CN106232852A - 具有高屈服强度的冷轧扁钢产品的制造方法以及冷轧扁钢产品 - Google Patents

具有高屈服强度的冷轧扁钢产品的制造方法以及冷轧扁钢产品 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种制造屈强比Re/Rm为至少0.7的冷轧钢带的方法，所述冷轧钢产品由这样的钢构成，所述钢包含铁、不可避免的生产杂质、以及(以重量％计)C：0.05％至0.20％，Si：0.25％至1.00％，Mn：1.0％至3.0％，Al：0.02％至1.5％，Cr：0.1％至1.5％，N：小于0.02％，P：小于0.03％，S：小于0.05％，和选自组“Ti、Mo、Nb、V、B”中的可任选的一种或多种元素，其中Ti：至多0.15％，Mo：小于2％，Nb：小于0.1％，V：小于0.12％，B：0.0005％至0.003％。根据本发明，所提供的冷轧扁钢产品经历了额外热处理，在该额外热处理过程中，其在至多150℃至400℃的退火温度下进行了退火时间为4.5小时至24小时的退火。惊讶地发现，通过这种在相对较低温度下进行的长时间退火，发现了屈服强度Re的显著增加以及扩孔性能的改善。本发明还提供了由前述钢构成、并且具有包含至少两相的组织的冷轧扁钢产品，所述组织包含至少10体积％的回火马氏体，小于10体积％的贝氏体、小于10体积％的残余奥氏体，并且余量为铁素体，所述钢的屈强比Re/Rm为至少0.7，抗拉强度R大于750MPa，并且扩孔性能LA为至少18％。

Description

具有高屈服强度的冷轧扁钢产品的制造方法以及冷轧扁钢 产品
本发明涉及具有最佳的屈强比Re/Rm的冷轧钢带的制造方法、以及由此获得的冷轧扁钢产品。
本文中涉及的扁钢产品为通过冷轧获得的轧制产品，如钢带或薄钢板(sheets)，以及由此获得的坯件和板材。
除非另有说明，否则本申请中所示出的钢组合物的所有特定含量均以重量计。因此，涉及钢合金的以“％”为单位的所有读数在没有更为详细的规定时必须理解为以“重量％”为单位。
除非另有说明，否则各情况中的结构性构成的细节均为体积百分比(“体积％”)。
尤其是在商业车辆构建领域中，高强度扁钢产品越来越重要，这是因为其能够减轻车辆的自身重量并提高有效载荷。
更轻的重量不仅有助于实现各驱动单元的技术性能的最佳利用，而且还有助于能源效率、成本优化以及气候保护。
可通过提高用于各种情况中的扁钢产品的机械性能、尤其是强度，从而实现扁钢结构体自重的大幅降低。
然而，除了高强度以外，用于商业车辆构建的新型扁钢产品还期望具有韧性并具有良好的抗脆断性能以及对于冷加工和焊接的最佳适应性。
人们进行了大量试验，以试图通过合金化或者工艺工程从而满足这些要求。这些试验的共同特征在于：这些试验均基于所谓的两相钢或多相钢，各情况中的两相钢或多相钢的组织至少包括两个主要相，其中对于多相钢，可能存在较低含量的其他相。
因此，例如根据专利文献WO 2013/082171 A1，已知包含具有铁素体-马氏体组织的两相钢的扁钢产品。该扁钢产品包含这样的钢，所述钢含有0.5重量％至3.5重量％的Si、0.1重量％至0.3重量％的C、1重量％至3重量％的Mn，并且在各种情况中可任选地含有0.05重量％至1重量％的Al，元素Nb、Ti和V中的一种或多种元素的总量为0.005重量％至0.1重量％，并含有至多0.3重量％的Mo，由此其抗拉强度为至少980MPa，伸长率为至少15％。该扁钢产品是通过热轧和冷轧制造的，这种方式本身是已知的。在冷轧后进行热处理，在该热处理过程中，首先在775℃至825℃的温度下进行退火，然后进行淬火，随后在200℃至420℃的温度下进行时效处理150秒。
由专利文献DE 10 2012 013 113 A1还已知这样一种冷轧扁钢产品，其包含最小抗拉强度为580MPa的高强度多相钢，该高强度多相钢含有0.075重量％至0.105重量％的C、0.6重量％至0.8重量％的Si、1.0重量％至2.25重量％的Mn、0.28重量％至0.48重量％的Cr、0.01重量％至0.6重量％的Al、至多0.02重量％的P、至多0.01重量％的N、至多0.015重量％％的S，余量为铁和不可避免的杂质。在该工艺过程中，在冷轧后，扁钢产品进行包括全温度循环的热处理。由此，首先将带材加热至700℃至950℃的目标温度，然后以10℃/秒至100℃/秒的冷却速度将其冷却至300℃至500℃的中间温度，然后再次以15℃/秒至100℃/秒的冷却速度冷却至200℃至250℃的第二中间温度，最后以2℃/秒至30℃/秒的冷却速度冷却至环境温度。通过这种方式，能够实现最佳结构以及与之相关的最佳机械性能。
专利文献EP 2 551 359 A1披露了一种制造超高强度部件的方法，该部件的抗拉强度为1180MPa以上，并且显示出优异的耐延迟断裂性。为了获得该部件，将薄钢板在700℃至1000℃的第一加热温度下加热，在该第一加热温度下成型为部件形状并同时冷却。在冷却结束之后，将所获得的部件剪切冲压为所需形状，从而获得超高强度部件。然后对该超高强度部件进行第一热处理，包括将该部件在100℃至小于300℃的第二加热温度下加热并保持1秒至60分钟。
根据专利文献US 2011/0048589，可获得基于这样的钢的超高强度薄钢板，所述钢含有0.12重量％至0.50重量％的C、至多2.0重量％的Si、1.0重量％至5.0重量％的Mn、至多0.1重量％的P、至多0.07重量％的S、至多1.0重量％的Al、至多0.008重量％的N，以及余量的Fe和附带的杂质。基于面积比率，所述钢的微观组织包括80％以上的自回火马氏体、小于5％的铁素体、10％以下的贝氏体、以及5％以下的残余奥氏体。为了调节微观组织中的自回火马氏体，薄钢板在冷轧之后通过退火处理，在退火处理过程中，其在第一温度范围内退火15秒至600秒，该第一温度范围的下限限定为各钢的Ac3转变温度，其上限设为1000℃。具体而言，调节退火温度，使得钢的微观组织仅由奥氏体构成。然后以3℃/秒以上的冷却速度将经过退火的冷轧薄钢板冷却到780℃至Ac3温度的温度范围。在达到该温度范围后，将薄钢板冷却至550℃。当达到该温度时，对冷轧薄钢板进行自回火处理，在自回火过程中，以0.01℃/秒至10℃/秒的冷却速度将该薄钢板冷却至150℃至300℃的温度范围。
与上述技术背景不同的是，本发明的目的是提供用于制造具有高屈强比Re/Rm的扁钢产品的方法，该方法在实施时操作安全并且使所获得的扁钢产品具有最佳的性能组合。本文中，“Re”表示各扁钢产品的屈服强度，“Rm”表示抗拉强度。
同样的，还提供了由此制得的扁钢产品。
关于所述方法，由于在制造具有高屈强比Re/Rm的冷轧扁钢产品时，实施了权利要求1中所示的加工步骤，因此通过本发明实现了该目的。
实现了上述目的的扁钢产品具有权利要求10中所示的特征。
本发明的有利实施方案在从属权利要求中示出，将在下文中对这些实施方案以及本发明的主旨进行更详细的阐述。
因此，通过本发明的制造屈强比Re/Rm为至少0.7的冷轧钢带的方法，提供了一种冷轧扁钢产品，其包含这样的钢，所述钢含有铁，不可避免的生产杂质，以及(以重量％计)C：0.05％至0.20％，Si：0.25％至1.00％，Mn：1.0％至3.0％，Al：0.02％至1.5％，Cr：0.1％至1.5％，N：小于0.02％，P：小于0.03％，S：小于0.05％，和选自组“Ti、Mo、Nb、V、B”中的可任选的一种或多种元素，其中Ti：至多0.15％，Mo：小于2％，Nb：小于0.1％，V：小于0.12％，B：0.0005％至0.003％。
根据本发明，所制造的冷轧扁钢产品经历了额外的热处理，其中在至多150℃至400℃的退火温度下对其进行了退火，退火时间为4.5小时至24小时。
在根据本发明的额外进行的长时间退火过程中，存在的马氏体被回火。
令人惊讶地得知，根据本发明通过在相对较低温度下进行的长时间退火，发生了屈服强度Re的显著增加以及扩孔性能(hole expansion)LA的改善，即，它们为在车体构建中对根据本发明的扁钢产品的加工非常重要的性质。本文中所一般示出的以及涉及如下实施方案的扁钢产品的机械性能在各个情况中均来自于根据DIN EN ISO 6892-1:2009的横向样品(transverse specimen)(样品形状2)。确定根据ISO 16630的扩孔性能LA，以评估其是否易于进行弯边或者其是否易于开裂。此外，作为弯曲过程中的可成型性的衡量手段，也可确定根据VDA 238-100,2010的弯曲角度。
本文中的多个试验表明，通过进行根据本发明的后处理，与根据本发明的长时间退火前的状态相比，屈服强度Re可实现至少40MPa的提高，其中可稳定地实现至少200MPa的提高。通过根据本发明的后处理，与初始状态相比，扩孔性能LA的常数项(absolute term)增加至少4％，其中其常数项可稳定地实现10％以上的增加。
实践中，在制造冷轧扁钢产品过程中所进行的常规加工步骤结束之后，根据本发明的额外进行的长时间退火为罩式退火(bell-type annealing)。
这样选择根据本发明制造的扁钢产品所包含的钢合金，使得在额外的长时间退火的作用下，可实现最佳的机械性能。
为了制造具有足够高硬度的马氏体，本发明所使用的冷轧扁钢产品的钢中的C的含量为0.05重量％至0.20重量％。在较高的C含量下，所形成的铁素体很少。另一方面，如果C含量低于0.05重量％，则不会获得所需的强度。如果C含量为至少0.07重量％或至多0.16重量％，则能够使C的效果得到最佳利用。
为了通过混合晶体硬化来提高强度，本发明所使用的冷轧扁钢产品的钢中的Si的含量为0.25重量％至1.00重量％。Si含量高于1.00重量％会损害表面质量，例如通过粘附鳞片或者晶粒间氧化而损害表面质量。为了可靠地避免这种情况，Si含量可限制为至多为0.75重量％。另一方面，如果Si含量过低，则强度增加效果不足。如果存在Si的期望效果特别重要，则可将Si含量设定为至少0.30重量％。
为了有助于马氏体的形成，本发明所使用的冷轧扁钢产品的钢中的Mn的含量为1.0重量％至3.0重量％。如果Mn含量为至少1.5重量％或者最多为2.6重量％，则能够特别可靠地利用该作用。
一方面，为了在熔融过程中脱氧并且另一方面为了确保足量的铁素体以提高伸长率，本发明所使用的冷轧扁钢产品的钢中的Al的含量为0.02重量％至1.5重量％。经证实，含量为0.025重量％至0.7重量％时在该方面是有利的。
类似地，为了提高强度，本发明所使用的冷轧扁钢产品的钢中的Cr的含量为0.1重量％至1.5重量％。如果Cr含量过低，则不能利用该作用。然而，如果Cr含量过高，则存在发生晶粒间氧化以及伸长性能劣化的风险。为了能够特别可靠地利用Cr的这种有利作用，可将Cr含量设定为最小值为0.1重量％或者最大值为0.7重量％。
N是不利的合金成分，可将其视为不可避免的杂质。因此，本发明所使用的冷轧扁钢产品的钢中的N含量的最大值可以为0.02重量％。最佳的是，将其含量限制为最大值为0.008重量％。
类似的，P和S是不期望的合金成分，可将其视为不可避免的杂质。因此，必须将P含量设为小于0.03重量％，将S含量设定为小于0.05重量％。
为了设定一些特定的性能，可以向本发明所使用的冷轧扁钢产品的钢中可任选地添加“Ti、Mo、Nb、V、Cu、Ni、B”中的一种或多种元素。关于这些非必要的、仅仅为可任选存在的元素，其含量如下：
为了通过TiN和TiC的形成从而促进晶粒细化并提高强度，可向本发明所使用的冷轧扁钢产品的钢中添加含量至多为0.15重量％的Ti。当存在硼时，另一作用是除去N，因此不会形成氮化硼。
为了通过促进马氏体的形成从而提高强度，本发明所使用的冷轧扁钢产品的钢中的Mo含量可小于2重量％。
Nb含量小于0.1重量％有助于通过碳化物的形成而促进晶粒细化以及强度的提高。
为了通过使硬化更为容易和/或通过形成VC来提高强度，本发明所使用的冷轧扁钢产品的钢中的V含量可小于0.12重量％。
B含量为0.0005重量％至0.003重量％有助于提高硬度。
在额外的热处理之后，根据本发明制造并获得的扁钢产品的组织包含至少两相，其中马氏体和铁素体为主要的两相，其中存在至少10体积％的回火马氏体，小于10体积％的贝氏体、小于10体积％的残余奥氏体、并且在各情况中余量为铁素体。为了能够设置必要的伸长率，本文中扁钢产品的组织应含有至少10体积％的铁素体。第一为了实现强度并且第二为了具有回火效果，在根据本发明的扁钢产品的组织中，应存在至少10体积％的马氏体。
对于通过进行本发明方法而提供的冷轧扁钢产品，可基于具有如上所阐述的组成的钢以已知的方法进行制造。为此，在所提供的扁钢产品的制造中，可进行如下加工步骤：
a)将具有权利要求1中所示组成的钢铸造为扁钢坯(slab)；
b)将该扁钢坯再加热至1,200℃至1,300℃的再加热温度；
c)将经过再加热的扁钢坯热轧为热轧带材，其中在热轧结束时，热轧带材的热轧温度为800℃至970℃；
d)将热轧带材在450℃至650℃的卷曲温度下卷曲；
e)在一个或多个冷轧步骤中，将热轧带材冷轧为冷轧扁钢产品，其中通过冷轧获得的冷轧度(cold-rolling grade)总计为25％至80％；
f)在700℃至900℃的连续退火温度下对冷轧扁钢产品进行连续退火；
g)将扁钢产品冷却至室温。
可任选的是，进行额外热处理的扁钢产品可具有金属保护涂层。例如，对于在实际应用中会暴露于腐蚀性环境中的扁钢产品部件来说，这是适合的。可通过任何适合的方式施加金属涂层，其中在本文中，特别适合的是通过热浸镀锌来施加涂层。此时，在热浸镀锌所必需的预处理过程中，可通过已知的方式类似地进行退火处理(加工步骤f)。可根据需要在热浸镀锌之后进一步进行镀锌退火处理。
根据本文中给出的阐述，根据本发明的扁钢产品包含这样的钢，所述钢含有(以重量％计)C：0.05％至0.20％，Si：0.25％至1.00％，Mn：1.0％至3.0％，Al：0.02％至1.5％，Cr：0.1％至1.5％，N：小于0.02％，P：小于0.03％，S：小于0.05％，以及选自“Ti、Mo、Nb、V、B”中的可任选的一种或多种元素，其中Ti：至多0.15％，Mo：小于2％，Nb：小于0.1％，V：小于0.12％，B：0.0005％至0.003％，余量为铁和不可避免的杂质，其中扁钢产品的组织具有至少两相，其由(以体积％计)至少10％的回火马氏体、小于10体积％的贝氏体、小于10体积％的残余奥氏体、以及余量的铁素体形成，并且其中该扁钢产品的屈强比Re/Rm为至少0.7，抗拉强度Rm大于750MPa，并且通过进行根据本发明的热处理，使得其扩孔性能LA为至少4％。
根据本发明制造的冷轧扁钢产品的屈强比Re/Rm达到至少为0.7的值，而初始阶段(即在本发明的热处理之前)的屈强比Re/Rm较低。抗拉强度Rm通常在770MPa至1,270MPa之间。与未热处理的钢相比，根据本发明的经过热处理的钢的伸长率降低幅度最大为4％且最小为1％。与未热处理的钢相比，根据本发明制造并获得的冷轧扁钢产品的扩孔性能LA通常增加了至少4％，其中实现了最多30％的扩孔性能LA的增加。通过根据本发明热处理实现的弯曲角度的增加可通常达到高达20°。
通过根据本发明的热处理，改变了位于扁钢产品上的金属涂层。
在下文中，将利用实施方案更详细地阐述本发明。
为了测试本发明，将六个钢熔体A-F熔融，其组成示于表1中。
将钢熔体A-F铸造为扁钢坯以用于试验1-10。
将由钢熔体A-F铸造得到的扁钢坯再加热至再加热温度BT，然后在各情况中，通过常规方式在热轧温度WET下进行热轧，从而形成厚度为2mm至4mm的热轧带材。
将所获得的热轧带材冷却至卷曲温度HT，然后在各情况中，在该温度HT下将其卷曲为卷材。
在冷却后，通过类似的常规方式将热轧带材以总冷轧度KWG冷轧至冷轧钢带，其中该总冷轧度KWG是通过该冷轧实现的。通过冷轧实现的总冷轧度KWG以大致常规的方式通过下式确定：KWG＝100％*(dV-dN)/dV，其中dV为冷轧之前的热轧带材的厚度，dN为冷轧之后获得的冷轧带材的厚度。
然后，冷轧钢带在退火温度TG下进行连续退火处理。在试验2、3、5、6、9和10中，随后将冷轧钢带冷却至入浴温度TUE，在退火处理随后的连续工序中，将冷轧钢带在该入浴温度TUE下引入Zn熔融浴。在离开该熔融浴时，通过这种方式涂覆了Zn系防腐涂层的试验2、5、6和9的冷轧钢带在接下来的连续工序中进行镀锌退火处理。
在试验1、4、7和8中，将其中所使用的各冷轧钢带冷却至时效温度TUE，并且在时效时间后冷却至环境温度。
对于通过上述方式获得的各冷轧钢带，确定横向方向上的屈服强度Re、抗拉强度Rm和伸长率A8O。类似地，测定扩孔性能LA。此外，对于在试验2、3、5、6和7中获得的冷轧钢带，确定根据VDA238-100的弯曲角度BW。
表2“长时间退火之前的制造条件和性质”中示出了：试验1至10中设定的再加热温度BT、热轧温度WET、卷曲温度HT、总冷轧度KWG、退火温度TG和时效温度TUE，表面类型(见“SB_ART”栏：“U”＝未涂覆；“Z”＝仅热浸镀锌；“ZF”＝热浸镀锌并随后进行镀锌退火处理)，以及由所获得的冷轧带材确定的屈服强度Re和抗拉强度Rm，通过屈服强度Re和抗拉强度Rm得到的屈强比Re/Rm，伸长率A8O和扩孔性能LA以及弯曲角度BW。
试验中通过上述方式获得的各冷轧钢带随后进行额外的长时间退火，该长时间退火以罩式退火的方式进行，在该退火过程中，该冷轧钢带在温度T_LZ下保持时间t_LZ。
在长时间退火之后，获得了经过了额外的长时间退火的冷轧钢带，确定组织成分以及随之带来的屈服强度Re_LZ、抗拉强度Rm_LZ、伸长率A8O_LZ(均为横向方向上)和扩孔性能LA_LZ。类似地，对于试验2、3、5和6中获得的冷轧钢带和长时间退火钢带，测量弯曲角度BW。
表3给出了试验1-10的在长时间退火后获得的冷轧带材的长时间退火的各时间t_LZ和各最大温度T_LZ，组织中回火马氏体和铁素体的比例，构成组织中的“余量”的剩余组织成分(“RA”＝残余奥氏体，“B”＝贝氏体)，以及屈服强度Re_LZ，抗拉强度Rm_LZ，由各屈服强度Re_LZ和各抗拉强度Rm_LZ得到的屈强比(Re/Rm)_LZm，伸长率A80_LZ(均为横向方向上)，扩孔性能LA_LZ，弯曲角度BW_LZ，由长时间退火得到的屈服强度的增加△Re(△Re＝Re_Lz-Re)，以及由长时间退火得到的扩孔性能的增加△LA(△LA＝LA_Lz-LA)。
可看出，通过进行根据本发明的额外的长时间退火，无一例外地均实现了屈服强度Re的显著增加△Re(△Re＝115MPa-360MPa)。此外也看到了扩孔性能LA的类似的显著增加(△LA＝4％-30％)。与长时间退火之前的状态相比，伸长率A80_LZ和抗拉强度Rm_LZ的降低幅度相对而言很小。
通过具有这种性质组合，所述冷轧钢带非常适合于制造这样的部件，该部件具有高强度，同时在发生意外事件时具有良好的变形性和碰撞性能。
图1示出了试验2中制造的薄钢板的显微照片，图2示出了试验3中制造的薄钢板的显微照片，图1和图2中示出了各自的长时间退火处理之前的状态(图1(a)和图2(a))以及之后的状态(图1(b)和图2(b))。可看出，涂层B未受到热处理影响。

Claims (10)

1.一种制造冷轧钢带的方法，该冷轧钢带的屈强比Re/Rm为至少0.7，其中由钢提供冷轧扁钢产品，所述钢包含铁、不可避免的生产杂质、以及以重量％计的C：0.05％至0.20％，Si：0.25％至1.00％，Mn：1.0％至3.0％，Al：0.02％至1.5％，Cr：0.1％至1.5％，N：小于0.02％，P：小于0.03％，S：小于0.05％，和选自组“Ti、Mo、Nb、V、B”中的可任选的一种或多种元素，其中Ti：至多0.15％，Mo：小于2％，Nb：小于0.1％，V：小于0.12％，B：0.0005％至0.003％，其特征在于：所提供的所述冷轧扁钢产品经过了额外热处理，在该额外热处理过程中，所述冷轧扁钢产品在至多150℃至400℃的退火温度下进行退火，退火时间为4.5小时至24小时。
2.根据权利要求1所述的方法，特征在于：所述退火时间为6小时至18小时。
3.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，特征在于：在所述额外热处理之后获得的所述冷轧扁钢产品具有包含至少两相的组织，该组织含有至少10体积％的回火马氏体，小于10体积％的贝氏体、小于10体积％的残余奥氏体，并且余量为铁。
4.根据权利要求3所述的方法，特征在于：所述扁钢产品的组织包含至少10体积％的铁素体。
5.根据权利要求3或4所述的方法，特征在于：所述扁钢产品的组织包含至少10体积％的回火马氏体。
6.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，特征在于：在所提供的所述扁钢产品的制造过程中，进行了如下加工步骤：
a)将具有权利要求1中所述组成的钢铸造为扁钢坯；
b)将所述扁钢坯再加热至1,200℃至1,300℃的再加热温度；
c)将经过再加热的所述扁钢坯热轧为热轧带材，其中在所述热轧结束时，热轧带材的热轧温度为800℃至970℃；
d)将所述热轧带材在450℃至650℃的卷曲温度下卷曲；
e)在一个或多个冷轧步骤中，将所述热轧带材冷轧为冷轧扁钢产品，其中通过所述冷轧获得的冷轧度总计为25％至80％；
f)在700℃至900℃的连续退火温度下对所述冷轧扁钢产品进行连续退火；
g)将所述扁钢产品冷却至室温。
7.根据上述权利要求中任意一项所述的方法，特征在于：进行所述额外热处理的所述冷轧扁钢产品具有金属保护涂层。
8.根据权利要求7所述的方法，特征在于：所述金属保护涂层是通过对所述冷轧扁钢产品进行热浸镀锌而施加的。
9.根据权利要求8所述的方法，特征在于：所述冷轧扁钢产品在所述额外热处理之前进行镀锌退火处理。
10.一种冷轧扁钢产品，
-包含钢，所述钢具有如下所示组成，以重量％计：C：0.05％至0.20％，Si：0.25％至1.00％，Mn：1.0％至3.0％，Al：0.02％至1.5％，Cr：0.1％至1.5％，N：小于0.02％，P：小于0.03％，S：小于0.05％，和选自组“Ti、Mo、Nb、V、B”中的可任选的一种或多种元素，其中Ti：至多0.15％，Mo：小于2％，Nb：小于0.1％，V和B：0.0005％至0.003％，余量为铁和不可避免的杂质，
-具有包含至少两相的组织，该组织以体积％计包含至少10％的回火马氏体，小于10体积％的贝氏体、小于10体积％的残余奥氏体，并且余量为铁素体，
并且
-具有至少0.7的屈强比Re/Rm、大于750MPa的抗拉强度Rm以及至少18％的扩孔性能LA。
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