CN106661650A - 用于制造具有改进的可成形性和延展性的高强度钢板的方法及获得的板 - Google Patents

Abstract

用于制造具有改进的可成形性和延展性的高强度板的方法，根据所述方法，以重量百分比计，钢的化学组成包含：0.25％<C≤0.4％，2.3％≤Mn≤3.5％，2.3％≤Si≤3％，Al≤0.040％，剩余部分为Fe和不可避免的杂质，所述方法包括以下步骤：通过在高于钢的Ac₃转变点的退火温度AT下对由所述钢制成的轧制板进行均热处理来使其退火，通过使板冷却到Ms‑65℃至Ms‑115℃的淬火温度QT来使板淬火，以获得包含至少65％的马氏体和至少5％的残余奥氏体，铁素体加上贝氏体的总和小于10％的最终组织，Ms是根据安德鲁斯公式的钢的Ms转变点，将板加热到360℃至500℃的过时效温度PT并将其保持在所述温度10秒至600秒的时间Pt，并使板冷却至环境温度。

Description

用于制造具有改进的可成形性和延展性的高强度钢板的方法 及获得的板

本发明涉及具有优异的可成形性、延展性和强度的高强度钢板以及涉及其制造方法。

为了制造各种设备，例如汽车部件、拖车、卡车等，使用由例如DP(双相)或TRIP(相变诱导塑性)钢的钢制成的高强度钢板。

为了减轻设备的重量(这是为了减少能量消耗而非常可取的)，期望使钢具有更好的机械特性，例如屈服强度或拉伸强度。但这样的钢应具有良好的可成形性和良好的延展性。

为此，提出使用包含约0.2％C、2.5％Mn、1.5％Si并且具有由马氏体和残余奥氏体组成的组织的钢。通过由退火、分级淬火和过时效组成的热处理在连续退火线上制造板。过时效的目的是通过从马氏体转移来产生残余奥氏体的碳富集以提高残余奥氏体的稳定性。在这些钢中，Mn含量总是保持小于3.5％。尽管用这样的钢可以获得令人关注的特性，但是获得具有更好稳定性的残余奥氏体以获得更好的特性仍然是明确的目标。但是具有良好的可成形性所必需的延展性应保持在高水平，特别是非常好的延伸凸缘性(flangeability)是非常有益的。更具体地，期望具有屈服强度高于1050MPa，均匀延伸率为至少10％且对应于根据ISO标准16630:2009测量的扩孔率HER的延伸凸缘性为至少25。在这方面，应当注意，由于测量方法之间的差异，根据ISO标准16630:2009测量的扩孔率HER与根据JFS T 1001(日本钢铁联盟标准)测量的扩孔率λ没有可比性。

为此，本发明涉及一种用于制造具有改进的可成形性的高强度钢板的方法，根据该方法，以重量百分比计，钢的化学组成包含：

0.25％<C≤0.4％

2.3％≤Mn≤3.5％

2.3％≤Si≤3.0％

Al≤0.040％

剩余部分为Fe和不可避免的杂质，所述方法包括以下步骤：

-热轧由所述钢制成的板以获得热轧钢板，

-使所述热轧钢板在400℃至700℃下分批退火300秒至10小时的时间，

-冷轧所述热轧和分批退火的钢板以获得冷轧钢板，

-通过在高于钢的转变点Ac₃+20℃但低于1100℃的退火温度AT下对所述冷轧钢板进行均热处理来使其退火，

-通过使所述板冷却到Ms-65℃至Ms-115℃的淬火温度QT来使所述板淬火，以获得包含至少65％且优选大于75％的马氏体和至少15％的残余奥氏体，铁素体加上贝氏体的总和小于10％的组织，Ms是根据安德鲁斯(Andrews)公式的钢的Ms转变点，

-将所述板加热到360℃至500℃的过时效温度PT，并将其保持在所述温度下10秒至600秒的时间Pt以及，

-使所述板冷却至室温。

例如，将板保持在过时效温度PT下300秒至600秒的时间Pt。

优选地，所述方法还包括，在热轧和分批退火之间，卷取热轧钢板的步骤。在优选为350℃至580℃的卷取温度下卷取所述热轧钢板。

分批退火优选在525℃至700℃，优选550℃至700℃，例如550℃至650℃的温度下进行。

优选地，分批退火进行4小时至10小时的时间。

优选地，使板冷却至淬火温度QT以获得包含至少75％的马氏体的最终组织。

例如，使板冷却至淬火温度QT以获得包含至少20％的残余奥氏体的最终组织。

优选地，钢的化学组成使得2.3％≤Si≤2.5％。

优选地，钢的组成使得0.25％<C≤0.35％，并且2.4％≤Mn≤2.7％。

优选地，退火温度AT大于860℃且小于950℃，淬火温度QT在200℃与260℃之间且过时效温度在370℃与430℃之间。

优选地，钢的化学组成包含：

0.25％<C≤0.35％

2.4％≤Mn≤2.7％

2.3％≤Si≤2.5％

Al≤0.040％

并且退火温度AT大于860℃且小于950℃，淬火温度QT在200℃与260℃之间且过时效温度在370℃与430℃之间。

任选地，可以例如在经或不经合金化的情况下还通过热浸涂覆涂覆板。

优选地，将板保持在所述过时效温度PT下10秒至200秒的时间Pt，并且在冷却至室温之前在450℃至490℃的温度下进行热浸涂覆。

本发明还涉及由钢制成的高强度钢板，以重量百分比计，所述钢的化学组成包含：

0.25％<C≤0.4％

2.3％≤Mn≤3.5％

2.3％≤Si≤3％

Al≤0.040％

剩余部分为Fe和不可避免的杂质，所述钢具有包含大于65％且优选大于75％的马氏体，至少15％，优选至少20％的残余奥氏体，并且小于10％的铁素体加上贝氏体的总和的组织。

优选地，钢的化学组成使得2.3％≤Si≤2.5％。

优选地，钢的组成使得0.25％<C≤0.35％，并且2.4％≤Mn≤2.7％。

优选地，钢的化学组成包含：

0.25％<C≤0.35％

2.4％≤Mn≤2.7％

2.3％≤Si≤2.5％

Al≤0.040％

屈服强度YS可以大于或等于1050MPa，拉伸强度大于或等于1300MPa，均匀延伸率UE大于或等于10％，总延伸率大于或等于13％，且扩孔率HER大于或等于25％。通常，拉伸强度小于2000MPa。

任选地，板的至少一个面为经涂覆的。

现在将通过实施例对本发明进行举例说明和详细描述而不引入限制。

以重量百分比计，根据本发明的钢的组成包含：

-0.25％<C≤0.4％且优选0.25％<C≤0.35％，以获得令人满意的强度和改进残余奥氏体的稳定性。如果碳含量过高，则可焊接性降低。

-2.3％≤Mn≤3.5％。Mn含量高于2.3％且优选高于2.4％以具有足够的淬透性，以便能够获得包含至少75％的马氏体的组织以及具有至少1100MPa的拉伸强度。但是，为了不产生太多对延伸凸缘性不利的偏析，锰含量必须保持小于3.5％，且优选小于2.7％。

-Si≥2.3％，并且Si≤3％且优选Si≤2.5％。硅可用于使奥氏体稳定，以提供固溶强化和延迟过时效期间在从马氏体到奥氏体的碳再分配期间碳化物的形成。但是在太高的硅含量下，将在板的表面上形成氧化硅，这对于涂覆特性是不利的。

剩余部分为Fe和由熔融产生的杂质。这样的杂质包括N、S、P和残余元素例如Cr、Ni、Mo、Cu、B和Al。

通常，N含量保持小于0.01％，S含量小于0.01％，P含量小于0.02％，Cr含量小于0.1％，Ni含量小于0.1％，Mo含量小于0.05％，Cu含量小于0.2％，B含量小于0.0010％且Al含量小于0.02％。然而，必须注意，可以添加Al以使钢脱氧。在这种情况下，其含量可以达到0.04％。此外，Al可形成AlN的小析出物，这可用于限制退火期间奥氏体晶粒生长。

根据本发明的钢的目标是无微合金化，例如Ti、V和Nb。这样的元素的含量分别限制为0.050％，优选地，Nb、Ti、V的总和限制为0.1％。

对于这种钢可以以已知方式制造厚度为2mm至5mm的热轧板。作为一个实例，轧制之前的再加热温度可为1200℃至1280℃，优选约1250℃，精轧温度优选小于850℃，起始冷却温度小于800℃，停止冷却温度为570℃至590℃，并且卷取必须在350℃至580℃进行。

根据第一实施方案，卷取在350℃至450℃，优选375℃至450℃的卷取温度下进行。根据第二实施方案，卷取在450℃至580℃，优选540℃至580℃的卷取温度下进行。

在热轧后，将板在400℃至700℃的温度下分批退火300秒至10小时，优选4小时至10小时。通过对钢板进行回火的分批退火改进了热轧和卷取钢板的可冷轧性。

可对热轧板进行酸洗并冷轧以获得厚度为0.5mm至2mm的冷轧板。

然后，在连续退火线上对板进行热处理。

在热处理之前，确定最佳淬火温度QT_最佳。该最佳淬火温度是必须停止淬火以获得最佳残余奥氏体含量的温度。

为了确定此理论最佳淬火温度QT_最佳，可以使用安德鲁斯和Koistinen Marburger关系。这些关系是：

Ms＝539-423×C-30.4×Mn-12.1×Cr-7.5×Mo-7.5×Si

和：

fa’＝1-exp{-0.011x(Ms-QT)}

fα’是在温度QT下的淬火期间获得的马氏体的比例。为了确定在淬火至淬火温度QT之后在过时效和冷却至室温后的残余奥氏体的比例，假定，在淬火后，在高于QT的温度下，在足以引起马氏体与奥氏体之间的充分的碳分配和铁素体和贝氏体的形成尽可能低的时间内对板进行过时效处理。还假定，在过时效之后，使板冷却至室温。

本领域技术人员知道如何计算残余奥氏体的比例和理论最佳淬火温度QT_最佳(其是残余奥氏体的比例最大的淬火温度)。

理论最佳淬火温度QT_最佳不必需是必须停止淬火的淬火温度QT。

热处理的目的是获得由至少65％且优选至少75％的马氏体和至少15％且优选至少20％的残余奥氏体以及尽可能少的铁素体或贝氏体组成的组织。铁素体和贝氏体表面分数的总和小于10％且优选小于5％。

马氏体、铁素体和贝氏体的比例是这些组分的面积分数。通过X射线衍射测量残余奥氏体的比例。本领域技术人员知道如何确定这些比例。

为了进行此热处理，使板在高于钢的Ac₃转变点并且优选等于或高于Ac₃+20℃(以具有完全奥氏体的组织)但小于1100℃且优选小于950℃(以便不使奥氏体晶粒过于粗化)的退火温度AT下退火。

当退火结束时，通过冷却至停止冷却的淬火温度QT来使钢淬火。然后在冷却至室温之前将板加热至过时效温度PT(在过时效时间Pt期间将板保持在此温度下)或者在经或不经合金化(例如镀锌、镀锌层扩散退火处理或用铝合金涂覆)的情况下进行热浸涂覆。

对于淬火，冷却速度必须足够高以避免形成铁素体或贝氏体。在这方面，大于10℃/秒的冷却速度是足够的。

淬火温度QT小于钢的Ms转变点以确保所获得的组织是马氏体和残余奥氏体。

淬火温度QT使得残余奥氏体含量足以获得期望的特性。

在本发明中，淬火温度QT优选为QT_最佳+45℃至QT_最佳-5℃。因为对于本发明的钢，QT_最佳约等于Ms-110℃，因此淬火温度QT可以在Ms-65℃与Ms-115℃之间选择，Ms是使用安德鲁斯公式计算的Ms。

过时效温度PT为360℃至500℃，例如360℃至460℃，并且过时效时间Pt为10秒至600秒，例如300秒至600秒。

通过这样的热处理，所获得的钢的组织包含至少65％并且甚至大于75％的马氏体和至少15％的残余奥氏体，铁素体加上贝氏体含量的总和保持小于10％。残余奥氏体的含量甚至可以大于20％，并且铁素体加上贝氏体的总和甚至可以小于5％。

马氏体、铁素体和贝氏体含量是分数面积并且通过X射线衍射测量奥氏体含量。

任选地，在过时效与冷却至环境(或室温)温度之间，可以对板进行热浸涂覆，例如镀锌或镀锌层扩散退火处理。为此，将过时效结束时的板的温度调整至热浸涂覆浴温度，例如对于锌涂覆470℃(+/-10℃)。

特别地，如果在过时效步骤之后且在使板冷却至环境温度之前对板进行热浸涂覆，则必须考虑对应于热浸和最后对应于合金化的热处理，这意味着结果是过时效时间Pt缩短。因此，当在过时效步骤之后且在使板冷却至环境温度之前对板进行热浸涂覆时，则过时效时间Pt可以低至10秒，并且至多200秒。

对于具有以下优选组成的钢：0.25％<C≤0.35％，2.4％≤Mn≤2.7％，2.3％≤Si≤2.5％，剩余部分为Fe和杂质，退火温度优选大于860℃且小于950℃，淬火温度QT优选为200℃至260℃且过时效温度优选为370℃至430℃。

这样的板的屈服YS强度大于1050MPa，拉伸强度TS大于1300MPa，均匀延伸率UE大于或等于10％且根据ISO标准16630:2009测量的扩孔率HER大于或等于25％。

作为实例和比较，制造了对应于铸件H118、H117和H115的三种钢。钢的组成、转变点和理论任选温度列于表I中。

表I

在此表中，通过膨胀测定法测量Ac₁和Ac₃温度，Ms是使用安德鲁斯公式计算的值，QT_最佳是理论最佳淬火温度且γ％是对应于QT_最佳的残余奥氏体的计算分数。

通过热轧和冷轧获得了厚度为1mm的板。

对于热轧，再加热温度为1250℃，精轧温度低于850℃，喷水冷却的起始冷却温度低于800℃，停止冷却温度为570℃至590℃且卷取在560℃下进行。

使厚度为2.5mm的热轧板在550℃的温度下分批退火10小时。然后对热轧板进行冷轧以获得厚度为1mm的冷轧板。

在板中取出21个样品并进行热处理。对于每个铸件，一些样品在高于Ac₃退火而另一些样品在低于Ac₃退火约180秒的时间，然后淬火至等于QT_最佳、QT_最佳-20℃、QT_最佳+20℃和QT_最佳+40℃的淬火温度QT并在350℃或400℃下过时效处理100秒或500秒。

热处理的条件和获得的结果列于表II中。

表II

在此表中，γ％是通过X射线衍射在样品上测量的残余奥氏体含量，YS是屈服强度，TS是拉伸强度，UE是均匀延伸率而HER是根据ISO标准的扩孔率。

实施例8至21表明，用铸件H115和H117无法获得期望的结果。

实施例2、3和4表明，用铸件H118，用高于Ac₃的退火温度，在MS-65℃与Ms-115℃之间等于最佳淬火温度QT_最佳的淬火温度QT，约400℃的过时效温度和约500秒的过时效时间，可以获得大于1050MPa的屈服强度，大于1300MPa的拉伸强度，至少10％的均匀延伸率。实施例2表明可以获得大于25％的扩孔率。

但是，实施例1表明，如果淬火温度太低，则至少均匀延伸率不足。

实施例5、6和7表明，如果过时效时间太短或过时效温度太低，在不存在进一步热浸涂覆步骤的情况下，或如果退火温度在Ac₃以下，则无法获得期望的结果。

上述板为未经涂覆的。但是，很显然，可以通过任何方式，即通过热浸涂覆、通过电涂覆、通过真空涂覆例如JVD或PVD等涂覆板。当热浸涂覆板时，涂覆可为经或不经合金化(镀锌层扩散退火处理)的镀锌。在这些情况下，必须考虑对应于热浸和最终对应于在使板冷却至环境温度之前进行的合金化的热处理。本领域技术人员知道如何做，例如通过测试，以优化过时效温度和时间。在这种情况下，板的至少一个表面可为经涂覆的并且更具体地经金属涂覆的。

Claims (20)

1.一种用于制造具有改进的可成形性和延展性的高强度钢板的方法，根据所述方法，以重量百分比计，所述钢的化学组成包含：

0.25％<C≤0.4％

2.3％≤Mn≤3.5％

2.3％≤Si≤3％

Al≤0.040％

剩余部分为Fe和不可避免的杂质，所述方法包括以下顺序步骤：

-热轧由所述钢制成的板以获得热轧钢板，

-使所述热轧钢板在400℃至700℃下分批退火300秒至10小时的时间，

-冷轧所述经热轧和分批退火的钢板以获得冷轧钢板，

-通过在高于所述钢的转变点Ac₃+20℃但低于1100℃的退火温度AT下对所述冷轧钢板进行均热处理来使所述冷轧钢板退火，

-通过使所述板冷却到所述钢的Ms-65℃至Ms-115℃的淬火温度QT来使所述板淬火，以获得包含至少65％的马氏体和至少15％的残余奥氏体，铁素体加上贝氏体的总和小于10％的最终组织，Ms是根据安德鲁斯公式的所述钢的Ms转变点，

-将所述板加热到360℃至500℃的过时效温度PT并将所述板保持在所述温度下10秒至600秒的时间Pt以及，

-使所述板冷却至室温。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述板保持在所述过时效温度PT下300秒至600秒的时间Pt。

3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，在热轧与分批退火之间，卷取所述热轧钢板的步骤。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在350℃至580℃的卷取温度下卷取所述热轧钢板。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述分批退火在525℃至700℃，优选550℃至700℃，例如550℃至650℃的温度下进行。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述分批退火进行4小时至10小时的时间。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，使所述板冷却至所述淬火温度QT以获得包含至少75％的马氏体的最终组织。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，使所述板冷却至所述淬火温度QT以获得包含至少20％的残余奥氏体的最终组织。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述钢的化学组成使得2.3％≤Si≤2.5％。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述钢的化学组成使得：

0.25％<C≤0.35％

2.4％≤Mn≤2.7％。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述退火温度AT大于860℃且小于950℃，所述淬火温度QT为200℃至260℃，所述过时效温度PT为370℃至430℃。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，进一步涂覆所述板。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，将所述板保持在所述过时效温度PT下10秒至200秒的时间Pt，以及在冷却至室温之前在450℃至490℃的温度下进一步热浸涂覆。

14.一种由钢制成的高强度钢板，以重量百分比计，所述钢的化学组成包含：

0.25％<C≤0.4％

2.3％≤Mn≤3.5％

2.3％≤Si≤3％

Al≤0.040％

剩余部分为Fe和不可避免的杂质，所述钢具有包含大于65％的马氏体，大于15％的残余奥氏体和小于10％的铁素体加上贝氏体的总和的组织。

15.根据权利要求14所述的高强度钢板，其特征在于，所述组织包含至少75％的马氏体。

16.根据权利要求14或15中任一项所述的高强度钢板，其特征在于，所述组织包含至少20％的残余奥氏体。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的高强度钢板，其特征在于，所述钢的化学组成使得2.3％≤Si≤2.5％。

18.根据权利要求14至17中任一项所述的高强度钢板，其特征在于，所述钢的化学组成使得：

0.25％<C≤0.35％

2.4％≤Mn≤2.7％。

19.根据权利要求14至18中任一项所述的高强度钢板，其特征在于，屈服强度YS大于或等于1050MPa，拉伸强度大于或等于1300MPa，均匀延伸率UE大于或等于10％，且扩孔率HER大于或等于25％。

20.根据权利要求14至19中任一项所述的高强度板，其特征在于，所述板的至少一个面为经涂覆的。