CN1226427C - 高强度的各向同性钢,板材制造方法及所得板材 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钢，其组分以wt.%表示包括：0.03≤C≤0.06；0.50≤Mn≤1.10；0.08≤Si≤0.20；0.015≤Al≤0.070；N≤0.007；Ni≤0.040；Cu≤0.040；P≤0.035；S≤0.015；Mo≤0.008；Ti≤0.005；也含有0.65≤B/N≤1.60的硼，剩余的组分由铁和因制备而带来的杂质构成。本发明还涉及一种制造具有所述组分的钢板的方法以及所得到的板材。
Description
本发明涉及高强度的各向同性钢以及由该种钢制造的板材，其具有改良的机械性能并在进行热处理时无老化。
这种钢尤其可用于制造具有一种有机涂层的汽车的外观部件。
这些部件通常通过拉拔来进行制备，这假定了钢具有高水平的延展性，并且尽可能地具有为获得好的部件延展所需的各向同性。进一步地，也希望其具有好的抗刻痕性，这可以通过高的屈服强度来得到。
在该制备步骤之前，部件用经过一个特定的热处理焙烧的有机涂层进行涂覆，热处理的最高温度目前在250℃左右，并在此温度下保持大约30秒的一段时间。
然而，这种热处理可能导致一种在钢内的老化现象，这通过屈服强度升高，延展性的减小以及最主要的一个屈服平台的出现而反映出来。这种屈服平台的存在是不可接受的，因为它是在拉拔中产生明显的可见拉伸应变的根源，这会增加不可接受的表面缺陷。
这样，EP0870848中陈述了一种具有好的机械强度性能和好的延展性的超软铝脱氧铌钢，但其倾向于产生刚才提及的老化现象，所以不可用来在拉拔之前需要热处理的沉积涂层。
因此，本发明的目的是提供一种可用的各向同性的金属材料，其不但具有好的延展性和高的没有平台的屈服强度，并且能够在沉积了有机涂层后可以进行热处理而不发生老化。
为此目的，本发明的第一个主题是一种钢，其组分按重量％表示包括：
0.03≤C≤0.06
0.50≤Mn≤1.10
0.08≤Si≤0.20
0.015≤Al≤0.070
N≤0.007
Ni≤0.040
Cu≤0.040
P≤0.035
S≤0.015
Mo≤0.008
Ti≤0.005
其中也含有0.65≤B/N≤1.60的硼，剩余的组分由铁和因熔炼而带来的杂质构成。
事实上，本发明的发明人发现合金元素的特殊的平衡含量可以让人吃惊地使获得具有所有期望性能的钢型成为可能。
依据本发明，碳组分含量按重量比在0.03-0.06％之间，由于这种元素明显的降低了延展性。然而，为了避免任何的老化问题，按重量比最小0.03％的碳量是必要的。
依据本发明的锰组分含量按重量比必须在0.50-1.10％之间。锰提高了钢的屈服强度，同时极大的降低了它的延展性。而且也减小了老化趋势。按重量比低于0.50％，就会观察到老化问题，然而，按重量比含量在1.10％以上，就会过度地损害延展性。
依据本发明的硅组分含量按重量比必须在0.08-0.20％之间。其极大地提高了钢的屈服强度，同时轻微地降低了延展性，但是却明显的增加了老化的趋势。如果其含量按重量比低于0.08％，此钢就不具有好的机械性能，然而，如果按重量比超过了0.20％，以虎皮条纹形式出现的表面表观问题就会上升。
在本发明的一个优选的实施方案中，锰含量与硅含量的比率在4到15之间，这样就可在闪光焊接中避免任何的脆性问题。这是因为，如果比率超出了上述值，在焊接过程中观察到了脆化氧化物的形成。
在本发明的另一个优选的实施方案中，锰的含量按重量比在0.55-0.65％之间，硅的含量按重量比在0.08-0.12％之间。这一实施方案使获得具有改良的延展性和高于220MPa的屈服强度的型号成为了可能。
在本发明的另一个优选的实施方案中，锰的含量按重量比在0.95-1.05％之间，硅的含量按重量比在0.16-0.20％之间。这一实施方案使获得具有改良的抗拉强度和高于260MPa的屈服强度的高延展性的型号成为了可能。
氮组分含量按重量比必须低于0.007％，优选地按重量比低于0.005％，由于这种元素降低钢的机械性能。依据本发明，钢中这种元素的存在是在熔炼中带来的。
依据本发明的硼组分含量必须使0.65≤B/N≤1.60。硼的主要功能是通过硼的氮化物的早期沉淀来固定氮。所以，其存在的量必须足够，以避免太大量的氮保留在自由状态，然而，又不能超过化学计量太多，由于其自由的剩余量可能引起冶金问题和卷材边缘的显色。作为指示，应该提到的是B/N比率为0.77时得到严格的化学计量。
依据本发明的铝组分含量按重量比在0.015-0.070％之间，但这并不是非常重要。依据本发明在此型号中存在铝是因为在铸造步骤中加入这种元素可以使钢脱氧。然而，重要的是其按重量比不能超过0.070％，由于那样将会遇到铝氧化物夹杂物问题，这些对钢的机械性能是有害的。
依据本发明的钢中鳞的含量按重量比要限制在低于0.035％，优选的按重量比低于0.015％。这使得该型号的屈服强度提高了，但同时增加了在热处理中老化的趋势，这是它的局限性。它也对延展性有有害的影响。
钛的组分含量按重量比必须低于0.005％，硫按重量比必须低于0.015％，镍按重量比必须低于0.040％，铜按重量比必须低于0.040％，以及钼按重量比必须低于0.008％。事实上，是因为该型号通常遇到的熔炼而使这些不同的元素构成了剩余元素。它们的含量受到限制，由于它们倾向于形成夹杂物而降低型号的机械性能。
本发明的第二个主题是制造具有依据本发明的组分的板材的方法，包括：
-将钢熔炼并铸造成板坯；
-将板坯热轧得到板材，轧制终止温度在Ar3点的温度以上；
-在500和700℃之间的温度将板材卷绕；
-以50-80％的缩减比例将板材进行冷轧；
-重结晶热处理；并
-以优选的在1.2-2.5％之间的光整冷轧缩减率进行光整冷轧。
依据本发明的组分可以采用任何适用的工艺以一种传统的方式熔炼。
熔炼之后，钢被铸成半成品形式，比如板坯，再将其再加热到大约1230℃到大约1260℃的温度以进行热轧，轧制终止温度在Ar3以上，这里Ar3在810℃左右。由此得到板材。轧制终止温度优选的在Ar3点+20℃以下。在此步骤之后，将所得板材在500到700℃之间的温度下进行卷绕。
在一个优选的实施方法中，板材在580℃到620℃的温度下进行卷绕，这样可以限制晶粒尺寸，由此提高屈服强度。
然后，将板材以50-80％的缩减比例进行冷轧，优选为60-80％，并进行重结晶热处理，优选的包括首先要在氢气中在钢的重结晶温度以上的温度进行5到15个小时的静态退火。作为指示，该型号这一重结晶温度通常在540到570℃之间。该退火在氢气中进行的目的是为了避免板材边缘任何的显色问题。
重结晶热处理进一步包括，优选地，第二步是持续时间超过30个小时的慢速静态冷却，特别优选的持续不少于40小时。该冷却缓慢进行是为了保证在铁素体基体中的渗碳体沉淀可是相当稳定的。由于相同的原因，冷却要采用静态方式进行，由此获得这类缓慢冷却的方法。
然而，仍保留了相当的可能，可采用更快速的冷却来获得本发明中所需的结果。
然后，板材优选地以在1.2-2.5％的光整冷轧缩减率进行光整冷轧，例如在1.5％左右，这使得任意的剩余屈服平台最小化成为可能。由于延展性将下降，优选的缩减率不超过2.5％，但为了避免任何的老化问题，优选的也不能低于1.2％。
接下来，沉积一层有机涂层并进行热处理以使其固定。例如，该热处理可以这样构成，快速加热到250℃，在此温度下保持大约30秒，然后进行冷却。
为了能够对两种在不同的温度下的并保持不同时间的热处理进行比较，采用了一个叫做PAREQ的量，其这样来进行定义：
PAREQ＝-0.76×log(∫exp(-ΔH/RT)dt)
其中，ΔH：碳在铁中的扩散能(大约112kJ/mol)；
T：循环温度；
积分区间为热处理时间。
热处理越热或者越长，PAREQ的值越低。两种PAREQ值相同的不同的热处理可以在同型钢上得到相同的结果。
如果在250℃下对钢进行热处理并在此温度下保持30秒，PAREQ值为10.26。在本发明的范围之内，尤其受到更多关注的是PAREQ值在9.80到11.5之间的热处理。
在本发明中涉及的有机涂层优选地指包括可交联树脂和可选的金属球的，比如锌的涂层。这些涂层通常沉积成为几个微米量级的薄膜，尤其地保护钢不受腐蚀。
如果钢依据本发明尤其更倾向于采用这类涂层，可以明白其能够用于其中必须承受PAREQ值在9.80到11.50之间的热处理的任何的应用，无论在任何类型的涂层操作之后是否进行该类热处理。
本发明的第三个主题是具有依据本发明的组分的各向同性钢的板材，以及应用依据本发明的方法由不同的实施方式得到的板材。
优选地，各向同性钢板材的钢中按重量比含有0.55-0.65％的锰，0.08-0.12％的硅，在进行了PAREQ值在9.8-11.5之间的热处理之后，其屈服强度大于220 Mpa，延展率大于36％，并且加工硬化系数大于0.20。
还有一种优选的各向同性钢板材，其钢中按重量比含有0.95-1.05％的锰，0.16-0.20％的硅，在进行了PAREQ值在9.8-11.5之间的热处理之后，其屈服强度大于260 Mpa，抗拉强度大于400 MPa，并且加工硬化系数大于0.18。
通过下面的例子对本发明进行了阐述，下表按重量％给出了不同钢测试得到的组分，其中heat1到heat3依据本发明，heat4用作比较。
| Heat 1 | Heat 2 | Heat 3 | Heat 4 | |
| C | 0.041 | 0.045 | 0.038 | 0.025 |
| Mn | 0.853 | 0.989 | 0.598 | 0.227 |
| Si | 0.089 | 0.167 | 0.088 | 0.006 |
| N | 0.0035 | 0.0042 | 0.0032 | 0.0041 |
| B | 0.0026 | 0.0029 | 0.0051 | - |
| Al | 0.035 | 0.031 | 0.038 | 0.050 |
| P | 0.007 | 0.0065 | 0.007 | 0.006 |
| S | 0.011 | 0.0056 | 0.01 | 0.012 |
| Cu | 0.018 | 0.025 | 0.012 | 0.010 |
| Ni | 0.020 | 0.022 | 0.019 | 0.017 |
| Cr | - | 0.028 | - | 0.032 |
| Ti | 0.0012 | 0.001 | - | 0.002 |
| Nb | - | - | - | 0.016 |
| Mo | 0.0012 | - | 0.008 | - |
自然地，Heat1到Heat4的剩余组分是由铁和可能由熔炼带来的杂质组成。
使用的缩写如下：
A：断裂时的延展率％；
RE：屈服强度MPa；
Rm：抗拉强度MPa；
n：加工硬化系数；
Δr：面各向异性系数；
r：各向异性系数；
实施例1-屈服强度和抗拉强度
制成分别具有依据本发明的heat1到heat3的组分，以及作为比较的heat4的组分的钢板，先铸造成板坯并再加热到大约1230℃，接着进行热轧，热轧终止温度平均在860℃。在大约585℃的温度下将板材卷绕，然后冷轧，缩减比为73％。然后在氢气中于大约630℃下退火7小时，进而进行30小时的慢冷。最后进行光整冷轧缩减率为1.5％的光整冷轧。
然后首先依照NF EN 10002-1标准，对从卷材始段和终端取得的试样沿着轧制方向的横向进行拉伸试验。
然后，将板材进行PAREQ为10.26的热处理，并依照NF EN10002-1标准进行第二次拉伸试验。该热处理是以每秒35℃的加热速率加热到250℃，并在此温度下保持30秒。
由此测定了该板材的屈服强度和抗拉强度，所得结果如下：
| Heat 1 | Heat 2 | Heat 3 | Heat 4 | |||||
| Re(MPa) | Rm(MPa) | Re(MPa) | Rm(MPa) | Re(MPa) | Rm(MPa) | Re(MPa) | Rm(MPa) | |
| 热处理前 | 241 | 373 | 258 | 400 | 243 | 357 | 262 | 353 |
| 热处理后 | 247 | 380 | 266 | 396 | 240 | 355 | 329 | 355 |
可以看到，依据本发明的heat1到heat3的Re和Rm的水平没有因为热处理而降低，这证明了依据本发明的钢是适用于进行该种热处理的。
也可以看到依据本发明的heat2获得了优异的结果，其所得的屈服强度大于260MPa，抗拉强度大于400MPa。
实施例2-延展性
通过进行与实施例1中相同的拉伸试验，常规测定了这四个heat在断裂A处的延伸率和加工硬化系数n。
拉伸曲线首先表明无论在热处理前还是在热处理后，在依据本发明的heat1到heat3中没有观察到屈服平台。相反，作为比较的heat4中，在热处理前就表现出了轻微的平台，在相同的热处理后有了超过10％的平台，因此使得其完全不适用于实现本发明的目的。
其它结果在下表中给出：
| Heat 1 | Heat 2 | Heat 3 | Heat 4 | |||||
| A(％) | n | A(％) | n | A(％) | n | A(％) | n | |
| 热处理前 | 34.7 | 0.198 | 32.3 | 0.195 | 35.6 | 0.207 | 35.5 | 0.192 |
| 热处理后 | 34.9 | 0.190 | 34.3 | 0.180 | 36.5 | 0.202 | 34.7 | 0.216 |
通过检测这些结果，尤其得到了断裂时的好的延伸率值，由此使得在拉拔中保证正确地制造部件成为可能。同时也获得了好的加工硬化系数n，确保了在拉拔中通过加工硬化效果而在成品中得到恰当的屈服强度水平。
也可以看到，不但由于在断裂处的延伸率，而且由于其加工硬化系数，依据本发明的heat3展示出了优异的延展性。
作为比较的heat4的所得值是指示性的，由于在存在的平台超过10％时，这些值是不重要的。
实施例3-各向同性
钢的整体各向异性通过平均正交各向异性系数r来确定：
r＝[r(0)+r(90)+2r(45)]/4
这里r(0)，r(90)，r(45)是沿相对于轧制方向的纵向，横向和45°斜向的正交各向异性系数。
面各向异性系数Δr可以这样来确定：
Δr＝[r(0)+r(90)-2r(45)]/2
在板材进行与实施例1中所述的相似的热处理之前和之后测定这些系数。结果在下表中给出：
| Heat 1 | Heat 2 | Heat 3 | Heat 4 | |||||
| r | Δr | r | Δr | r | Δr | r | Δr | |
| 热处理前 | 1.27 | 0.17 | 1.25 | 0.11 | 1.30 | 0.25 | 1.33 | 0.19 |
| 热处理后 | 1.25 | 0.20 | 1.23 | 0.11 | 1.26 | 0.24 | 1.47 | 0.21 |
作为比较的heat4的所得值是指示性的，由于在存在的平台超过10％时，这些值是不重要的。
可以看出依据本发明的钢的各向同性平均是好的，使它们适于用来进行深度拉拔，heat2具有尤其显著的Δr值。
事实上，本发明的发明人已经发现，当钢是热的并且没有打乱后来的重结晶时，在板材的钢沉淀中会以不可控制的方式形成氮化硼。因此，依据本发明的带材具有延伸率近于1并且各向异性系数低的显微晶粒结构。
Claims (13)
1.一种钢，其组分以重量％表示包括：
0.03≤C≤0.06
0.50≤Mn≤1.10
0.08≤Si≤0.20
0.015≤Al≤0.070
N≤0.007
Ni≤0.040
Cu≤0.040
P≤0.035
S≤0.015
Mo≤0.008
Ti≤0.005
其中也含有0.65≤B/N≤1.60的硼，剩余的组分由铁和因熔炼带来的杂质构成。
2.权利要求1中的钢，而且其特征在于锰含量与硅含量为
4≤％Mn/％Si≤15。
3.权利要求1或者2中的钢，而且其特征在于，锰含量按重量比在0.55-0.65％之间，且硅含量按重量比在0.08-0.12％之间。
4.权利要求1或者2中的钢，而且其特征在于，锰含量按重量比在0.95-1.05％之间，且硅含量按重量比在0.16-0.20％之间。
5.权利要求1或者2中的钢，而且其特征在，氮含量按重量比少于0.005％。
6.权利要求1或者2中的钢，而且其特征在于，磷含量按重量比少于0.015％。
7.一种制造权利要求1至6任意之一的钢的板材的方法，包括：
-将钢熔炼并铸造成板坯；
-将该板坯热轧得到板材，轧制最终温度在Ar3点的温度以上；
-在500和700℃之间的温度将板材卷绕；
-以50-80％的缩减比例将板材进行冷轧；
-重结晶热处理；并
-以在1.2-2.5％之间的光整冷轧缩减率进行光整冷轧。
8.权利要求7中的方法，其特征在于所述重结晶热处理是一种在氢气中于钢的重结晶温度之上的温度进行的，5到15小时的静态退火操作，其后进行多于30小时的慢静态冷却。
9.权利要求7或者8中的方法，其特征在于将有机涂层沉积在光整冷轧的板材上，然后将已涂覆的板材进行PAREQ在9.80和11.5之间的热处理。
10.权利要求9中的方法，其特征在于所述的有机涂层基于可交联的树脂并包含金属球。
11.一种各向同性钢的板材，其具有权利要求1至6任意之一的钢。
12.权利要求11中的各向同性钢的板材，其特征在于钢的锰含量按重量比在0.55-0.65％之间，硅含量按重量比在0.08-0.12％之间，在进行了PAREQ值在9.8-11.5之间的热处理之后，具有的屈服强度大于220MPa，延伸率大于36％，且加工硬化系数大于0.20。
13.权利要求11中的各向同性钢的板材，其特征在于钢的锰含量按重量比在0.95-1.05％之间，硅含量按重量比在0.16-0.20％之间，在进行了PAREQ值在9.8-11.5之间的热处理之后，具有的屈服强度大于260MPa，抗拉强度大于400Mpa，且加工硬化系数大于0.18。
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