CN105074018A - 钢板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有出色的抗老化性和低屈服比性质的钢板及其制备方法。根据本发明的钢板特征在于：以重量％计包含C：0.005-0.06％、Si：0.2％或更少、Mn：1.0-2.0％、P：0.08％或更少、S：0.01％或更少、Al：0.2-2.0％、Cr和Mo中的至少一者以使得0.3≤[Cr]+0.3[Mo]≤2.0、N：0.008％或更少，剩余为铁(Fe)和不可避免的杂质，所述钢板在热轧状态下具有铁素体的单相结构并且在冷轧状态下具有铁素体和马氏体的两相结构。

Description

钢板及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢板制备技术，更具体地涉及具有出色的抗老化性和低的屈服比性质而无需经受回火轧制的钢板及其制备方法。
背景技术
机动车辆的外面板需要具有低的屈服比性质从而保证在成型过程中的形状稳固性。另一方面，制成的机动车辆的成形的外面板需要具有耐冲击性使得其不易于通过外部应力变形。
烘烤硬化钢是一种可以满足所述两种性质的钢，其中固溶碳保留在钢中，使得可以通过在油漆烘烤过程中碳至位错的扩散而增加最终产品的屈服强度，因此保证最终产品的耐冲击性。通常地，烘烤硬化钢保证屈服强度增加3kgf/mm2或更多。
然而，固溶碳即使在非油漆烘烤条件的室温条件下仍然具有一定活性，并且造成老化现象和屈服点伸长。
由于固溶碳扩散至移动位错从而干扰位错的迁移，发生老化现象。老化现象还与固溶碳的量成比例地增加，并且已经广泛使用将钢中的固溶碳的量控制到约0.001重量％的方法从而抑制老化现象。然而，钢中的固溶碳的量由于钢的组分和钢制备过程中的各种过程变量而变化，并且取决于钢的储存温度，钢暴露于可能在任意时间发生老化现象的条件。
通常已知烘烤硬化钢具有在室温下达3个月的抗老化性。然而，事实上，当考虑运输时间和使用时间点时，烘烤硬化钢需要具有更长时间段(约6-12个月)的抗老化性。
同时，用于改进烘烤硬化钢的抗老化性的方法包括增加钢中的位错密度的方法。然而，在该方法中，如果固溶碳的量较大或者如果应用低的减速比或者如果由于操作条件而不能进行合适的回火轧制，将保持一定的屈服点伸长从而造成表面缺陷，或者在短时间段内迅速老化从而降低钢的品质。
涉及本发明的现有技术文献包括名为“经涂布的咬粘硬化类型的冷轧钢板及其制备方法”的韩国专利特开公开No.10-2000-0016460(2000年3月25日公开)。
发明内容
技术问题
本发明的目的是提供具有出色的抗老化性和低的屈服比性质的钢板及其制备方法。
技术方案
为了实现所述目的，根据本发明的实施方案，提供一种钢板，所述钢板包含以重量计0.005-0.06％的碳(C)、0.2％或更少的硅(Si)、1.0-2.0％的锰(Mn)、0.08％或更少的磷(P)、0.01％或更少的硫(S)、0.2-2.0％的铝(Al)、量满足0.3≤[Cr重量％]+0.3[Mo重量％]≤2.0的铬(Cr)和钼(Mo)中的一者或多者，和0.008％或更少的氮(N)，剩余为铁(Fe)和不可避免的杂质，所述钢板在热轧状态下具有铁素体的单相结构并且在冷轧状态下具有铁素体和马氏体的两相结构。
钢板可以包含0.02-0.08重量％的磷(P)。
[Cr重量％]+0.3[Mo重量％]优选为0.5-1.5。
钢板优选包含0.3-1.5重量％的铬(Cr)。在该情况下，钢板可以包含0.02-0.08重量％的磷(P)和0.05-0.4重量％的钼(Mo)中的一者或多者。
钢板优选包含0.3-1.0重量％的铝(Al)。
当钢板在冷轧状态下时，钢板可以包含5.0-10.0面积％的马氏体，剩余为铁素体。在该情况下，在冷轧状态下钢板的铁素体基质中的位错密度为1x1013/m2或更大。
钢板可以具有0.45或更小的屈服比(YP/TS)。
根据本发明的另一个实施方案，提供用于制备钢板的方法，所述方法包括如下步骤：(a)再加热钢板坯，所述钢板坯包含以重量计0.005-0.06％的碳(C)、0.2％或更少的硅(Si)、1.0-2.0％的锰(Mn)、0.08％或更少的磷(P)、0.01％或更少的硫(S)、0.2-2.0％的铝(Al)、量满足0.3≤[Cr重量％]+0.3[Mo重量％]≤2.0的铬(Cr)和钼(Mo)中的一者或多者，和0.008％或更少的氮(N)，剩余为铁(Fe)和不可避免的杂质；(b)在等于或高于Ar3点的温度下热轧经再加热的钢板坯从而获得热轧钢板；(c)在680℃和750℃之间的温度下卷取热轧钢板；(d)酸洗卷取的钢板，然后冷轧；和(e)在820℃和850℃之间的温度下使冷轧钢板退火，然后冷却。
在所述方法中，优选进行退火使得奥氏体的体积分数为15-20体积％。
可以进行冷却直至从450至510℃的温度。在该情况下，所述方法可以进一步包括如下步骤：等温转化经冷却的钢板；并且将经等温转化的钢板冷却至等于或低于Ms点的温度。
此外，可以进行冷却直至等于或低于Ms点的温度。
优选以15至30℃/sec的平均冷却速率进行冷却。
有利效果
在根据本发明的用于制备钢板的方法中，控制热轧过程和退火过程，同时控制合金组分例如铬和铝。由此，钢板在热轧状态下具有铁素体的单相结构，并且在冷轧状态下具有铁素体和马氏体的两相结构。
特别地，当包含5面积％或更多的马氏体时，根据本发明的钢板显示出小于0.2％的屈服点伸长并且在铁素体基质中具有1x1013/m2或更大的高位错密度。因此，根据本发明的钢板制备方法，可以制备具有达12个月或更长的出色的抗老化性质的钢板而无需经受回火轧制。
此外，根据本发明的钢板制备方法，因为省略了回火轧制过程，可以制备具有低屈服比性质(0.45或更小)的钢板。
此外，根据本发明的钢板制备方法，如果碳含量被控制到0.025重量％或更小并且卷取温度被控制到680℃或更高，可以制备显示出38％或更大的伸长和1.2或更大的r-值的钢板，表明钢板具有出色的可成形性。
具体实施方式
下文将具体描述根据本发明的实施方案的钢板及其制备方法。
钢板
根据本发明的钢板包含以重量计0.005-0.06％的碳(C)、0.2％或更小的硅(Si)、1.0-2.0％的锰(Mn)、0.01％或更小的硫(S)、0.2-2.0％的铝(Al)、量满足0.3≤[Cr重量％]+0.3[Mo重量％]≤2.0的铬(Cr)和钼(Mo)中的一者或多者，和0.008％或更小的氮(N)。
此外，钢板可以进一步包含0.02-0.08重量％的磷(P)。
钢板包含上述合金组分，剩余为铁(Fe)和在钢制备过程中不可避免包含的杂质等。
现在将描述本发明的钢板中包含的组分的功能和含量。
碳(C)
马氏体结构为通过由奥氏体结构无扩散转化而包含超饱和碳的结构，碳有助于该马氏体结构的形成。
基于钢板的总重量，优选以0.005-0.06重量％的量包含碳。为了实现38％或更大的伸长的目的，优选以0.005-0.025重量％的量包含碳。在该碳含量范围内，可以获得马氏体结构而无需大大减少钢板的伸长，并且通过该马氏体结构也可以保证抗老化性。如果碳含量小于0.005重量％，将难以形成马氏体结构。相反，如果碳含量大于0.06重量％，钢板的强度将过度增加并且伸长将降低，造成钢板可成形性的降低。
硅(Si)
在钢制备过程中作为脱氧剂加入硅(Si)从而从钢中除去氧。此外，硅有助于通过固溶强化改进钢板的强度。
以钢板的总重量计，优选以0.2重量％或更小，更优选0.1重量％或更小的量包含硅。如果硅的含量大于0.2重量％，将存在的问题是在钢板表面上形成大量氧化物从而降低钢板的可加工性。
锰(Mn)
锰是有效的硬化元素，并且在退火之后的冷却过程中有助于马氏体的形成。
基于钢板的总重量，优选以1.0-2.0重量％的量包含锰。如果锰的含量小于1.0重量％，加入的锰的效果将不足。相反，如果锰的含量大于2.0重量％，钢板的相变温度降低，并且在形成<111>/ND质地之前通过再结晶造成相变，造成可成形性降低，并且锰的表面氧化也可以造成表面品质问题。
硫(S)
硫(S)可以形成MnS从而降低有效锰含量，并且通过MnS造成表面缺陷。
出于该原因，在本发明中，以钢板的总重量计，硫的含量限制于0.01重量％或更小。
铝(Al)
本发明中使用的铝(Al)是充当脱氧剂的元素。特别地，铝是可以延迟Ac3转化因此增加奥氏体中的碳浓度的元素。此外，铝是有效获得在退火之后的冷却过程中甚至具有0.06重量％或更小的低碳含量的硬质奥氏体相的元素。
以钢板的总重量计，优选以0.2-2.0重量％，更优选0.3-1.0重量％的量包含铝。如果铝含量小于0.2重量％，在退火过程中在两相温度范围内奥氏体分数迅速增加从而增加钢板品质的变化，并且奥氏体中的碳浓度也降低，因此在冷却过程中形成碳化物结构例如贝氏体或珠光体，造成屈服强度增加、抗老化性降低和马氏体硬度降低。相反，如果铝含量大于2.0重量％，Ac3温度增加，因此在退火过程中两相分数降低，并且最终抑制马氏体的形成。此外，在该情况下，问题是内含物增加，在退火过程中发生表面氧化，并且镀层品质降低。
铬(Cr)和钼(Mo)
铬(Cr)和钼(Mo)是可以增强钢板的可硬化性从而获得马氏体结构的元素。然而，如果铬含量过高，在退火过程中奥氏体分数迅速增加从而降低碳浓度。此外，如果钼含量过高，Ac3温度增加从而降低奥氏体分数，并且Ac3温度的增加造成一般连续退火作业线中生产率的降低。此外，在铬的情况下，由铬和钼的含量造成的效果的变化是显著的。
基于该事实，本发明人在长时间段内进行研究，由此发现当根据本发明的钢板的合金组成中的铬和钼满足如下条件时，它们有助于获得马氏体结构而不会由于铬和钼的过多含量造成问题：
0.3≤[Cr重量％]+0.3[Mo重量％]≤2.0。
如果[Cr重量％]+0.3[Mo重量％]小于0.3，铬和钼对钢板的可硬化性的改进不显示足够的效果。相反，如果[Cr重量％]+0.3[Mo重量％]大于2.0，可能出现由于过多加入铬或钼而造成的问题。更优选地，在安全获得马氏体方面，[Cr重量％]+0.3[Mo重量％]为0.5≤[Cr重量％]+0.3[Mo重量％]≤1.5。
同时，基于钢板的总重量，更优选以0.3-1.5重量％的量包含铬。在该情况下，根据本发明的钢板可以包含0.02-0.08重量％的磷(P)和0.05-0.4重量％的钼(Mo)中的一者或多者。
氮(N)
氮(N)造成钢中的内含物从而降低钢板的内部品质。
出于该原因，在本发明中，以钢板的总重量计，将氮的含量限制于0.008重量％或更小。
磷(P)
磷(P)部分有助于强度的增加，并且可以显示改进钢板质地的效果。当钢板中的磷含量为0.02重量％或更大时，该效果更为显著。磷在控制45°方向上的r-值方面特别有效。然而，如果以钢板的总重量计以大于0.08重量％的量过多地包含磷，可能通过熔析造成表面缺陷以及脆性问题。
出于该原因，当有意加入磷时，以钢板的总重量计磷含量优选为0.02-0.08重量％。
同时，在根据本发明的钢板的情况下，铌和钛为形成碳氮化物的元素，并且当过多加入这些元素时，它们增加钢板的屈服强度并且还降低固溶碳的含量，从而干扰马氏体的形成。因此，优选不加入这些元素，并且当钢板中包含这些元素时，这些元素的每一者的含量优选限制为小于1重量％。
由于控制如上所述的合金组分和如下所述的过程，根据本发明的钢板可以在热轧状态下具有铁素体的单相结构，并且在冷轧状态下具有铁素体和马氏体的两相结构。更特别地，当钢板在冷轧状态下时，根据本发明的钢板可以包含5.0-10.0面积％的马氏体，剩余为铁素体。因此，根据本发明的钢板在冷轧状态下可以显示出小于0.2％的屈服点伸长。因此，根据本发明的钢板可以保证达12个月或更长的抗老化性。如果屈服点伸长为0.2％或更大，在加工过程中通过拉伸应变将造成表面缺陷，并且将迅速老化。
此外，根据本发明的钢板的铁素体基质中的位错密度可以为1x1013/m2或更大。该高的位错密度使得能够获得足够移动性的位错，因此抑制室温老化现象。因此，根据本发明的钢板可以具有出色的抗老化性。
此外，由于控制如上所述的合金组分并且省略如下所述的回火轧制过程，根据本发明的钢板可以显示0.45或更小的屈服比(YP/TS)。
此外，当碳含量被控制为0.025重量％或更小时，根据本发明的钢板可以显示38％或更大的伸长。
此外，由于在制备过程中如下所述将卷取温度控制为低于680℃或更高，根据本发明的钢板可以显示1.2或更大的r-值。
用于制备钢板的方法
根据本发明的用于制备钢板的方法包括板坯再加热步骤、热轧步骤、卷取步骤、冷轧步骤和退火步骤。
在板坯再加热步骤中，将具有上述合金组成的钢板坯再加热至约1100℃至约1250℃的温度。
之后，在热轧步骤中，在等于或高于Ar3点的终轧温度(约870℃)下热轧经再加热的钢板坯，从而获得热轧钢板。然后，在卷取步骤中，冷却热轧钢板，然后卷取。
在此，卷取温度优选为680℃或更高，更优选680至750℃。如果卷取温度低于680℃，将剩余第二相碳化物例如珠光体或渗碳体，从而在冷轧过程中造成破坏钢板质地的剪切带，并且在碳化物质地中形成具有高碳浓度的奥氏体，因此钢板的伸长减小同时钢板的强度迅速增加。出于这些原因，在680℃或更高的温度下进行卷取从而将热轧结构控制为单相结构。正如本文中所使用的，术语“单相结构”意指单个结构的百分比为99面积％或更大的情况，包括单个结构的百分比为100面积％的情况。
如上所述，根据本发明的钢板在热轧状态下具有铁素体的单相结构。这可以通过将卷取温度控制为680℃或更高连同控制合金组成而实现。
之后，在冷轧步骤中，酸洗卷取的钢板，然后以约50-80％的减速比冷轧。
之后，在退火步骤中，使冷轧钢板退火从而控制奥氏体的分数从而控制所得钢板的微结构。
在此，优选在820℃和850℃之间的温度下进行退火约50-150秒。如果退火温度低于820℃，难以获得足够的奥氏体分数，从而难以获得5重量％或更大的马氏体相。相反，如果退火温度高于850℃，由于过大的奥氏体分数可能在所得钢板的微结构中形成多于10面积％的马氏体相。
在冷却步骤中，冷却经退火的钢板以获得希望的微结构。在此，优选以15℃/sec或更高，更优选15-30℃/sec的平均冷却速率进行冷却。当平均冷却速率为15℃/sec或更高时，在冷却过程中可能形成马氏体，因此在相变过程中位错密度可能增加。然而，如果平均冷却速率高于30℃/sec，问题是位错密度过度增加，造成屈服比的增加。
作为一个示例，可以进行冷却直至从450℃至510℃的温度。在该情况下，所述方法在冷却步骤之后可以进一步包括等温转化钢板并且将经等温转化的钢板冷却至等于或低于Ms点的温度的步骤。等温转化过程可以控制钢板的强度和伸长。
作为另一个示例，可以进行冷却直至等于或低于Ms点的温度。在该情况下，可以进一步进行等温转化过程。
如上所述的退火过程使得有可能获得包含5.0-10.0面积％的马氏体并且剩余为铁素体的微结构。
同时，所述方法可以在退火步骤之后进一步包括热浸钢板的步骤。可以通过在从约450℃至约510℃的温度下的热浸镀锌进行热浸，或者通过在从约450℃至约510℃的温度下的热浸镀锌、后续在从约500℃至约550℃的温度下的合金热处理进行热浸。
实施例
下文将参考优选实施例进一步详细描述本发明的结构和效果。然而应理解，这些实施例仅出于说明的目的而不旨在以任何方式限制本发明的范围。本领域技术人员可以容易设想本文未描述的内容，并且因此省略其详细描述。
1.钢板样本的制备
在1200℃的温度下再加热包含下表1中所示的组分并且剩余为铁和杂质的钢板坯2小时，然后热轧从而获得热轧钢板。在终轧条件下在870℃(对应于等于或高于Ar3点的温度)下进行热轧。冷却每个热轧钢板并且在700℃下卷取。然后，酸洗卷取的钢板并且以60％的减速比冷轧。在830℃下使冷轧钢板退火100秒，然后以20℃/sec的速率冷却至300℃，因此制备钢板样本1至5和8。
以与样本1相同的方式制备钢板样本6，除了在790℃下进行退火，并且以20℃/sec的速率将钢板冷却至300℃，然后以0.5％的减速比回火轧制。
此外，以与样本1相同的方式制备钢板样本7，除了卷取温度为600℃。
表1(单位：重量％)
2.机械性质的评估
下表2显示了样本1至7的微结构特征和机械性质。
使用EBSD(电子背散射衍射)测量每个样本的微结构和位错密度。
此外，位错密度通过结晶错向分析使用EBSD(电子背散射衍射)进行评估，并且使用如下等式进行计算：
KAM[θ]＝1/6n×Σ(θ1+θ2+……………+θn)
L＝a(2n+1)
其中KAM[θ]为内核平均错向，θ为错向角度，L为单位长度，a为步长，n为内核数目，ρ(θ)为位错密度，并且b为伯格斯矢量。
表2
正如在上表2中可见，满足本发明指定的条件的钢板样本1至3和8在热轧状态下显示铁素体单相结构(99％或更大的铁素体)并且在冷轧状态下显示铁素体和马氏体两相结构，并且具有0.05重量％的磷含量的样本8显示出最高的r-棒值。更特别地，样本1至3显示5面积％或更大的马氏体，12个月或更长的抗老化性，和0.45或更小的屈服比，表明这些样本具有出色的抗老化性和低屈服比性质。
然而，包含铌代替足够量的铬、钼和铝的样本4，即使在冷轧状态下也不显示足够的马氏体相，表明样本4的抗老化性质相对较差。
此外，在不加入足够量的铬和钼的样本5的情况下，形成非常少量(少于1面积％)的马氏体，表明样本5的抗老化性质相对较差。
此外，在退火温度相对较低(790℃)的钢板样本6的情况下，形成相对少量的马氏体。然而，由于进行回火轧制，样本6可以显示12个月或更长的抗老化性，但是其低屈服比性质相对较差。相比于此，样本1至3和8可以显示出色的低屈服比性质连同出色的抗老化性质而无需经受回火轧制。
此外，相比于钢板样本1至3，在低于680℃的温度下卷取的钢板样本7具有较差的可加工性。
尽管出于说明的目的已描述了本发明的优选实施方案，但是本领域一般技术人员将意识到，各种修改形式、增加形式和替代形式都是可行的，并不脱离所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神。

Claims (15)

1.一种钢板，所述钢板包含以重量计0.005-0.06％的碳(C)、0.2％或更少的硅(Si)、1.0-2.0％的锰(Mn)、0.08％或更少的磷(P)、0.01％或更少的硫(S)、0.2-2.0％的铝(Al)、量满足0.3≤[Cr重量％]+0.3[Mo重量％]≤2.0的铬(Cr)和钼(Mo)中的一者或多者，和0.008％或更少的氮(N)，剩余为铁(Fe)和不可避免的杂质，所述钢板在热轧状态下具有铁素体的单相结构并且在冷轧状态下具有铁素体和马氏体的两相结构。
2.根据权利要求1所述的钢板，所述钢板包含0.02-0.08重量％的磷(P)。
3.根据权利要求1所述的钢板，其中[Cr重量％]+0.3[Mo重量％]为0.5-1.5。
4.根据权利要求1所述的钢板，所述钢板包含0.3-1.5重量％的铬(Cr)。
5.根据权利要求4所述的钢板，所述钢板包含0.02-0.08重量％的磷(P)和0.05-0.4重量％的钼(Mo)中的一者或多者。
6.根据权利要求1所述的钢板，所述钢板包含0.3-1.0重量％的铝(Al)。
7.根据权利要求1所述的钢板，所述钢板在冷轧状态下包含5.0-10.0面积％的马氏体，剩余为铁素体。
8.根据权利要求7所述的钢板，其中在冷轧状态下钢板的铁素体基质中的位错密度为1x1013/m2或更大。
9.根据权利要求1所述的钢板，所述钢板显示0.45或更小的屈服比(YP/TS)。
10.一种用于制备钢板的方法，所述方法包括如下步骤：
再加热钢板坯，所述钢板坯具有权利要求1中列出的合金组成；
在等于或高于Ar3点的温度下热轧经再加热的钢板坯，从而获得热轧钢板；
在680℃和750℃之间的温度下卷取热轧钢板；
酸洗卷取的钢板，然后冷轧；和
在820℃和850℃之间的温度下使冷轧钢板退火，然后冷却。
11.根据权利要求10所述的方法，其中进行退火使得钢板中的奥氏体的体积分数为15-20体积％。
12.根据权利要求10所述的方法，其中进行冷却直至从450℃至510℃的温度。
13.根据权利要求12所述的方法，所述方法进一步包括如下步骤：
等温转化经冷却的钢板；和
将经等温转化的钢板冷却至等于或低于钢板的Ms点的温度。
14.根据权利要求10所述的方法，其中进行冷却直至等于或低于钢板的Ms点的温度。
15.根据权利要求10所述的方法，其中以15-30℃/sec的平均冷却速率进行冷却。
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