CN104350166B - 具有提高的延展性的高硅轴承双相钢 - Google Patents
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Abstract
一种拉伸强度为至少980MPa并且总延伸率为至少15%的双相钢(马氏体+铁素体)。双相钢可以具有至少18%的总延伸率。双相钢还可以具有至少1180MPa的拉伸强度。双相钢可以包含0.5wt%至3.5wt%之间的Si,并且更优选地包含1.5wt%至2.5wt%之间的Si。
Description
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.119(e)要求2011年11月28日提交的美国临时申请第61/629757号的权益。
技术领域
本发明一般性涉及双相(DP)钢。更具体地本发明涉及具有0.5wt%至3.5wt%的高硅含量的DP钢。最具体地本发明涉及通过水淬连续退火而具有提高的延展性的高Si轴承DP钢。
背景技术
随着高强度钢在汽车行业中的使用增加,存在对于增加强度而没有牺牲可成形性的钢的日益增加的需求。双相(DP)钢由于其提供了强度和延展性的良好平衡而成为常见选择。随着最近开发的钢中的马氏体体积分数持续增加,更进一步地增加了强度,延展性成为限制因素。由于已发现硅将DP钢中的强度延展性曲线向上和向右移动,所以硅是有利的合金元素。然而,硅形成可以引起与锌镀层的粘附问题的氧化物,所以存在在实现所需的机械性质的同时使硅含量最小化的迫切需求。
因而,本领域中存在对极限拉伸强度大于或等于约980MPa并且总延伸率大于或等于约15%的DP钢的需求。
发明内容
本发明为双相钢(马氏体+铁素体)。双相钢具有至少980MPa的拉伸强度和至少15%的总延伸率。双相钢可以具有至少18%的总延伸率。双相钢还可以具有至少1180MPa的拉伸强度。
双相钢可以包含0.5wt%至3.5wt%的Si,并且更优选地包含1.5wt%至2.5wt%的Si。双相钢还可以包含0.1wt%至0.3wt%的C,更优选地包含0.14wt%至0.21wt%的C,并且最优选地包含少于0.19wt%的C(例如约0.15wt%的C)。双相钢还可以包含1wt%至3wt%的Mn,更优选地包含1.75wt%至2.5wt%的Mn,并且最优选地包含约1.8wt%至2.2wt%的Mn。
双相钢还可以包含:0.05wt%至1wt%的Al;总量为0.005wt%至0.1wt%的选自Nb、Ti和V中的一种或更多种元素;以及0至0.3wt%的Mo。
附图说明
图1a和图1b绘制了硅在1.5wt%至2.5wt%之间的变化的0.15C-1.8Mn-0.15Mo-0.02Nb-XSi和0.20C-1.8Mn-0.15Mo-0.02Nb-XSi的TE-TS曲线;
图2a和图2b为来自在两种Si水平(图2a为1.5%的Si,图2b为2.5%的Si)处具有约1300MPa的类似TS的0.2%C钢的SEM显微照片;
图3a和图3b为可以分别分辨出钢的显微组织的580℃和620℃的CT处的热轧带(hot band)的SEM显微照片;
图4a和图4b分别绘制了作为在喷气冷却(GJC)温度为720℃和过老化(Overage,OA)温度为400℃的退火温度(AT)的函数的拉伸性能强度(TS和YS两者)和TE;
图5a至图5d为在图5a为750℃、图5b为775℃、图5c为800℃和图5d为825℃处退火的样品的SEM显微照片,示出了经退火样品的显微组织;
图6a至图6e绘制了表4A的样品的拉伸性能-退火温度;
图6f绘制了表4A的样品的TE-TS;
图7a至图7e绘制了表4B的样品的拉伸性能-退火温度;
图7f绘制了表4B的样品的TE-TS。
具体实施方式
本发明为双相(DP)显微组织(铁素体+马氏体)钢系列。所述钢近乎没有残留奥氏体。发明的钢具有高强度和可成形性的独特组合。本发明的拉伸性能优选地提供给多种钢产品。一种这样的产品具有≥980MPa的极限拉伸强度(UTS)、≥18%的总延伸率(TE)。另一种这样的产品将具有≥1180MPa的UTS和≥15%的TE。
大体上,该合金的组成包含(以wt%计):C:0.1-0.3;Mn:1-3;Si:0.5-3.5;Al:0.05-1;任选的Mo:0-0.3;Nb、Ti、V:总共0.005-0.1;剩余为铁和不可避免的杂质(例如S、P和N)。更优选地碳在0.14wt%至0.21wt%的范围内,并且为了良好的可焊性更优选地低于0.19wt%。最优选地碳为合金的约0.15wt%。锰含量更优选地在1.75wt%至2.5wt%之间,并且最优选地为约1.8wt%至2.2wt%。硅含量更优选地在1.5wt%至2.5wt%之间。
实施例
由于水淬连续退火生产线(WQ-CAL)独特的水淬能力,采用水淬连续退火生产线(WQ-CAL)来制造基于精益化学(lean chemistry based)的马氏体和DP品级。因此,本发明人专注于通过WQ-CAL的DP显微组织。在DP钢中,铁素体和马氏体分别主要控制延展性和强度。因此,为了同时实现高强度和延展性,需要增强铁素体和马氏体两者。Si的添加有效地增加了铁素体的强度并且有利于采用更低分数的马氏体来产生相同强度水平。因此,增强了DP钢的延展性。因此选择高Si轴承DP钢作为主要冶金概念。
为了分析高Si轴承DP钢的冶金效果,已经通过真空感应熔炼制造了具有各种量的Si的实验炉(laboratory heat)。所研究的钢的化学组分列在表1中。第一六种钢基于Si含量为0至2.5wt%范围内的0.15C-1.8Mn-0.15Mo-0.02Nb。其他钢具有Si为1.5wt%至2.5wt%的0.2%的C。应该注意的是,尽管这些钢包含0.15wt%的Mo,但是不要求添加Mo以通过WQ-CAL制造DP显微组织。因而Mo在本发明的合金系列中为可选元素。
表1
ID | C | Mn | Si | Nb | Mo | Al | P | S | N |
15C0Si | 0.15 | 1.77 | 0.01 | 0.019 | 0.15 | 0.037 | 0.008 | 0.005 | 0.0055 |
15C5Si | 0.14 | 1.75 | 0.5 | 0.019 | 0.15 | 0.05 | 0.009 | 0.005 | 0.0055 |
15C10Si | 0.15 | 1.77 | 0.98 | 0.019 | 0.15 | 0.049 | 0.009 | 0.004 | 0.0055 |
15C15Si | 0.14 | 1.8 | 1.56 | 0.017 | 0.15 | 0.071 | 0.008 | 0.005 | 0.005 |
15C20Si | 0.15 | 1.86 | 2.02 | 0.018 | 0.16 | 0.067 | 0.009 | 0.005 | 0.0053 |
15C25Si | 0.14 | 1.86 | 2.5 | 0.018 | 0.16 | 0.075 | 0.008 | 0.005 | 0.0053 |
20C15Si | 0.2 | 1.8 | 1.56 | 0.017 | 0.15 | 0.064 | 0.009 | 0.005 | 0.0061 |
20C20Si | 0.21 | 1.85 | 1.99 | 0.018 | 0.16 | 0.068 | 0.008 | 0.005 | 0.0055 |
20C25Si | 0.21 | 1.85 | 2.51 | 0.018 | 0.16 | 0.064 | 0.008 | 0.005 | 0.0056 |
在目标FT870℃和CT580℃下的热轧之后,在压下量为约50%的冷轧之前对热轧带的两侧进行机械研磨以去除脱碳层。将全硬材料在750℃至875℃的高温盐罐中退火150秒,快速转移到水槽,随后进行400℃/420℃下的回火处理150秒。选择高的过老化温度以便于提高钢的扩孔(hole expansion)和弯曲性(bendability)。对于每种条件进行两种JIS-T拉伸测试。图1a和图1b绘制了对于硅在1.5wt%至2.5wt%之间的变化的0.15C-1.8Mn-0.15Mo-0.02Nb-XSi和0.20C-1.8Mn-0.15Mo-0.02Nb-XSi的TE-TS曲线。图1a和图1b示出Si添加对拉伸强度与总延伸率之间的平衡的影响。在0.15%C钢和0.20%C钢两者中,在相同水平的拉伸强度下Si含量的增加明显增强了延展性。图2a和图2b为来自在两种Si水平(图2a为1.5%Si,图2b为2.5%Si)处具有约1300MPa的类似TS的0.2%C钢的SEM显微照片。图2a和图2b确认了在类似水平的拉伸强度(TS为约1300MPa)下更高的Si具有更多铁素体分数。另外,XRD结果显示在经退火的钢中没有残留奥氏体,使得添加Si未引起TRIP效应。
2.5%Si轴承钢的退火性质
因为如图1所示具有2.5wt%的Si的0.2%C钢实现了有用的拉伸性能,所以对0.2wt%C且2.5wt%Si的钢进行进一步分析。
热轧/冷轧
使用0.2wt%C和2.5wt%Si的钢执行具有580℃和620℃的不同卷取温度(CT)和870℃的相同目标终轧温度(FT)的两种热轧方案。生成的热轧带的拉伸性能总结在表2中。较高的CT产生较高的YS、较低的TS和较好的延展性。较低的CT促进了贝氏体(贝氏体铁素体)的形成导致较低的YS、较高的TS和较低的TE。然而,在两种CT下主要显微组织由铁素体和珠光体组成。图3a和图3b分别为可以分辨出钢的显微组织的580℃和620℃的CT处的热轧带的SEM显微照片。因为两种CT均具有比GA DP T980更低的强度,所以冷轧机负荷没有大的问题。另外,不要求添加Mo以利用WQ-CAL制造DP显微组织。不具有Mo的组成将在所有范围的CT下软化热轧带强度。在机械研磨以去除脱碳层之后,在实验冷轧机上以约50%对热轧带进行冷轧。
表2
退火
使用盐罐,对从在620℃的CT下由热轧带制造的全硬钢进行了退火模拟。在从775℃至825℃的各种温度下对全硬材料进行退火150秒,随后在720℃下处理50秒以模拟喷气冷却并且然后快速水淬。随后使经淬火的样品在400℃过老化150秒。选择400℃的高的过老化温度(OAT)以提高扩孔和弯曲性。图4a和图4b分别绘制了作为在喷气冷却(GJC)温度为720℃和过老化(OA)温度为400℃的退火温度(AT)的函数的拉伸性能强度(TS和YS两者)和TE。YS和TS两者均以TE为代价随着AT增加。800℃的退火温度及720℃的GJC和400℃的OAT能够制造YS为约950MPa、TS为约1250MPa并且TE为约16%的钢。应该注意的是,该组成可以制造TS水平从980MPa至1270MPa变化的多品级的钢:1)YS=800MPa、TS=1080MPa并且TE=20%;以及2)YS=1040MPa、TS=1310MPa并且TE=15%(参见表3)。图5a至图5d为在图5a为750℃、图5b为775℃、图5c为800℃和图5d为825℃处退火的样品的SEM显微照片,示出经退火样品的显微组织。在750℃的AT下退火的样品在完全再结晶铁素体母相中仍然包含未溶的渗碳体,导致高的TE和YPE。从775℃的AT开始,制造了铁素体和回火马氏体的双相显微组织。在800℃的AT下处理的样品包含约40%的马氏体分数并且呈现出约1180MPa的TS;与也包含约40%的马氏体的具有较低的Si含量TS为980的当前工业DP钢相似。可以预期在825℃或更高的AT下处理的高Si DP钢的更高TS和TE的可能组合。对在800℃下退火的样品进行扩孔(HE)和90°自由V形弯曲试验。扩孔和弯曲性分别表明为平均22%(3%的标准公差并且基于4个试验)和1.1r/t。
表3
AT,℃ | 厚度,mm | YS,MPa | TS,MPa | UE,% | TE,% | YPE,% |
725 | 1.5 | 698 | 814 | 15.3 | 25 | 4.6 |
725 | 1.5 | 712 | 819 | 14.9 | 24 | 5 |
750 | 1.5 | 664 | 797 | 15.8 | 26.5 | 4.2 |
750 | 1.5 | 650 | 790 | 15.1 | 27.2 | 2.7 |
775 | 1.5 | 808 | 1074 | 13 | 20.3 | 0 |
775 | 1.5 | 803 | 1091 | 12.5 | 20.1 | 0.3 |
800 | 1.5 | 952 | 1242 | 9.7 | 16.5 | 2.4 |
800 | 1.5 | 959 | 1250 | 9 | 15.8 | 0 |
825 | 1.5 | 1038 | 13.7 | 8.3 | 14.8 | 0 |
825 | 1.5 | 1034 | 1314 | 8.4 | 15.1 | 0 |
表4A示出本发明的基本配方为0.15C-1.8Mn-Si-0.02Nb-0.15Mo、Si在1.5wt%至2.5wt%之间变化的合金的拉伸性能。经冷轧的合金板在750℃至900℃之间的各种温度下退火并且在200℃下过老化处理。
表4B示出本发明的基本配方为0.15C-1.8Mn-Si-0.02Nb-0.15Mo、Si在1.5wt%至2.5wt%之间变化的合金的拉伸性能。经冷轧的合金板在750℃至900℃之间的各种温度下退火并且在420℃下过老化处理。
图6a至图6e绘制了表4A的样品的拉伸性能-退火温度。图6f绘制了表4A的样品的TE-TS。
图7a至图7e绘制了表4B的样品的拉伸性能-退火温度。图7f绘制了表4B的样品的TE-TS。
可以看到,对于200℃和420℃的两个过老化温度,强度(TS和YS两者)随着增加的退火温度而增加。此外,对于200℃和420℃的两个过老化温度,延伸率(TE和UE两者)随着增加退火温度而降低。另一方面,扩孔(HE)似乎在任何可分辨的方式下不受退火温度影响,而OA温度的增加似乎略微提高了平均HE。最后,不同的OA温度似乎未对TE-TS曲线有任何影响。
应该理解的是,本文中所阐述的公开内容以为了确定本发明的完全和完整的公开范围的目的而描述的详细实施方案的方式示出,并且这样的细节不解释为限制该发明的如在所附权利要求书中所阐述和限定的真实范围。
表4A
序号 | Si | AT,C | OAT,C | 厚度 | YSO.2 | TS | UE | TE |
301469 | 1.5 | 750 | 200 | 1.45 | 522 | 1032 | 11.7 | 16.9 |
301470 | 1.5 | 750 | 200 | 1.47 | 524 | 1021 | 11.6 | 17.2 |
300843 | 1.5 | 775 | 200 | 1.50 | 643 | 1184 | 8.8 | 13.7 |
300844 | 1.5 | 775 | 200 | 1.52 | 630 | 1166 | 8.9 | 13.5 |
300487 | 1.5 | 800 | 200 | 1.46 | 688 | 1197 | 7.7 | 11.8 |
300488 | 1.5 | 800 | 200 | 1.46 | 675 | 1195 | 7.9 | 13.8 |
300505 | 1.5 | 825 | 200 | 1.51 | 765 | 1271 | 7.7 | 12.4 |
300506 | 1.5 | 825 | 200 | 1.47 | 781 | 1269 | 7.1 | 12.0 |
300493 | 1.5 | 850 | 200 | 1.48 | 927 | 1333 | 5.7 | 9.9 |
300494 | 1.5 | 850 | 200 | 1.44 | 970 | 1319 | 5.2 | 8.6 |
300511 | 1.5 | 875 | 200 | 1.50 | 1066 | 1387 | 4.7 | 8.9 |
300512 | 1.5 | 875 | 200 | 1.50 | 1075 | 1373 | 4.6 | 9.0 |
301471 | 2 | 750 | 200 | 1.54 | 532 | 1056 | 13.1 | 19.5 |
301472 | 2 | 750 | 200 | 1.56 | 543 | 1062 | 12.6 | 19.2 |
300845 | 2 | 775 | 200 | 1.53 | 606 | 1173 | 10.3 | 16.1 |
300846 | 2 | 775 | 200 | 1.57 | 595 | 1148 | 10.3 | 15.9 |
300489 | 2 | 800 | 200 | 1.40 | 623 | 1180 | 9.2 | 13.2 |
300490 | 2 | 800 | 200 | 1.37 | 629 | 1186 | 9.6 | 14.7 |
300507 | 2 | 825 | 200 | 1.41 | 703 | 1268 | 8.4 | 13.2 |
300508 | 2 | 825 | 200 | 1.42 | 695 | 1265 | 8.7 | 13.2 |
300495 | 2 | 850 | 200 | 1.40 | 748 | 1257 | 6.4 | 10.7 |
300496 | 2 | 850 | 200 | 1.40 | 779 | 1272 | 7.4 | 12.0 |
300513 | 2 | 875 | 200 | 1.37 | 978 | 1366 | 5.7 | 9.0 |
300514 | 2 | 875 | 200 | 1.41 | 956 | 1335 | 4.9 | 8.4 |
301473 | 2.5 | 750 | 200 | 1.67 | 476 | 809 | 14.1 | 21.8 |
301474 | 2.5 | 750 | 200 | 1.45 | 481 | 807 | 12.6 | 19.9 |
300491 | 2.5 | 800 | 200 | 1.41 | 605 | 1168 | 10.2 | 15.3 |
300492 | 2.5 | 800 | 200 | 1.46 | 624 | 1184 | 10.6 | 16.6 |
300509 | 2.5 | 825 | 200 | 1.44 | 657 | 1237 | 9.2 | 14.3 |
300510 | 2.5 | 825 | 200 | 1.45 | 652 | 1235 | 9.9 | 15.8 |
300497 | 2.5 | 850 | 200 | 1.40 | 690 | 1245 | 9.3 | 15.0 |
300498 | 2.5 | 850 | 200 | 1.42 | 684 | 1233 | 8.9 | 14.6 |
300515 | 2.5 | 875 | 200 | 1.47 | 796 | 1285 | 7.6 | 12.8 |
300516 | 2.5 | 875 | 200 | 1.46 | 812 | 1305 | 6.2 | 9.6 |
300847 | 2.5 | 900 | 200 | 1.45 | 860 | 1347 | 7.2 | 12.3 |
300848 | 2.5 | 900 | 200 | 1.42 | 858 | 1347 | 6.9 | 11.6 |
表4B
序号 | Si | AT,C | OAT,C | 厚度 | YSO.2 | TS | UE | TE |
301451 | 1.5 | 750 | 420 | 1.57 | 780 | 976 | 11.0 | 19.7 |
301452 | 1.5 | 750 | 420 | 1.55 | 778 | 980 | 10.4 | 19.6 |
301453 | 1.5 | 775 | 420 | 1.42 | 868 | 1045 | 8.9 | 16.2 |
301454 | 1.5 | 775 | 420 | 1.44 | 834 | 1033 | 9.1 | 16.7 |
301455 | 1.5 | 800 | 420 | 1.44 | 989 | 1133 | 5.2 | 13.1 |
301456 | 1.5 | 800 | 420 | 1.42 | 1007 | 1135 | 5.2 | 13.2 |
301031 | 1.5 | 825 | 420 | 1.46 | 1060 | 1155 | 5.4 | 12.2 |
301032 | 1.5 | 825 | 420 | 1.46 | 1060 | 1146 | 5.5 | 12.1 |
301457 | 2 | 775 | 420 | 1.52 | 855 | 1065 | 9.8 | 17.3 |
301458 | 2 | 775 | 420 | 1.52 | 855 | 1068 | 10.3 | 19.4 |
301459 | 2 | 800 | 420 | 1.56 | 954 | 1120 | 8.7 | 17.2 |
301460 | 2 | 800 | 420 | 1.55 | 954 | 1118 | 8.7 | 15.6 |
301461 | 2 | 825 | 420 | 1.53 | 1043 | 1175 | 5.2 | 14.5 |
301462 | 2 | 825 | 420 | 1.54 | 1062 | 1184 | 5.2 | 16.4 |
301033 | 2 | 850 | 420 | 1.40 | 1111 | 1186 | 5.7 | 10.4 |
301034 | 2 | 850 | 420 | 1.37 | 1112 | 1194 | 5.8 | 11.1 |
301463 | 2.5 | 800 | 420 | 1.53 | 906 | 1118 | 9.6 | 17.6 |
301464 | 2.5 | 800 | 420 | 1.55 | 896 | 1097 | 9.7 | 17.5 |
301465 | 2.5 | 825 | 420 | 1.67 | 991 | 1154 | 8.3 | 15.7 |
301466 | 2.5 | 825 | 420 | 1.66 | 983 | 1147 | 8.8 | 16.6 |
301467 | 2.5 | 850 | 420 | 1.55 | 1071 | 1189 | 7.9 | 13.8 |
301468 | 2.5 | 850 | 420 | 1.54 | 1064 | 1183 | 7.8 | 13.1 |
301035 | 2.5 | 875 | 420 | 1.41 | 1120 | 1217 | 5.8 | 13.9 |
301036 | 2.5 | 875 | 420 | 1.46 | 1132 | 1225 | 6.0 | 13.7 |
Claims (8)
1.一种用于生产双相钢板的工艺,所述双相钢板具有含铁素体和回火马氏体的显微组织,并且具有至少980MPa的拉伸强度,至少18%的总延伸率;所述工艺包含以下步骤:
提供双相热轧钢板,所述双相热轧钢板具有含铁素体和马氏体的显微组织以及具有包含以下的组成:
0.1wt%至0.3wt%的C;
1.5wt%至2.5wt%的Si;
1.75wt%至2.5wt%的Mn;
在750℃至775℃的温度对所述热轧钢板进行退火;
将所述热轧钢板进行水淬;以及
在400℃或420℃的温度对所述钢板进行过老化以将所述热轧钢板中的马氏体转化成回火马氏体。
2.根据权利要求1所述的工艺,其中所述提供双相热轧钢板的步骤包括提供具有包含1.8wt%至2.2wt%的Mn的组成的双相热轧钢板。
3.根据权利要求1所述的工艺,其中所述提供双相热轧钢板的步骤包括提供具有包含0.05wt%至1.0wt%的Al的组成的双相热轧钢板。
4.根据权利要求1所述的工艺,其中提供双相热轧钢板的步骤包括提供具有包含总量为0.005wt%至0.1wt%的选自Nb、Ti和V中的一种或更多种元素的组成的双相热轧钢板。
5.根据权利要求1所述的工艺,其中所述提供双相热轧钢板的步骤包括提供具有包含0至0.3wt%的Mo的组成的双相热轧钢板。
6.根据权利要求1所述的工艺,其中所述双相钢板具有至少1180MPa的拉伸强度。
7.根据权利要求1所述的工艺,其中所述双相钢板具有至少18%的总延伸率。
8.一种用于生产双相钢板的工艺,所述双相钢板具有含铁素体和回火马氏体的显微组织,并且具有至少980MPa的拉伸强度,至少18%的总延伸率;所述工艺包含以下步骤:
提供双相热轧钢板,所述双相热轧钢板具有含铁素体和马氏体的显微组织以及具有包含以下的组成:
0.15wt%的C;
1.5wt%至2.5wt%的Si;
1.8wt%的Mn;
0.02wt%的Nb;
0.15wt%的Mo;
在750℃至775℃的温度对所述热轧钢板进行退火;
将所述热轧钢板进行水淬;以及
在420℃对所述钢板进行过老化以将所述热轧钢板中的马氏体转化成回火马氏体。
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