微组织的每一带钢上，在与具有第一显微组织带钢接触的表面相对的表面上提供金属涂层。
通过遵从以上方法，可提供具有改善的强度和延展性以及改善的涂覆性能的带钢复合体。在将带钢进行堆积以形成堆积组件之前，具有第一显微组织的钢板和具有第二显微组织的带钢的接触表面通过刷洗、研磨和/或酸洗来脱氧和清洁。通过压制之前的清洁，可导致脆性的金属间颗粒基本不存在。
在本发明的优选实施方案中，复合体通过热轧、冷轧或通过热轧然后冷轧进行成型。在复合体通过热轧成型时，将三层堆积组件在1250℃和800℃之间进行加热和热轧；最终热轧道次之后的温度应当高于奥氏体(Ac)温度。如此生产的复合体具有约4mm的厚度。然后使复合体经受受控冷却至卷取温度以控制钢中的相变。在冷轧前将复合体卷取并使冷却至室温以进一步降低复合体的厚度。优选地，冷轧钢复合体具有1.5mm的厚度。然后使复合体经受连续退火循环并随后在具有第二显微组织的每一带钢上，在与具有第一显微组织的带钢接触的表面相对的表面上提供金属涂层。在复合体通过冷轧而成型时，需要至少一个压下量为25-50%，优选30-50%且更加优选地35-45%的冷轧道次。带钢复合体，不论是通过热轧，通过冷轧还是通过热轧然后冷轧而成型，均表现出在具有第一显微组织的带钢和具有第二显微组织的带钢的原子之间的充分金属键合。
在本发明的优选实施方案中，在轧制步骤前对堆积组件进行周向焊接。通过将具有第一显微组织的带钢和具有第二显微组织的带钢焊接到一起，防止了氧进入具有两者之间的界面的接触，否则这将在界面处导致氧化物形成和长大。
在本发明的优选实施方案中，金属涂层是通过热浸镀锌或通过电镀锌得到的。
附图简介
现在通过引用附图的例子来说明本发明。
图1示意性地显示了三层带钢复合体的横截面。
图2显示为三层带钢复合体的退火和镀锌循环，其中
I为加热速率:～20℃/s；
II为退火前加热速率:5-7℃/s；
III830或930+/-25℃，60sec(标准气体环境和露点)均热；
V退火后的淬火(～20-30℃/s)；
V460℃下镀锌～3sec。
图3显示了(a)Q&P钢的热浸镀锌响应，其中该钢在930℃均热60秒且其中露点为-40℃；和(b)由置于两片低碳带钢之间的Q&P钢组成的三层带钢复合体，其中该复合体在930℃均热60秒且其中露点为-40℃。
根据一个实施例，Q&P钢(2)以铸块形式提供，在1250℃热轧，并从100mm开坯轧制至32mm的平坦钢板。将具有4mm的带钢厚度的两片低碳带钢(3)切割至比Q&P板材小约1mm的宽度。在向Q&P板材的每一侧提供低碳带钢导致三层堆积组件之前，将每一基材的接触表面都进行都刷洗和磨铣。通过矩形电弧焊将堆积组件的不同层焊接在一起。
然后，在以六道次进行热轧（27-17.8-12-8-6-4mm）之前加热所焊接的三层堆积组件至1250℃持续30分钟，最终道次在880℃下进行，由此形成带钢复合体(1)。复合体采用表格模拟从840℃以30℃/s的速率冷却至600℃，并采用暖卷取模拟（warm coil simulation）冷却至室温。然后将复合体酸洗并以0.5mm道次冷轧至1.5mm。
冷轧之后，根据图2的退火和镀锌循环，对复合体进行退火和镀锌以在复合体(1)的每一低碳带钢（3）上提供锌涂层(4)。
在下表1中给出了根据本发明的Q&P钢和低碳钢的化学组成(以重量%计，除非具体说明)。
表1也给出了先进和超高强度钢，例如TWIP和TRIP钢，以及低密度和低密度双相钢的化学组成。上述钢包含高合金化元素含量并因此为可用于代替带钢复合体中的Ｑ&P钢的合适芯材材料。
表1
合金 C Mn Si Al Cr B Ti
O&P 0.179 1.63 1.41 - - 17ppm 0.002
低碳 0.022 0.173 0.003 0.056 - <5ppm 0.001
TRIP 0.2 1.7 1.5 - - - -
TWIP 0.7 14.5 0.2 3 - - -
低密度 0.47 3.4 - 9.7 - - -
LD双相 0.50 26.0 - 10.0 - - -
在表2中给出了Q&P钢和复合体的力学性能，在该复合体中Q&P钢置于两片低碳带钢之间。
表2
Figure BDA00003033990300071
依据ISO20482-2003进行了埃里克森杯突试验。复合体的埃里克森杯高度比用作参比的Q&P钢大约20%。而且，复合体失效前的垂直弯曲角和应变分别为57%和47%，这优于对Q&P参比得到的结果。改善的力学性能已归因于在低碳钢表面处的改善的对裂纹产生的抵抗性。
热浸镀锌后的Q&P参比和带钢复合体的可见观察表明在Q&P参比上没有观察到锌润湿。但可看到复合体的很好的润湿且没有裸区。
采用标准1/2弯曲试验测试锌粘附性。由于在Q&P参比上不可接受的锌润湿，未对Q&P参比测试。复合体变形后，锌层仅表现出极少的标准小裂纹。弯曲试验后不可能将锌从复合体上剥落，这是很好的锌粘附性的又一标志。
可在图3看到与热浸镀锌响应有关的结果。

Claims (17)

1.三层带钢复合体，其由置于具有第二显微组织的两片带钢之间的具有第一显微组织的带钢构成，其中在具有第二显微组织的每一带钢上，在与具有第一显微组织的带钢接触的表面相对的表面上存在金属或金属合金涂层。
2.根据权利要求1的带钢复合体，其中金属或金属合金涂层为锌、铝或其合金。
3.根据权利要求2的带钢复合体，其中金属合金进一步包含Mg、Si、Ti、Cu、Ni、Co、Cr或其混合物。
4.根据权利要求1-3的任何一项的三层带钢复合体，其中具有第二显微组织每一带钢占复合体的总厚度的1-10%，优选地1-5%。
5.根据前述权利要求的任何一项的带钢复合体，其中带钢复合体的厚度为0.5-10mm，优选地为0.5-4mm并且更优选地为0.5-2.5mm。
6.根据前述权利要求的任何一项的带钢复合体，其中具有第一显微组织的带钢包含奥氏体。
7.根据前述权利要求的任何一项的带钢复合体，其中具有第一显微组织的带钢为先进高强度钢或超高强度钢。
8.根据前述权利要求的任何一项的带钢复合体，其中先进高强度钢或超高强度钢以重量%计包含0.04-0.30%C、1.0-3.5%Mn、0-1.0%Si、0-2.0%Al和0-1.0%Cr，余量为铁和不可避免的杂质。
9.根据权利要求1-6的任何一项的带钢复合体，其中具有第一显微组织的带钢为经淬火和分离的钢，其以重量%计含有0.15-0.4%C、1.0-3.0%Mn、1.0-2.5%Si、0-0.5%Mo和0-1.0%Cr，优选地，0.15-0.22%C、1.0-1.7%Mn、1.0-1.7%Si、0-0.25%Mo和0-0.5%Cr，余量为铁和不可避免的杂质。
10.根据权利要求1-5的任何一项的带钢复合体，其中具有第一显微组织的带钢为低密度钢，其以重量%计包含0-0.2%C、0-2.0%Si、0-5%Mn、2-17%Al、0-3%Cr、0-0.2%Ti和0-0.2%Ce，优选地0.005-0.2%C、0-1.5%Si、0-3%Mn、2-9%Al、0-2.1%Cr、0-0.1%Ti和0-0.15%Ce，余量为铁和不可避免的杂质。
11.根据前述权利要求中的任何一项的带钢复合体，其中具有第二显微组织的带钢为无晶隙(IF)、超低碳(ELC)、超级低碳(ULC)或低碳(LC)钢，其以重量%计包含0-0.1%C，0-1.0%Mn，0-0.1%Si，0-0.1Al和0-0.1Cr，优选地0.001-0.005%C，0.05-1%Mn，0-0.1%Si，0-0.1%Al和0-0.1%Cr，余量为铁和不可避免的杂质。
12.根据任何一项前述权利要求的带钢复合体，其中带钢复合体具有400MPa以上的屈服强度。
13.根据任何一项前述权利要求的带钢复合体，其中带钢复合体具有800MPa以上的拉伸强度。
14.用于生产根据权利要求1-13的任何一项的三层带钢复合体的方法，其包括如下步骤：提供具有第一显微组织的钢板和具有第二显微组织的两片带钢；脱氧和清洁该钢板和每一带钢，并将钢板置于二片带钢之间以形成三层堆积组件；轧制该堆积组件以形成复合体和在具有第二显微组织的每一带钢上提供金属涂层。
15.根据权利要求14的用于生产带钢复合体的方法，其中复合体通过热轧，冷轧或通过热轧然后冷轧进行成型。
16.根据权利要求14或权利要求15的用于生产带钢复合体的方法，其中将堆积组件在轧制步骤前进行周向焊接。
17.根据任何一项权利要求14-16的用于生产带钢复合体的方法，其中提供金属涂层的步骤为通过热浸镀锌或电镀锌进行的。
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