CN1659300A - 主要由猛奥氏体构成的钢带或薄钢板的制备方法 - Google Patents
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Abstract
根据本发明的方法能够用来经济地制造主要由Mn奥氏体构成的钢带(W)或薄板。与现有材料相比,所述钢带(W)或薄板具有更高的强度。为此目的,对至少含有如下合金组元(以wt.%计)的钢进行熔炼:15.00-24.00%、Cr,5.00-12.00%、Mn,0.10-0.60%、N,0.01-0.2%、C,最多3.00%,Al和/或Si,最多0.07%、P,最多0.05%、S,最多0.5%、Nb,最多0.5%、V,最多3.0%Ni,最多5.0%Mo,最多2.0%Cu,余者为铁和不可避免的杂质。通过在两个旋转辊(2,3)或轧辊之间形成的铸造辊隙,将钢浇注成最大厚度为10mm的薄带材(D)。对所述辊(2,3)或轧辊进行强化冷却,使铸造辊隙(4)中的薄带材(D)的冷却速度至少为200K/s。
Description
本发明涉及主要由Mn奥氏体构成的钢带或薄钢板的制备方法。适于制备这些产品的钢被指定为AISI 200,并且包含标号S20100-S24000。这种钢材以焊接之后甚至在焊缝处仍保持高强度而闻名。
这些良好的强度性能通过晶体的间隙和置换混合硬化获得。在这方面碳和氮特别有效。然而,应避免碳含量较高,因为这会形成不希望的碳化物。所以,在所述及的这种钢中,优选采用氮进行间隙混合晶体硬化。但是,生产氮含量高的钢时,其中的合金组元或者生产所要求的装置很昂贵。
在一种生产氮含量高的钢的已知方法中,在施加压力载荷下熔炼熔体。这时,作用在熔体上的压力远高于氮溶解在适当钢中时的氮分压。该方法的优点是不需要添加特定量的其它合金元素就能够生产氮含量高的钢。然而,其不足之处是该方法要求的装置费用高。
在熔炼期间通过施加压力载荷来溶解氮的另一种方法涉及提高熔体本身的溶解度。这一点可以通过高含量的铬和锰来实现。M.du Toit编辑了具有相应组成的钢的性能介绍,其内容目前可以在互联网上www.tecnet.co.za/mags/steel/featurel.htm处找到。这种已知钢可以在不施加压力载荷的条件下,采用传统方法而不是连铸方法熔炼和浇注。因此,这种已知钢的浇注成本高。
通过用铝和/或硅合金化,能够进一步提高前述传统可铸钢的强度。这两种元素促进所述混合晶体硬化,因此,导致强度进一步提高。另外,铝和硅的添加能够影响堆垛层错能,进而又对变形过程产生影响。
结果,铝的添加导致堆垛层错能提高,有利于通过孪生变形。然而,硅降低堆垛层错能,但是有利于通过形成马氏体变形。由于硅和铝的共同添加,变形期间材料的强化尤其会受影响。马氏体的形成导致高强度,而孪生则降低强化效果。
在所述钢中添加铝和硅的优点被这两种元素是铁素体形成元素,它们促进一次铁素体析出这一不足之处所抵消。所获得的铁素体只能溶解少量的氮。
结果,氮在凝固期间以气泡形式去除。然而,为了获得高强度奥氏体钢,而同时又保持高的氮含量,奥氏体必须稳定。为此,要求进一步提高锰含量,这除了增加原材料成本之外,还会在钢厂制造这种高锰钢时产生较多的问题。
因此,本发明的问题是提供主要由Mn奥氏体构成的钢的制备方法,该钢能够经济地制备,且同时与现有钢相比具有更高的强度。
一种制备主要由Mn奥氏体构成的钢带或者薄钢板的方法解决了这一问题。该方法中,对含有如下合金组元(以wt.%计)的钢进行熔炼:
15.00-24.00%Cr,
5.00-12.00%Mn,
0.10-0.60%N,
0.01-0.2%C,
最多3.00%Al和/或Si,
最多0.07%P,
最多0.05%S,
最多0.5%Nb,
最多0.5%V,
最多3.0%Ni,
最多5.0%Mo,
最多2.0%Cu,
余者为铁和不可避免的杂质,
并且,通过在两个旋转辊或轧辊之间形成的铸造辊隙,将钢浇注成最大厚度为10mm的薄带材,进而,对所述辊或轧辊进行强化冷却,使铸造辊隙中的薄带材的冷却速度至少为200K/s。薄带材的厚度优选1-5mm。本发明使用的钢的详细组成中自然也包括含量为0的这类合金元素,组成中只给出了它们含量的最高容许上限。
根据本发明的进一步细化方案,可以将钢中的铬含量限制为17.00-21.00wt.%Cr,锰含量限制为8.00-12.00wt.%Mn和/或氮含量限制为0.40-0.60wt.%N。此外,钢中可以存在Ni,Mo和/或Cu。
在所有情况下,根据这些元素的作用,对用于本发明的钢组成中合金元素含量进行优化。结果,Cr,Mn,Mo,V,Nb和Al提高氮在熔体中的溶解度,而奥氏体形成元素Ni和Cu,以及Si降低氮的溶解度。如前所述,Si也起混合晶体硬化剂的作用。此外,该元素也用于晶粒细化和降低堆垛层错能。另一方面,铝提高堆垛层错能。钼也起混合晶体硬化作用并且提高耐腐蚀性。钒也具有晶粒细化作用并且提高强度。Nb的添加通过析出硬化提高强度。
本发明利用带材铸造设备的基本公知技术,通过在例如双辊铸造装置的两个辊子或轧辊之间形成的铸造辊隙对钢进行铸造,并且,进行强化冷却,以便由一次铁素体凝固转换成一次奥氏体凝固。由于奥氏体中的氮溶解度高,这样便能够使溶解在熔体中的氮进入钢中。仅仅当由铸造辊子或轧辊形成的铸造辊隙壁以与铸造带材基本相同的速度运动,结果在铸造辊隙中能够确保所述辊隙壁(铸造辊子/轧辊)与铸造钢材之间发生连续强烈的热交换时,才能够通过在铸造辊隙中铸造薄带材实现这种强化冷却。
以高的冷却速度进行的强化冷却能够确保在熔体凝固时可能形成的氮气泡保持小尺寸,而且,作用在气泡上的压力较高。这能够防止在凝固期间发生氮气脱除。此外,高的铁水静压力也能够抑制这种氮脱除。出现高的铁水静压力原因在于在铸造辊隙处熔池的高度高。这样,能够确保在形成的任何氮气泡中的压力PN总是低于大气压力PA、铁水静压力PF以及气泡表面张力ζ与气泡半径r之比的2倍的和(即:PN<PA+PF+2ζ/r)。
结果,在带材铸造期间铸造带材的快速凝固尤其给根据本发明使用的钢的组成的选择提供了很大的自由度。如前所述,由于快速凝固,能够溶解大量的氮。结果,与传统制造方法相比,可以添加更大量的能够改善材料性能的合金元素,而无须考虑这些元素可能对氮溶解度带来的不利影响。例如,如果钢中含有较多的Si,采用根据本发明的方法,则能够消除传统制造过程中由于缓慢凝固和相应的铁素体形成量的增加而存在的氮气脱除的危险。而当Al含量较高时,采用本发明提供的快速冷却,则能够避免出现缓慢冷却期间形成的AlN。结果,不必考虑缓慢冷却带来的有害影响,本发明通过适当选择Al和Si含量,能够对所使用的每种合金的变形机制进行特定调整,这样,能够获得具有最佳性能的最终产品。
在处理本发明使用的本身难于变形的钢时,本发明能够获得相当明显的成本优势。这既适用于Mn含量最多7.5wt.%,可以采用传统连铸方法铸造的钢,也适用于Mn含量高于7.5wt.%的钢,这种钢只能采用传统方法,先铸造成铸锭,然后,如必要,采用几个带有重新加热的道次轧制成所要求的最终厚度。
目前,由可连铸合金制成的热轧带材在传统热轧宽带材设备只能加工成3.5mm的最小厚度。只有采用中间退火,才能够制备目标厚度为0.8-1.2mm的冷轧带材。但是,在涉及带材铸造的根据本发明的方法中,不再需要中间退火,因为所获得的热轧带材的厚度较薄。由于本发明提供的带材铸造方法能够提供最终厚度为1-3mm的薄带材,因此,许多情况下,能够调整所制备带材的最终厚度,这样,可以完全省却冷轧步骤。这种情况下,能够避免在传统制备方法中因Mn奥氏体变形性能差带来的问题。
根据本发明的方法可以用来制备特别是含有0.4-0.6wt.%的高氮含量,并且采用最多3%的铝和/或硅合金化的钢带或薄钢板,而钢的生产无需在过高压力下进行或者要求特别高的锰含量。所制备的钢产品具有存在轻微宏观偏析或者少量粗大夹杂物的细晶粒各向同性组织。由于其中存在的Al和/或Si的作用,所述产品与现有产品相比具有提高的强度和延性。对于根据本发明制备的钢带或薄钢板,可以通过选择合金来具体调整强化效果以及变形期间的能量吸收。
所述薄带材的铸造优选在保护性气氛中进行。通过在保护性气氛中铸造,能够对表面的氧化程度进行特定调整,从而容易制备具有改性表面的薄带材。这样,能够避免形成鳞皮。
然后,在轧机机座上对所获得的带材进行不存在轧辊粘结危险的“在线”热轧。如热轧之前将薄带材加热至起始轧制温度,这一点特别有利。由于温度升高,热轧期间能够获得更高的变形度。
通过在热轧后对热轧带材进行热处理,可以对其组织进行具体优化。热处理可以包括退火以及随后的控制冷却。
依据性能范围,根据本发明制备的薄钢板特别适合于制造汽车车身用金属薄板部件、特别在通用车辆制造,尤其是汽车制造中使用的刚性结构部件、起落架或底盘部件、车轮和燃料箱。在所有这些应用中,根据本发明方法制备的薄钢板特别出色的强度性能很有利。此外,在与腐蚀性介质如燃料接触的场合,根据本发明的薄钢板和钢带的良好耐腐蚀性很有利。
接下来,参照展示实施方案的一个实例的附图,对本发明进行更详细解释。
附图展示的是带材铸造设备1的示意图。例如,在该设备中,对钢进行处理,所述钢中除了通常不可避免的杂质之外,还含有(以wt.%计)0.08%C,0.5%Si,10%Mn,19%Cr,0.5%N,0.3%Al,余者为铁。
带材铸造设备1包括称作“双辊”的双辊铸造装置,其中,辊2,3每个均围绕旋转轴沿相反方向旋转,如图所示。辊2,3之间存在铸造辊隙4,该辊隙中连续填充熔体,这样,熔池S形成在铸造辊隙4上方。
采用未示出的冷却装置在铸造期间对辊2,3进行强化冷却,以使进入铸造辊隙4的熔体在高于200K/s的冷速下主要凝固成奥氏体,并且,作为1-5mm厚的薄带材D离开铸造辊隙4。然后,将所制备的薄带材D通过炉子5,在炉中,加热至起始轧制温度。
带有辊2,3的双辊铸造装置和炉子5均放置在充满保护性气体的外罩6中。通过在保护性气氛中铸造薄带材D并且在炉子5内进行重新加热,能够大大避免在薄带材D的表面上形成鳞皮。
加热至起始轧制温度的薄带材D进入轧机7,被热轧至最终尺寸。由于起始轧制温度高,因此,能够进行高度变形。由进入轧机的基本无鳞皮的薄带材D轧制而成的热轧带材W热轧之后具有特别高质量的表面。
在轧机7中热轧之后,在连续退火炉8中对热轧带材W进行退火,然后,借助冷却装置9进行控制冷却,以便对其组织进行特定改善。之后,将已热处理的热轧带材W卷取成卷材10。
与具有传统组成并且采用传统方法制备的钢带相比,采用前述方法制备的钢带具有特别高的强度,同时还具有良好的变形性和同样良好的能量吸收能力,这是因为通过在双辊铸造装置的辊2,3之间进行快速冷却,能够获得高的氮含量。
下表比较了根据本发明在铸造辊设备1中制备的热轧带材W的出色强度值与采用连续铸造的传统方法制备的Mn奥氏体钢的强度值。
Rp0.2[MPa] | Rm[MPa] | A80[%] | |
本发明 | 550-650 | 850-900 | 35-45 |
传统方法 | 420 | 750-800 | 50 |
符号
1铸造辊设备
2,3辊
4铸造辊隙
5炉子
6外罩
7轧机
8连续退火炉
9冷却装置
10卷取机
D薄带材
W热轧带材
S熔池
Claims (16)
1.主要由Mn奥氏体构成的钢带(W)或薄板的制备方法,
-其中,对含有如下合金组元(以wt.%计)的钢进行熔炼:
15.00-24.00%Cr,
5.00-12.00%Mn,
0.10-0.60%N,
0.01-0.2%C,
最多 3.00%Al和/或Si,
最多 0.07%P,
最多 0.05%S,
最多 0.5%Nb,
最多 0.5%V,
最多 3.0%Ni,
最多 5.0%Mo,
最多 2.0%Cu,
余者为铁和不可避免的杂质,
并且,
-通过在两个旋转辊(2,3)或轧辊之间形成的铸造辊隙,将钢浇注成最大厚度为10mm的薄带材(D),进而,对所述辊(2,3)或轧辊进行强化冷却,使铸造辊隙(4)中的薄带材(D)的冷却速度至少为200K/s。
2.根据权利要求1的方法,其特征在于:薄带材(D)的厚度为1-5mm。
3.根据前述权利要求之一项的方法,其特征在于:钢中含有17.00-21.00wt.%Cr。
4.根据前述权利要求之一项的方法,其特征在于:钢中含有8.00-12.00wt.%Mn。
5.根据前述权利要求之一项的方法,其特征在于:钢中含有0.40-0.60wt.%N。
6.根据前述权利要求之一项的方法,其特征在于:钢中附加含有Ni,Mo和/或Cu。
7.根据前述权利要求之一项的方法,其特征在于:薄带材(D)的铸造在保护性气氛中进行。
8.根据前述权利要求之一项的方法,其特征在于:铸造之后,对薄带材(D)进行连续热轧,获得热轧带材(W)。
9.根据权利要求8的方法,其特征在于:热轧之前,将薄带材(D)加热至起始轧值温度。
10.根据权利要求9的方法,其特征在于:加热在保护性气氛中进行。
11.根据权利要求8-10之一项的方法,其特征在于:热轧之后,对热轧带材(W)进行热处理。
12.根据权利要求1-11中之一项的方法制备的钢带在作为汽车车身金属薄板部件用材上的应用。
13.根据权利要求1-11中之一项的方法制备的钢带在作为刚性结构部件用材上的应用。
14.根据权利要求1-11中之一项的方法制备的钢带在作为起落架或底盘用材上的应用。
15.根据权利要求1-11中之一项的方法制备的钢带在作为车轮用材上的应用。
16.根据权利要求1-11中之一项的方法制备的钢带在作为燃料箱用材上的应用。
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