CN103597100A - 高强度的扁钢产品及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种扁钢产品，该扁钢产品具有至少1200MPa的抗拉强度（R_m）并且由这样的钢构成，该钢除了含有Fe和不可避免的杂质以外，还含有（以重量%示出的）C：0.10-0.50%、Si：0.1-2.5%、Mn：1.0-3.5%、Al：不高于2.5%、P：不高于0.020%、S：不高于0.003%、N：不高于0.02%以及能含有“Cr、Mo、V、Ti、Nb、B和Ca”中的一个或多个元素，这些元素的含量如下：Cr：0.1-0.5%、Mo：0.1-0.3%、V：0.01-0.1%、Ti：0.001-0.15%、Nb：0.02-0.05%、其中对于V、Ti和Nb的含量总和Σ（V、Ti、Nb）下式成立：Σ（V、Ti、Nb）≤0.2%、B：0.0005-0.005%、Ca：不高于0.01%，并且该钢具有这样的组织结构，该组织结构具有（以面积%示出的）低于5%的铁素体、低于10%的贝氏体、5-70%的未回火马氏体、5-30%的残余奥氏体和25-80%的回火马氏体，其中至少99%的、包含在回火马氏体中的碳化铁具有小于500nm的尺寸。由于该组织结构具有的过度回火马氏体份额最小化，因此该扁钢产品具有优化的成形性。此外根据本发明的方法提供了热处理，借助热处理可以有针对性地制造对这种性能最佳的组织结构。

Description

高强度的扁钢产品及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种高强度的扁钢产品和这种扁钢产品的制造方法。

特别是本发明涉及一种具有金属保护层的、高强度的扁钢产品和这种产品的制造方法。

背景技术

在这里所提到的扁钢产品是指钢带、钢板或由它们制得的板材毛坯，例如扁坯。

除非另有明确说明，否则在本申请的说明书以及权利要求中，特定的合金元素的含量分别以重量%示出并且特定的组织成分的含量以面积%示出。

下面提到冷却速度或冷却速率或加热速度或加热速率时，冷却速度以负值给出，因为该冷却速度引起温度降低。相应地，冷却速率在快速冷却过程中比在较慢的冷却过程中具有更低的值。相反，引起温度上升的加热速度以正值给出。

高强度的钢由于其合金组成成分通常易于受到腐蚀因此通常涂敷金属保护层，该金属保护层保护各个钢基体以免与环境中的氧气接触。已知有各种不同的方法用于涂敷这种金属保护层。对此有热浸镀层（专业术语中也称为“火焰镀层”）以及电解镀层。

在电解镀层时涂层金属以电化学的方式沉积在待涂层的、在该过程中大多数情况下略微加热的扁钢产品上，而在热浸镀层过程中将待涂层的产品在浸入到各个熔池中之前进行热处理。对此，将各个扁钢产品在特定的氛围中加热到高温，以设置预期的组织结构并且建立各个扁钢产品的、对于金属涂层的附着最佳的表面状态。然后使扁钢产品通过同样具有提高的温度的熔池，以使涂层材料保持熔融状态。

必要的高温取决于在通过热浸镀层而具有金属保护层的扁钢产品中有1000MPa的强度上限。具有更高强度的扁钢产品通常不能进行火焰镀层，因为由于回火效应而随之进行的加热导致扁钢产品的强度受到巨大损失。因此，目前通常以电解的方式为高强度的扁钢产品设置金属保护层。这个操作步骤的前提条件在于完全干净的表面，在实践中这种表面仅可以通过在电解涂层之前进行的酸洗来确保。

由文献EP 2 267 176 A1已知一种用于制造高强度的、具有通过热浸镀层涂敷的金属保护涂层的冷轧钢带的方法，该方法包括下面的操作步骤：

-热轧由钢锭制成的热轧钢带，

-将热轧钢带冷轧成冷轧钢带，

-热处理冷轧钢带，其中在热处理过程中

-以最大为2℃/s的平均加热速度将冷轧钢带从低于构成冷轧钢带的钢的Ac3温度50℃的温度加热到各自的Ac3温度，

-然后将冷轧钢带在至少与各自的Ac3温度相一致的温度保持至少10s，

-然后以至少20℃/s的平均冷却速度将冷轧钢带冷却到低于经分别加工的钢的马氏体起始温度100-200℃的温度，并且

-最后将冷轧钢带加热1至600s达到300-600℃的温度。

最后使钢带进行热浸镀层。在这个过程中涂敷的金属涂层优选应该是锌涂层。最终以这种方式应该获得具有优化的机械性能、例如具有至少1200MPa的抗拉强度、至少13%的延伸率和至少50%的扩孔率的冷轧钢带。

以前述方式加工的冷轧钢带应该由这样的钢制成，该钢除了含有铁和不可避免的杂质以外，还含有（以重量%示出的）0.05-0.5%的C、0.01-2.5%的Si、0.5-3.5%的Mn、0.003-0.100%的P、不高于0.02%的S和0.010-0.5%的Al。该钢应该同时具有这样的微观结构，该微观结构具有（以面积%示出的）不高于10%的铁素体、不高于10%的马氏体和60-95%的回火马氏体以及另外5-20%的、通过X射线衍射确定的残余奥氏体。此外，该钢可以含有（以重量%示出的）0.005-2.00%的Cr、0.005-2.00%的Mo、0.005-2.00%的V、0.005-2.00%的Ni和0.005-2.00%的Cu以及0.01-0.20%的Ti、0.01-0.20%的Nb、0.0002-0.005%的B、0.001-0.005%的Ca和0.001-0.005%的稀土元素。

发明内容

以前述现有技术为基础，本发明的目的在于，给出能够以低成本制造的高强度扁钢产品，该扁钢产品具有进一步优化的机械性能，该性能特别是反映在非常好的弯曲特性上。

此外应该给出这种扁钢产品的制造方法。特别是这种方法应该能够结合在扁钢产品的热浸镀层的过程中。

针对扁钢产品，根据本发明通过具有权利要求1所给出的特征的这种产品实现了该目的。

针对方法，根据本发明的、上述目的的实现方案在于，在制造根据本发明的扁钢产品时至少完成权利要求6所述的操作步骤。为了实现根据本发明的方法结合到热浸镀层的过程中，可以对此有选择地额外进行权利要求7所给出的操作步骤。

本发明的有利设计在从属权利要求中给出并且和本发明的综合思想一起通过下述阐明。

根据本发明的、能具有通过热镀锌涂敷的金属保护层的扁钢产品具有至少1200MPa的抗拉强度R_m。此外，根据本发明的扁钢产品通常具有下列特征：

-600-1400MPa的屈服强度R_P0.2，

-0.40-0.95的屈强比R_P/R_m，

-10-30%的延伸率A₅₀，

-抗拉强度R_m和延伸率A₅₀的乘积R_m*A₅₀：15000-35000MPa*%，

-扩孔率λ：50-120%（λ=（df-d0）/d0，以[%]示出，其中df=扩张之后的孔直径，以及d0=扩张之前的孔直径），以及

-允许的弯曲角α（回弹之后在弯心半径=2x钢板厚度时）的

范围：100°-180°（能够根据DIN EN7438得到）。

对此根据本发明的扁钢产品由这样的钢构成，该钢除了含有铁和不可避免的杂质以外，还含有（以重量%示出的）C：0.10-0.50%、Si：0.1-2.5%、Mn：1.0-3.5%、Al：不高于2.5%、P：不高于0.020%、S：不高于0.003%、N：不高于0.02%以及能含有“Cr、Mo、V、Ti、Nb、B和Ca”中的一个或多个元素，这些元素的含量如下：Cr：0.1-0.5%、Mo：0.1-0.3%、V：0.01-0.1%、Ti：0.001-0.15%、Nb：0.02-0.05%、其中对于V、Ti和Nb的含量总和∑（V、Ti、Nb）最高等于0.2%、B：0.0005-0.005%、Ca：不高于0.01%。

对于根据本发明的扁钢产品的主要机械性能重要的是，该扁钢产品具有这样的组织结构，该组织结构具有（以面积%示出的）低于5%的铁素体、低于10%的贝氏体、5-70%的未回火马氏体、5-30%的残余奥氏体和25-80%的回火马氏体。其中至少99%含量的、包含在回火马氏体中的碳化铁具有小于500nm的尺寸。

对此，通常根据ISO9042（光学测定）测定未回火马氏体和回火马氏体、贝氏体和铁素体的相分率。此外可以借助X射线衍射法以+/-1面积%的精确度测定残余奥氏体。

因此，将根据本发明的扁钢产品中所谓的“过度回火马氏体”的含量降至最低。过度回火马氏体的特征在于，大于1%含量的碳化物颗粒（碳化铁）的大小大于500nm。例如可以在电子扫描显微镜下、以20000倍的放大倍数、在用百分之三的硝酸进行腐蚀的钢样品上测定过度回火马氏体。通过避免过度回火马氏体，根据本发明的扁钢产品获得最佳的机械性能，该机械性能特别是在扁钢产品的弯曲性能方面产生有利的影响，这种弯曲性能的特征在于具有100°至180°的大弯曲角α。

根据本发明的扁钢产品的钢的C含量限制在0.10和0.50重量%之间的数值上。碳在许多方面影响根据本发明的扁钢产品。首先，在形成奥氏体以及降低Ac3温度时C起着重要的作用。因此，即使同时存在有例如提高Ac3温度的Al元素，足够的C浓度在温度≤960℃时也实现了完全的奥氏体化。此外，在淬火时由于存在C而使残余奥氏体稳定。在分配步骤中继续发挥该效应。稳定的残余奥氏体导致最大的延伸区域，在该区域中能够明显地出现TRIP效应（相变诱发塑性）。此外，马氏体的强度最大程度受到各个C含量的影响。过高的C含量导致马氏体起始温度明显地变成越来越低的温度，因此使根据本发明的扁钢产品的制造变得极其困难。此外，过高的C含量会对可焊接性产生不利的影响。

为了确保根据本发明的扁钢产品的良好的表面质量，在根据本发明的扁钢产品的钢中的Si含量应该低于2.5重量%。但是硅对于抑制渗碳体形成是重要的。通过渗碳体的形成会使C结合为碳化物并因此之后不再能够用于稳定残余奥氏体。此外还可能降低延伸率。通过加入Si而实现的效果有时候也可以通过添加铝来实现。然而，在根据本发明的扁钢产品中始终有最小为0.1重量%的Si，以利用其有利的影响。

1.0-3.5重量%、特别是不高于3.0重量%的锰含量对于根据本发明的扁钢产品的淬透性以及在冷却过程中避免珠光体形成是重要的。这些属性可以形成由马氏体和残余奥氏体构成的并且本身适用于根据本发明进行的分配步骤的起始组织结构。此外，鉴于设置相对低的、例如比-100K/s更快的冷却速率，已证实锰是有利的。相反，过高的Mn浓度对根据本发明的扁钢产品的延伸性能和可焊接性具有不利的影响。

铝在根据本发明的扁钢产品的钢中有不高于2.5%的含量，用于脱氧以及结合必要时所存在的氮。如前所述，然而也可以使用Al来抑制渗碳体并且由此不会像高含量的Si那样对表面质量产生不利的影响。但是Al不是像Si那么有效，此外Al提高了奥氏体化温度。因此，根据本发明的扁钢产品的Al含量限制在最大2.5重量%并且优选限制在0.01和1.5重量%之间的数值上。

磷对于可焊接性是不利的，因此在根据本发明的扁钢产品的钢中磷的含量应该低于0.02重量%。

硫在足够浓度的情况下导致MnS或（Mn,Fe）S的形成，它们对延伸率产生不利的影响。因此在根据本发明的扁钢产品的钢中S含量应该低于0.003重量%。

氮在根据本发明的扁钢产品的钢中结合为氮化物对成形性有不利的影响。因此根据本发明的扁钢产品的N含量应该低于0.02重量%。

为了改善某些特性可以在根据本发明的扁钢产品的钢中含有Cr、Mo、V、Ti、Nb、B和Ca。

因此，在优化强度方面，可以将一种或多种微合金元素V、Ti和Nb加入根据本发明的扁钢产品的钢中。这些元素通过形成非常细微分布的碳化物或碳氮化物而有助于得到更高的强度。0.001重量%的最小Ti含量在分配步骤过程中引起晶界和相界的凝结。然而，过高浓度的V、Ti和Nb可以对残余奥氏体的稳定起到不利的影响。因此，在根据本发明的扁钢产品中的V、Ti和Nb含量的总和限定在0.2重量%。

铬是一种有效的珠光体抑制剂，有助于提高强度，因此可以添加直至0.5重量%的铬到根据本发明的扁钢产品的钢中。高于0.5重量%时有显著的晶界氧化的危险。为了能够可靠地利用Cr的有利影响，可以将Cr含量规定在0.1-0.5重量%。

像Cr一样，钼同样是抑制珠光体形成的非常有效的元素。为了有效地利用这种有利的作用，可以将0.1-0.3重量%的钼加入到根据本发明的扁钢产品的钢中。

硼在晶界处发生偏析并且减缓晶界运动。这在0.0005重量%以上的含量情况下导致对机械性能起到有利作用的、具有精细颗粒的组织结构。然而在加入B时必须有足够的Ti用来结合N。在含量约为0.005重量%时出现B的有利作用的饱和状态。因此，B含量规定在0.0005-0.005重量%。

含量不高于0.01重量%的钙在根据本发明的扁钢产品的钢中用于结合硫以及夹杂物改性。

碳当量CE是描述可焊接性的重要参数。该碳当量在根据本发明的扁钢产品的钢中应该处于0.35-1.2、特别是0.5-1.0的范围中。为了计算碳当量CE在这里使用由美国焊接协会（AWS）所研发的并且在出版物D1.1/D1.1M：2006，钢结构焊接规范，第3.5.2节（表格3.2），58和66页所公开的公式：

CE=%C+（%Mn+%Si）/6+（%Cr+%Mo+%V）/5+（%Ni+%Cu）/15，其中，%C：钢的C含量，

%Mn：钢的Mn含量，

%Si：钢的Si含量，

%Cr：钢的Cr含量，

%Mo：钢的Mo含量，

%V：钢的V含量，

%Ni：钢的Ni含量，

%Cu：钢的Cu含量。

根据本发明的、用于制造能具有通过热浸镀层涂敷的金属保护涂层的高强度扁钢产品的方法包括下列操作步骤：

提供未经镀层的、即还未设置各个保护涂层的扁钢产品，该扁钢产品由与上述根据本发明的扁钢产品相同的钢制成。构成该扁钢产品的钢相应地除了含有铁和不可避免的杂质以外，还含有（以重量%示出的）C：0.10-0.50%、Si：0.1-2.5%、Mn：1.0-3.5%、Al：不高于2.5%、P：不高于0.020%、S：不高于0.003%、N：不高于0.02%以及能含有“Cr、Mo、V、Ti、Nb、B和Ca”中的一个或多个元素，这些元素的含量如下：Cr：0.1-0.5%、Mo：0.1-0.3%、V：0.01-0.1%、Ti：0.001-0.15%、Nb：0.02-0.05%、其中对于V、Ti和Nb的含量总和Σ（V、Ti、Nb）下式成立：Σ（V、Ti、Nb）≤0.2%、B：0.0005-0.005%、Ca：不高于0.01%。所提供的扁钢产品可以特别是经冷轧的扁钢产品。但是也可以按照根据本发明的方式加工经热轧的扁钢产品。

然后以至少3℃/s的加热速度θ_H1、θ_H2将这样提供的扁钢产品加热到处于扁钢产品的钢的Ac3温度以上并且最高为960℃的奥氏体化温度T_HZ。通过快速地加热缩短了工艺流程时间并且在整体上改善了该方法的经济性。

可以按照不同的加热速度θ_H1、θ_H2在两个依次连续进行阶段中加热到奥氏体化温度T_HZ。

对此可以在较低的温度（即，低于T_W）下非常快速地进行加热，以提高工艺流程的经济性。在较高的温度下碳化物开始熔解。较低的加热速度θ_H2对此是有利的，以实现碳以及其他的、可能存在的合金元素（例如，Mo或Cr）的均匀分布。碳化物在低于A_c1温度时就已经可控地熔解，以充分利用相对于在奥氏体中的较慢的扩散而在铁素体中的较快的扩散。因此，通过较低的加热速度θ_H2熔解的原子较均匀地分布在材料中。

为了产生尽可能均质的材料，在奥氏体转变过程中，即在A_c1和A_c3之间限定的加热速率θ_H2是有利的。这有助于在淬火之前得到均匀的起始组织结构从而有助于马氏体的均匀分布以及淬火之后得到精细的残余奥氏体并且最终改善扁钢产品的机械性能。

已证实，在200-500℃的温度下降低加热速度是适宜的。其中，令人惊奇地显示出，甚至可以设置3-10℃/s的加热速度，都不会损害力求达到的效果。

为了达到根据本发明所追求的扁钢产品的性能，可以在具有两个阶段的加热过程中使第一阶段的加热速度θ_H1为5-25℃/s并且使第二阶段的加热速度θ_H2为3-10℃/s、特别是3-5℃/s。对此，可以按照第一阶段加热速度θ_H1将扁钢产品加热到200-500℃、特别是250-500℃的中间温度T_W，然后以第二阶段加热速度θ_H2继续加热直至奥氏体化温度T_HZ。

在达到奥氏体化温度T_HZ之后，根据本发明将扁钢产品在奥氏体化温度T_HZ下保持20-180s的奥氏体化持续时间t_HZ。其中在保持区域中的退火温度应处于A_c3温度以上，以实现完全地奥氏体化。

各个钢的A_c3温度是根据分析并且以传统的测量技术或者例如借助以下经验公式估算而得（合金含量以重量%规定）：

A_c3[℃]=910-203√%C-15.2%Ni+44.7%Si+31.5%Mo+104%V其中，%C：钢的C含量，

%Ni：钢的Ni含量，

%Si：钢的Si含量，

%Mo：钢的Mo含量，

%V：钢的V含量。

在温度高于A_c3的条件下进行退火之后，以冷却速度θ_Q将扁钢产品冷却到冷却终止温度T_Q，该冷却终止温度大于马氏体终止温度T_Mf并且小于马氏体起始温度T_Ms（T_Mf<T_Q<T_Ms）。

根据本发明，在冷却速度θ_Q至少等于、优选快于最小冷却速度θ_Q（min）（θ_Q≤θ_Q（min））的条件下冷却到冷却终止温度T_Q。对此可以根据以下经验公式计算最小冷却速度θ_Q（min）：

θ_Q（min）[℃/s]=-314.35℃/s+(268.74%C+56.27%Si+58.50%Al

+43.40%Mn+195.02%Mo+166.60%Ti+

199.19%Nb)℃/(重量%·s)

其中，%C：钢的C含量，

%Si：钢的Si含量，

%Al：钢的Al含量，

%Mn：钢的Mn含量，

%Mo：钢的Mo含量，

%Ti：钢的Ti含量，

%Nb：钢的Nb含量；

冷却速度θ_Q通常处于-20℃/s至-120℃/s的范围中。在实践中在冷却速度θ_Q处于-51℃/s至-120℃/s时只有在具有低的C含量或Mn含量的钢中能确保满足条件θ_Q≤θ_Q（min）。

在保持最小冷却速度θ_Q（min）的情况下可靠地防止了铁素体和贝氏体的转变，并且在具有不超过30%的残余奥氏体的扁钢产品中出现马氏体的组织结构。

在冷却过程中实际产生多少马氏体取决于在冷却过程中以何种程度将扁钢产品冷却到马氏体起始温度（T_Ms）以下，并且取决于扁钢产品在加速冷却之后保持在冷却终止温度下的保持时间t_Q。根据本发明为保持时间t_Q设置10-60秒、特别是12-40s的一段时间。在前面的大约3至5秒的保持过程中与马氏体的转变并行发生高温均质化。在随后的时间里借助于C扩散固定地出现位错以及出现最精细的析出物。因此，延长保持时间首先引起马氏体份额以及随之屈服强度的提高。随着保持时间的增长减弱了这种效果，其中根据本发明在大约60s之后可以观察到屈服强度减小。

通过根据本发明所进行的冷却到冷却终止温度并且接下来将扁钢产品以根据本发明所规定的时间保持在该温度下可以在提高屈服强度的同时实现变形性能的改善。如果需要最大化抗拉强度和伸长率，那么需要将保持时间t_Q保持在低的范围中，即，10-30s之间。较长的、30-60s的保持时间t_Q对变形性能具有有利的影响。特别是对于弯曲角。

马氏体起始温度T_Ms可以借助于下列公式进行估算：

T_Ms[℃]=539℃+（-423%C-30.4%Mn-7.5%Si+30%Al）℃/重量%其中，%C：钢的C含量，

%Si：钢的Si含量，

%Al：钢的Al含量，

%Mn：钢的Mn含量。

马氏体终止温度T_Mf在实践中可以借助于公式

T_Mf=T_Ms-272℃

计算得出。该公式以下面的假设为基础由Koistinen-Marburger方程式（参见D.P.Koistinen、R.E.Marburger的文献Acta Metall，第7版（1959），第59页）推导得出：

a）如果马氏体份额达到95%，那么将马氏体转变看作已完成。

b）与组成成份无关的常量α为-0.011。

c）马氏体终止温度等于冷却终止温度。

冷却终止温度T_Q通常至少为200℃。

在将扁钢产品冷却并保持在冷却终止温度T_Q之后，从冷却终止温度T_Q开始以2-80℃/s、特别是2-40℃/s的加热速度θ_P1将扁钢产品加热到400-500℃、特别是450-490℃的温度T_P。

对此，优选在1-150s的加热时间t_A之内加热到温度T_P，以实现最佳的经济性。该加热同时可以为下述扩散长度x_D提供部分x_Dr。

将扁钢产品加热并且接下来可选择地额外进行的、以直至500s的保持持续时间t_Pi保持在温度T_P下的目的在于从过饱和的马氏体中浓聚含碳的残余奥氏体。在这里称为“碳分配”，专业术语也称为“分配”。保持持续时间t_Pi特别是不高于200s，其中保持持续时间t_Pi低于10s是特别实用的。

分配可以在加热过程中作为所谓的“倾斜式分配”进行、通过加热之后、保持在分配温度T_P下进行（所谓的“等温分配”）或通过等温分配和倾斜式分配相结合来进行。由此可以达到接下来的热浸镀层所需要的高温，而不会出现异常的回火效应，即马氏体的过度回火。在倾斜式分配中所力求达到的、相对于等温分配较慢的加热速度θ_P1实现了在降低能源消耗时对分别所规定的分配温度T_P的特别精确的调控，因为较高的温度梯度需要设备中较高的能量消耗。

过度回火马氏体的不利影响，例如阻碍塑性延伸并且对马氏体的强度以及变形性能（弯曲角和扩孔率）产生不利影响的粗大碳化物，通过根据本发明加热到保持温度T_P得以避免，其中，可选择的、在分配温度下的保持过程额外地提高了阻止过度回火马氏体的可靠性。特别是通过遵守根据本发明所规定的、由倾斜式分配时间t_PR和等温分配时间t_PI构成的总体分配时间t_PT及分配温度T_P有针对性地抑制了碳化物的形成和残余奥氏体的分解。

根据本发明所规定的分配温度T_P同时确保了在奥氏体中的碳的充分均质化，其中可以通过加热速度θ_P1、分配温度T_P和可选择进行的、以合适的保持时间t_Pi在分配温度T_P下的保持过程来影响均质化。

为了评估在奥氏体中的碳的均质化情况，使用所谓的“扩散长度x_D”。根据扩散长度x_D可以使不同的加热速率、分配温度和可能的分配时间相互进行比较。扩散长度x_D是由倾斜式分配所引起的部分x_Dr和由等温分配所引起的部分x_Di构成（x_D=x_Di+x_Dr）。对此也可以根据各个操作方法使部分x_Dr或x_Di为“0”，其中作为根据本发明的方法的结果在总体上扩散长度x_D始终＞0。

根据下列公式可以为可选择进行的等温分配算出在等温保持过程中所获得的、归入扩散长度x_D的扩散长度x_Di：

$x_{\mathrm{Di}}=6*\sqrt{D*t_{\mathrm{Pi}}}$

其中，t_Pi=进行等温保持所经过的时间，以秒给出，

D=D_O*exp(-Q/RT)，D_O=3.72*10^-5m²/s，

Q=148kJ/mol，R=8.314J/(mol·K)，

T=以开氏温标示出的分配温度T_P。

因为在倾斜式分配中没有等温地进行碳的重新分配，因此为计算经过加热持续时间所达到的扩散长度x_Dr使用数值近似法：

$x_{\mathrm{Dr}}={\mathrm{\&Sigma;}}_j(6*\sqrt{D_j*\mathrm{\&Delta;}{t}_{\mathrm{Pr},j}})$

其中，Δt_Pr,j是以秒给出的、在两次计算之间的时间步长，以及D_j是如上所给出地对各个时间步长的时间点计算而得的各个当前扩散系数D。在确定时间步长Δt_Pr,j时，假设例如在两个计算之间分别间隔1秒钟（Δt_Pr,j=1s）。

对于在加热到分配温度T_P的过程中的分配持续时间t_Pr，原则上成立下式：

t_Pr[s]=0-t_A

也就是说，在这样快速地加热到分配温度T_P，即，在加热过程中没有发生碳的本质上的重新分配的情况下，可以假设持续时间t_Pr=0并且相应地也可以假设部分x_Dr=0。如果将分配的持续时间t_PR限定在最高85s，可以得到特别经济有效的操作方式。

如果各个需要考虑的扩散长度x_Di、x_Dr至少为1.0μm，特别是至少1.5μm，那么根据本发明的方法可获得最佳的工作效果。

通过这样设置在热处理过程中的运行参数，即，提高扩散长度，可以改善各个扁钢产品的弯曲角，而仅微小地影响扩孔率。在继续提高扩散长度的情况下也可以改善扩孔率，然而由此可能伴随有弯曲性能的降低。还更大的扩散长度最终引起弯曲性能和扩孔率的变差。如果在根据本发明的方法中这样设置运行参数，即，扩散长度达到1.5-5.7μm、特别是2.0-4.5μm时得到最佳的工作效果。

借助于扩散长度x_D或者通过改变对其各个数值有影响的主要因素，可以与在分配之前进行的冷却和保持步骤相互作用来影响屈强比。如果例如通过选择低的冷却终止温度T_Q和/或在冷却步骤中较长的保持时间t_Q而产生高达40%甚至更多的马氏体份额，那么可以通过选择高的分配温度T_P和分配时间t_Pt实现较大的扩散长度x_D从而最终达到高的屈强比。如果产生少于大约40%的马氏体，那么扩散长度x_D对屈强比的影响很小。

屈强比是对钢的加工硬化能力的度量。相对低的、约0.50的屈强比对伸长率起到有利的影响，但是对扩孔率和弯曲角有不利的影响。较高的、约0.90的屈强比可以改善扩孔率和弯曲性能，但是在拉伸过程中导致断裂。

分配之后，扁钢产品从分配温度T_P开始，以-3℃/s至-25℃/s、特别是-5℃/s至-15℃/s的冷却速度θ_P2进行冷却。

如果根据本发明的扁钢产品在根据本发明的方法的过程中需要额外地具有热浸涂层，那么从分配温度T_P开始，首先以冷却速度θ_P2将该扁钢产品冷却到400-＜500℃的熔池入口温度T_B。

然后，为了进行热浸镀层使扁钢产品经过熔池，在该扁钢产品离开熔池时，例如以传统的方式通过涂刷喷嘴设置在扁钢产品上所产生的保护涂层的厚度。

最终以冷却速度θ_P2将从熔池中出来的、具有保护涂层的扁钢产品冷却到室温，以重新产生马氏体。

根据本发明的方法特别适用于制造具有锌涂层的扁钢产品。然而也可以将其他例如ZnAl-、ZnMg-或类似金属保护涂层通过热浸镀层涂敷到各个扁钢产品上。

根据本发明所制造的产品具有这样的组织结构，即，该组织结构包含有（分别以面积%示出的）25至80%的回火马氏体（由第一冷却步骤得到的马氏体）、5至70%的新的未回火马氏体（由第二冷却步骤得到的马氏体）、5至30%的残余奥氏体、低于10%的贝氏体（包括0%）和低于5%的铁素体（包括0%）。

铁素体：铁素体是一种组织成份，该组织成份与马氏体相比仅轻微地有助于根据本发明所制造的材料的强度。因此在根据本发明所制造的扁钢产品的组织结构中是不希望存在铁素体的并且应该总是低于5面积%。

贝氏体：在从奥氏体到贝氏体的相位转变过程中在奥氏体-贝氏体的相界前聚集了分散在材料中的碳的一部分，另一部分在贝氏体转变过程中嵌入到贝氏体中。因此与没有形成贝氏体的情况相比，在贝氏体形成的情况下在残余奥氏体中有更少部分的碳可用于浓聚。为了保留尽可能多的碳用于残余奥氏体，必须将贝氏体含量设置地尽可能地低。为了达到所需要的性能特征应该将贝氏体含量限制在最大10面积%。然而，在更低的、低于5面积%的贝氏体含量的情况下会出现更有利的性能。在理想情况下可以完全避免贝氏体的形成，即，将贝氏体含量降至0面积%。

回火马氏体：回火马氏体作为分配之前存在的马氏体是碳的来源，该碳在分配处理过程中扩散到残余奥氏体中并且使其稳定。为了提供有足够的碳，回火马氏体的份额应该至少为25面积%。然而，回火马氏体不能高于80面积%，因此，在第一冷却过程之后可以设置至少20面积%份额的残余奥氏体。在第一冷却过程之后存在的残余奥氏体的份额是在热处理结束之后残余奥氏体形成的基础以及由第二冷却过程所产生的未回火马氏体形成的基础。

未回火马氏体：马氏体作为坚硬的组织成份主要有助于材料强度。为了达到高的强度值，未回火马氏体的份额应该不低于5面积%，回火马氏体的份额应该不低于25面积%。未回火马氏体的份额应该不高于70面积%并且回火马氏体的份额应该不高于80面积%，以确保形成足够的残余奥氏体。

在室温下成品中存在的残余奥氏体：残余奥氏体有助于改善延伸性能。所占份额应该至少为5面积%，以确保材料足够的延伸率。相反，如果残余奥氏体份额超过30面积%，那么就意味着有过少的马氏体可用于强度提升。

因此，根据本发明的方法能够制造精炼的扁钢产品，该扁钢产品具有1200至1900MPa的抗拉强度、600至1400MPa的屈服强度、0.40至0.95的屈强比、10至30%的延伸率（A₅₀）和非常好的可成形性。这表明，对于根据本发明的扁钢产品乘积R_m*A₅₀为15000-35000MPa%。根据本发明的扁钢产品同时具有100至180°的大弯曲角α（根据DIN EN7438，在弯心半径=2.0*钢板厚度时）以及非常好的、50至120%的扩孔率λ的值（根据ISO-TS16630）。因此在根据本发明的扁钢产品中将高强度和良好的变形性能相互结合在一起。

附图说明

图1示出了根据本发明的方法的一个方案，在该方案中，用于将扁钢产品从冷却终止温度T_Q加热到分配温度T_P所需要的加热时间t_A等于倾斜式分配的持续时间t_Pr，并且在该方法的过程中将扁钢产品在镀锌槽（“锌锅”）中进行热浸镀层。

具体实施方式

如果在传统的热浸镀层设备上进行一定的改进，那么原则上根据本发明的方法的、包括热浸镀层的方案可以在该传统的热浸镀层设备中进行。为了达到高于930℃的带钢温度，必要时需要陶制喷嘴。可以借助于现代化的喷气冷却获得高的、直至-120K/s的冷却速度θ_Q。保持在冷却终止温度T_Q之后进行的加热到分配温度T_P可以通过使用助推器来实现。在分配步骤之后，使带钢通过熔池并且为了重新生成马氏体有控制地进行冷却。

已根据多个实施例对本发明进行测试。

对此，对经冷轧的、由表格1所给出的钢A-N制成的钢带样品进行了研究。

以表格2所给出的工艺参数对样品进行根据本发明所预先规定的、图1所示出的工艺步骤。对此，这些工艺参数在根据本发明和非根据本发明的参数之间进行变化，以揭示根据本发明所预先规定的方法以外的效果。扩散长度的计算是基于分别1s的时间步长。

以这种方式得到的冷轧钢带样品的机械性能总结在表格3中。得到的冷轧钢带样品的组织成分在表格4中以“面积%”给出。对此根据ISO9042（光学测定）测定未回火马氏体和回火马氏体、贝氏体和铁素体的相分率。此外借助X射线衍射法以+/-1面积%的精确度测定残余奥氏体。低于5面积%的部分称为微量“Sp.”。

在表格、权利要求和说明书中使用了下列缩写符号：

表格2(第一部分)

表格2(第三部分)

Sp.=微量

表格4(第一部分)

Sp.=微量

表格4(第二部分)

Claims (17)

1.一种扁钢产品，所述扁钢产品具有至少1200MPa的抗拉强度R_m并且由这样的钢构成，所述钢除了含有铁和不可避免的杂质以外，还含有（以重量%示出的）

C：0.10-0.50%，

Si：0.1-2.5%，

Mn：1.0-3.5%，

Al：不高于2.5%，

P：不高于0.020%，

S：不高于0.003%，

N：不高于0.02%，

以及能含有“Cr、Mo、V、Ti、Nb、B和Ca”中的一个或多个元素，这些元素的含量如下：

Cr：0.1-0.5%，

Mo：0.1-0.3%，

V：0.01-0.1%，

Ti：0.001-0.15%，

Nb：0.02-0.05%，

其中对于V、Ti和Nb的含量总和Σ（V、Ti、Nb）下式成立：Σ（V、Ti、Nb）≤0.2%，

B：0.0005-0.005%，

Ca：不高于0.01%，

并且具有这样的组织结构，所述组织结构具有（以面积%示出的）低于5%的铁素体、低于10%的贝氏体、5-70%的未回火马氏体、5-30%的残余奥氏体和25-80%的回火马氏体，其中至少99%的、包含在回火马氏体中的碳化铁具有小于500nm的尺寸。

2.根据权利要求1所述的扁钢产品，其特征在于，（以重量%示出的）所述扁钢产品的Al含量为0.01-1.5%、所述扁钢产品的Cr含量为0.20-0.35%、所述扁钢产品的V含量为0.04-0.08%、所述扁钢产品的Ti含量为0.008-0.14%、所述扁钢产品的B含量为0.002-0.004%或所述扁钢产品的Ca含量为0.0001-0.006%。

3.根据前述权利要求的任意一项所述的扁钢产品，其特征在于，对于所述扁钢产品的钢碳当量CE，下式成立：

0.35重量%≤CE≤1.2重量%

其中，CE=%C+（%Mn+%Si）/6+（%Cr+%Mo+%V）/5+（%Ni+%Cu）/15，

%C：钢的C含量，

%Mn：钢的Mn含量，

%Si：钢的Si含量，

%Cr：钢的Cr含量，

%Mo：钢的Mo含量，

%V：钢的V含量，

%Ni：钢的Ni含量，

%Cu：钢的Cu含量。

4.根据权利要求3所述的扁钢产品，其特征在于，对于所述碳当量CE，下式成立：

0.5重量%≤CE≤1.0重量%。

5.根据前述权利要求的任意一项所述的扁钢产品，其特征在于，为所述扁钢产品提供通过热浸镀层涂敷的金属保护涂层。

6.一种用于制造高强度扁钢产品的方法，所述方法包括下面的操作步骤：

-提供未经涂层的、由这样的钢构成的扁钢产品，所述钢除了含有铁和不可避免的杂质以外，还含有（以重量%示出的）

C：0.10-0.50%，

Si：0.1-2.5%，

Mn：1.0-3.5%，

Al：不高于2.5%，

P：不高于0.020%，

S：不高于0.003%，

N：不高于0.02%，

以及能含有“Cr、Mo、V、Ti、Nb、B和Ca”中的一个或多个元素，

这些元素的含量如下：

Cr：0.1-0.5%，

Mo：0.1-0.3%，

V：0.01-0.1%，

Ti：0.001-0.15%，

Nb：0.02-0.05%，

其中对于V、Ti和Nb的含量总和Σ（V、Ti、Nb）下式成立：Σ（V、Ti、Nb）≤0.2%，

B：0.0005-0.005%，

Ca：不高于0.01%；

-以至少3℃/s的加热速度θ_H1、θ_H2将所述扁钢产品加热到处于扁钢产品的钢的A_c3温度以上并且最高为960℃的奥氏体化温度T_HZ；

-将所述扁钢产品在奥氏体化温度下保持20-180s的奥氏体化持续时间t_HZ；

-以冷却速度θ_Q将所述扁钢产品冷却到冷却终止温度T_Q，所述冷却终止温度大于马氏体终止温度T_Mf并且小于马氏体起始温度T_Ms（T_Mf<T_Q<T_Ms），对于所述冷却速度下式成立：

θ_Q≤θ_Q（min）

其中，θ_Q（min）[℃/s]=-314.35℃/s+(268.74%C+56.27%Si+58.50%Al

+43.40%Mn+195.02%Mo+166.60%Ti+

199.19%Nb)℃/(重量%·s)，

%C：钢的C含量，

%Si：钢的Si含量，

%Al：钢的Al含量，

%Mn：钢的Mn含量，

%Mo：钢的Mo含量，

%Ti：钢的Ti含量，

%Nb：钢的Nb含量；

-将所述扁钢产品在冷却终止温度T_Q下保持10-60s的保持持续时间t_Q；

-从所述冷却终止温度T_Q开始以2-80℃/s的加热速度θ_P1将所述扁钢产品加热到400-500℃的分配温度T_P；

-可选地将所述扁钢产品在分配温度T_P下等温保持最多500s的保持持续时间t_Pi；

-从分配温度T_P开始，以-3℃/s至-25℃/s的冷却速度θ_P2冷却所述扁钢产品。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述方法中从分配温度T_P开始，以冷却速度θ_P2进行冷却

-首先将所述扁钢产品冷却到400℃至＜500℃的熔池入口温度T_B；

-然后，为了进行热浸镀层使冷却到熔池入口温度T_B的所述扁钢产品经过熔池并且设置在所述扁钢产品上产生的保护涂层的厚度；

-以及最终以冷却速度θ_P2将从熔池中出来的、具有保护涂层的扁钢产品冷却到室温。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，以不同的加热速度θ_H1、θ_H2在两个依次连续进行的阶段中加热到奥氏体化温度T_HZ。

9.根据权利要求6至8的任意一项所述的方法，其特征在于，第一阶段的加热速度θ_H1为5-25℃/s以及第二阶段的加热速度θ_H2为3-10℃/s。

10.根据权利要求6至9的任意一项所述的方法，其特征在于，以第一阶段加热速度θ_H1将所述扁钢产品加热到200-500℃的中间温度T_W并且然后以第二阶段加热速度θ_H2继续加热直至奥氏体化温度T_HZ。

11.根据权利要求6至10的任意一项所述的方法，其特征在于，冷却速度θ_Q为-20℃/s至-120℃/s。

12.根据权利要求6至11的任意一项所述的方法，其特征在于，冷却终止温度T_Q至少为200℃。

13.根据权利要求6至12的任意一项所述的方法，其特征在于，所述扁钢产品保持在冷却终止温度T_Q下的保持持续时间t_Q是12-40s。

14.根据权利要求6至13的任意一项所述的方法，其特征在于，在从冷却终止温度T_Q开始的加热过程中，加热速度θ_P1为2-80℃/s。

15.根据权利要求6至14的任意一项所述的方法，其特征在于，在1-150s的加热时间t_A之内加热到分配温度T_P。

16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，对于在加热到分配温度T_P的过程中的分配持续时间t_Pr，下式成立：

t_Pr[s]=0-t_A。

17.根据权利要求6至16的任意一项所述的方法，其特征在于，对于扩散长度x_D，下式成立：

x_D≥1.0μm

其中，x_D=x_Di+x_Dr

x_Di：在等温保持过程中所获得的、纳入到扩散长度x_D的部分，根据下式计算：

$x_{\mathrm{Di}}=6*\sqrt{D*t_{\mathrm{Pi}}}$

其中，t_Pi=进行等温保持所经过的时间，以秒给出，

D=D_O*exp(-Q/RT)，D_O=3.72*10^-5m²/s，

Q=148kJ/mol，R=8.314J/(mol·K)，

T=以开氏温标示出的分配温度T_P，以及

x_Dr：在加热到分配温度T_P的过程中所获得的、纳入到扩散长度x_D的部分，根据下式计算：

$x_{\mathrm{Dr}}={\mathrm{\&Sigma;}}_j(6*\sqrt{D_j*\mathrm{\&Delta;}{t}_{\mathrm{Pr},j}})$

其中，Δt_Pr,j=以秒给出的、在两次计算之间的时间步长，

D_j=D_O*exp(-Q/RT_j)，D_O=3.72*10^-5m²/s，

Q=148kJ/mol，R=8.314J/(mol·K)，

T_j=以开氏温标示出的各个当前分配温度T_P，

其中x_Di或x_Dr也可以是0。

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