具有高的強度和可成形性的奧氏體鋼，制造所述鋼的方法及其應用的制作方法

專利名稱：：具有高的強度和可成形性的奧氏體鋼，制造所述鋼的方法及其應用的制作方法具有高的強度和可成形性的奧氏體鋼，制造所述鋼的方法及其應用本發明涉及一種用于冷軋的具有高強度和良好可成形性的基本上為奧氏體的鋼。本發明還涉及制造所述鋼的方法及其應用。長期以來具有高強度的奧氏體鋼已為人們所公知，例如包含錳(11-14%)和碳(1.1-1.4%)作為其主要合金化元素的哈德菲爾(Hadfield)鋼。RobertHadfield在1882年發明了含有約1.2%的C和12%的Mn的最初的哈德菲爾鋼。這種鋼將高韌性和合理的延展性與高的加工硬化能力以及通常良好的耐磨損性相結合。然而，由于大量的脆性碳化物，哈德菲爾鋼不具有良好的可成形性。由于高的加工硬化速率，該鋼難于機加工。GB297420公開了一種添加有鋁以便改良可機加工性的鑄造哈德菲爾型鋼。鋁的添加導致改良可機加工性(尤其是通過材料分離工具的可機加工性)的顆粒的形成。這些類型鋼的缺點是它們難于冷軋。高的加工硬化速率和脆性碳化物的存在使得鋼非常迅速地加工硬化。美國專利2，448，753試圖通過對熱軋材料進行反復加熱、淬火、酸洗和冷軋直至達到所需的冷軋厚度來解決這一問題。然而，這是一種成本非常高的方法。US5,431,753公開了一種用于制造具有15-35%的錳含量、至多1.5的碳和0.1-3.0%的鋁的冷軋鋼的方法。公開了更低的錳含量是不希望的。本發明的目的是提供一種具有高強度和良好可成形性的基本上為奧氏體的鋼，其能夠被冷軋至其最終厚度而無需中間退火步驟。本發明的另一目的是提供一種具有改良的強度和可成形性的基本上為奧氏體的鋼。本發明的又一目的是提供一種能夠以經濟方式制造的具有高的強度和可成形性的基本上為奧氏體的鋼。通過用于冷軋的包含如下成分的鋼可以實現這些目的中的至少一個(以重量百分比計)-0.05-1.0%的C-11.0國14.9%的Mn-1.0-5.0%的Al-0-2.5%的Ni余量為鐵和不可避免的雜質，其中顯微組織包含至少75體積％的奧氏體，且其中(Ni+Mn)為11.0-15.9%。根據本發明的鋼的碳含量遠低于已知為約1.2%的哈德菲爾鋼的碳含量。認為該合金化元素的貢獻如下文所述。碳通過提高層錯能(SFE)抑制￡-馬氏體的形成。層錯是s-馬氏體的前體，從而提高SFE會降低形成s-馬氏體的傾向。較低的碳含量導致在軋制后的冷卻期間形成脆性相和/或析出物的較低傾向，并且與哈德菲爾鋼相比較低的碳含量對于鋼的可焊性也是有益的。另外，由于碳是一種奧氏體穩定元素，因此添加碳改良了奧氏體的穩定性。根據本發明的奧氏體鋼中的主要變形機制是應變感生孿晶化和轉變感生塑性。錳通過取代硬化改良鋼的強度，并且它是一種奧氏體穩定元素。降低錳含量導致合金的SFE的降低并因此導致促進應變感生孿晶化。根據本發明的錳范圍提供了室溫下穩定或亞穩定的奧氏體。鋁降低根據本發明鋼中的奧氏體內的碳的活性。碳活性的降低增加了碳在奧氏體中的溶解度，從而通過減小碳的過飽和，降低了碳化物、尤其是(FeMn)-碳化物析出的驅動力。鋁還降低碳在奧氏體中的擴散率，從而降低在例如冷軋的變形處理期間對動態應變時效的敏感性。更低的擴散率還導致更緩慢的碳化物形成，從而防止或至少阻礙粗析出物的形成。由于較高的鋁含量還導致較高的SFE，因此在增加鋁水平時降低了應變感生孿晶化的傾向。因此，關于抑制s-馬氏體的形成和防止或阻礙脆性碳化物尤其是(FeMn)-碳化物的形成，鋁含量的增加能夠補償碳含量的降低。認為這些碳化物會導致本發明鋼的不良可加工性，所以應避免它們的形成。因此減小的碳活性和降低尤其是(FeMn)-碳化物，從而導致改良的可成形性以及改良的可冷軋性。據發現，在低于1%鋁時，對e-馬氏體的抑制是不足的，而在超過5%的鋁水平下，SFE變得過高，從而不利影響孿晶化變形機制。由于鋁還是一種鐵素體穩定元素，因此鋁添加物對奧氏體穩定性的影響必須被錳和其它奧氏體穩定元素來補償。可用同樣促進奧氏體穩定性的元素例如鎳來至少部分替代錳。據認為鎳對伸長率值和沖擊強度具有有益影響。由于在維持有利的冷軋和機械性能的同時，保持合金化添加物的量盡可能地低，因此奧氏體是亞穩的并且鋼的顯微組織可能不是完全奧氏體的。作為組成函數的本發明鋼中的顯微組織，可包含具有馬氏體組分的鐵素體和奧氏體的混合物。在使根據本發朋的鋼變形時，孿晶化感生的塑性和由變形影響下的轉變感生的塑性的變形機制的有益組合提供了優異的可成形性，然而，與常規哈德菲爾鋼相比的較低應變硬化和加工硬化速率，兼之對鋁添加引起的動態應變時效的較低敏感性，以及不存在粗和/或脆性的碳化物，導致良好的冷禮和成形性能。已發現，當顯微組織包含至少75體積％的奧氏體時，獲得了有利的冷軋和機械性能。作為不存在作為合金化元素的硅(即就出于合金化目的而有意添加硅的意義而言)的結果，根據本發明的鋼還具有良好的可鍍鋅性(galvanisability)。另外，不存在低熔點氧化硅的風險，從而防止在熱軋帶材的表面上出現粘性的氧化硅。應當指出的是，該鋼不僅具有優異的可冷軋性，而且在其冷軋前狀態即例如在其剛熱禮的狀態下，以及在冷軋和退火之后的再結晶狀態下，獲得了強度和可成形性方面的類似的優異性能。在本發明的一個實施方案中(Ni+Mn)為最多14.9%。由于減少了昂貴的合金化元素的量，這個實施方案允許以更經濟的方式制造該鋼。在本發明的一個實施方案中，顯微組織(特別是在冷軋和退火之后)包含至少80體積°/、優選至少85體積％、更優選至少90體積％且甚至更優選至少95體積％的奧氏體。本發明人發現，如果對鋼進行選擇使得顯微組織中的奧氏體含量包含至少80體積％、優選至少85體積°/。、更優選至少卯體積％且甚至更優選至少95體積％的奧氏體，則能夠獲得冷軋和機械性能的進一步改良。由于奧氏體的亞穩定性，和轉變感生塑性的出現，在后續加工步驟期間，奧氏體的量趨于降低。為了確保良好的可成形性和高的強度，即使在較后或其最后的加工步驟期間，也希望在加工的任何階段特別是在冷軋和退火之后都具有盡可能高的奧氏體含量。據發現通過選擇碳含量為至少0.10%或至少0.15%、但優選為至少0.30%且更優選至少0.50%,可有利地影響奧氏體的量。在本發明的一個實施方案中，鋼的碳含量為最多0.78%、優選最多0.75%、更優選最多0.70%。據發現通過限定碳含量改良了鋼的可焊性。據發現，具有最多0.78%、優選最多0.75%、更優選最多0.70%或甚至更優選最多0.65%的碳含量的鋼提供了機械性能與馬氏體形成風險之間的良好平衡。在本發明的實施方案中，碳含量為0.15-0.75%，優選0.30-0.75%。從經濟觀點、性能觀點和工藝控制觀點來看，這個范圍提供了穩定的狀態。在本發明的一個實施方案中，鎳含量為最多1.25%。據認為鎳對伸長率值和沖擊強度具有有益的作用。據發現，當鎳添加超過2.5%時，該作用飽和。由于鎳也是一種昂貴的合金化元素，因此如果對伸長率值和/或沖擊強度的要求不很嚴格時，使鎳的量保持盡可能低。在本發明的實施方案中，鎳含量為最多0.10%，優選最多0.05%。在本發明的一個實施方案中，鋁含量為最多4.0%。這個實施方案通過添加鋁限制了層錯能量的增加，同時仍維持有利的性能。在本發明的一個實施方案中，錳含量為至少11.5%,優選至少12.0%。這個實施方案容許形成更穩定的奧氏體。在本發明的一個實施方案中，錳含量為最多14.7%。這個實施方案允許進一步降低根據本發明的鋼的成本。在一個實施方案中，以典型厚度為100-350mm的連鑄板坯形式，或者以典型厚度為50-100mm的連鑄薄板坯形式提供根據本發明的鋼。優選地，以連鑄和/或熱軋帶材的形式提供根據本發明的鋼，該帶材優選具有0.5-20mm、更優選0.7-10mm的典型厚度。更為優選該帶材具有最多8mm或甚至最多6mm的厚度。在一個實施方案中，以厚度為0.5-20mm、優選0.7-10mm的熱軋鋼的形式提供根據本發明的鋼，更優選該帶材的厚度為最多8mm或甚至更優選0.8-5mm。發現這種類型的熱軋鋼具有優異的拉伸強度和可成形性，這使其特別適用于要求這些性能的應用，例如在汽車和其它運輸應用中。在一個實施方案中，以冷軋帶材的形式、或者以冷軋并退火(連續或分批退火)帶材的形式提供根據本發明的鋼，該帶材可涂覆有包含一個或多個金屬和/或有機層的涂層體系。可以在熱浸生產線和電涂覆生產線中，而且也可以在CVD或PVD工藝中或甚至通過包覆來提供金屬涂層。優選地，軋制和退火以及任選的涂覆之后的冷軋鋼顯微組織的顯二微組織包含至少80體積％、優選至少85體積％、更優選至少90體積%且甚至更優選至少95體積％的奧氏體。據發現，當軋制和退火以及任選的涂覆之后的冷軋鋼顯微組織的顯微組織僅包含或基本上僅包含奧氏體時，軋制和退火后的冷軋鋼具有最佳的可成形性，。根據本發明的第二方面，提供了一種制造具有如上所述的奧氏體含量的基本上為奧氏體的鋼帶材的方法，包括步驟-提供具有如上所述組成的鋼液；-將所述鋼鑄造成錠料、或連鑄板坯、或連鑄薄板坯或帶坯連鑄(strip-cast)帶材；-通過將錠料、連鑄板坯、連鑄薄板坯或帶坯連鑄帶材熱禮至所需的熱軋厚度來提供熱軋帶材。考慮到根據本發明的鋼的組成，最有可能通過EAF-方法來提供鋼液。隨后將鋼液澆注在鑄型中，以便獲得適合于熱軋的形式的凝固鋼。這種形式可以是錠料，其在板坯軋制或重新加熱之后適合于熱軋。其也可是具有50mm-300mm的典型厚度的連鑄厚或薄的板坯。另外，適合于熱軋的形式可以是連鑄帶材，例如在使用諸如雙輥連鑄、帶式連鑄或鼓式鑄造的一些形式的帶坯連鑄裝置進行帶坯連鑄之后所獲得的連鑄帶材。為了將鑄造顯微組織轉變為形變顯微組織，需要熱變形例如凝固鋼的軋制。這可在包含單個常規禮制機架或多個軋制機架的常規軋機中進行，在后一情形中，通常在串聯配置(tandemset-up)中進行。如果必須使用低的厚度減薄量來實現鑄鋼的變形，例如在帶坯連鑄之后，則可以使用EP1449596Al中公開的方法來在鋼帶中產生大量變形而不將帶材厚度減至相同的程度。這種方法包括這樣的軋制工藝其中使鋼產品在軋機機架的一組旋轉輥之間通過以便禮制該鋼產品，其特征在于軋機機架的輥具有不同的圓周速率，使得一個輥是較快移動的輥，而另一個輥是較慢移動的輥，其特征還在于較快移動的輥的圓周速率比較慢移動的輥的圓周速率高至少5%且最多高100%，在于每個道次鋼產品的厚度被減薄最多15%,并且在于該軋制發生在1350。C的最大溫度下。在本發明的一個實施方案中，將熱軋帶材冷軋至所需的最終厚度，優選其中冷軋減薄率為10-90%、更優選30-85%、甚至更優選45-80%。在本發明的一個實施方案中，在冷軋至所需的最終厚度之后，以連續或分批退火工藝對冷軋帶材退火。這種退火處理產生充分再結晶的產品。在本發明的一個實施方案中，冷軋帶材是鍍鋅的。不存在作為合金化元素的硅(即就出于合金化目的而有意地添加硅的意義而言)對于奧氏體鋼的可鍍鋅性是有益的。因此極大地提高了鋅層與基材的附著性。可以在550-1100。C、優選650-1100。C的退火溫度下以分批退火工藝對根據本發明的鋼進行退火，在該情形中，最高退火溫度優選為550-800°C、優選650-80(TC且更優選至少為700。C和/或低于780。C，或者以連續退火工藝進行退火，在該情形中，最高退火溫度為至少600。C,優選其中的最高退火溫度為700-1100°C，更優選低于900'C。在冷軋步驟和/或退火步驟之后，可以對帶材進行平整軋制處理。根據第三方面，提供了根據上述方法制造的如上所述的奧氏體鋼帶材或片材。這些鋼在任何工藝階段都提供了優異的強度和良好的可成形性。得到的鋼帶可被加工成適于進一步處理(例如以已知方式進行沖壓操作或壓制操作)的坯料。該鋼可用來制造用于汽車應用的部件，不但可用于承重部件例如底盤部件或車輪，而且可用于外部部件例如車身部件。該鋼還適合于(特別是用于低溫應用的)管材(tube)和導管(pipe)的制造。由于其大的成形潛力，該鋼非常適合于通過液壓成形或類似方法來進行成形。它的高加工硬化潛力和加工硬化速率使得該鋼適合于制造其中鋼經受沖擊載荷的產品。下面將參考下列非限制性的實施例和鋼來更詳細地說明本發明，在表l中給出了這些鋼的組成(短橫線表示該元素僅作為不可避免的雜質存在和/或在鋁的情形中用于使鋼鎮靜(killing))。表l:根據本發明的鋼(以重量％計)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>將30mm厚的軋制錠料再加熱至1220。C的溫度(除鋼12外，其中考慮到該鋼的延展性而使用1070。C的再加熱溫度)并隨后使用7道次軋制規程將其熱軋至3mm的規格。使用90(TC的終軋溫度。巻取溫度為600。C-680°C。在下表2中匯總了最終規程的詳細內容。表2:熱專L匯總<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>由于仔細選擇的化學組成，特別是低的C水平或Al添加，因此證實不需要為了避免碳化物脆化而在巻取之后進行淬火。可以容易地進行3mm熱軋樣品的冷軋，以提供規格分別為1.5mm、1.3mm或1mm的冷軋樣品。在不同條件下對小樣品進行退火隨后用硬度測試確定再結晶的程度，以便確定分批退火的條件。這顯示700。C的最低溫度和4小時的均熱時間對于獲得基本上完全的再結晶是足夠的。為了提供合理的安全限度，對于分批式退火，優選715。C的最低退火溫度持續4小時或730。C持續4小時，以便提供完全的再結晶。應當指出的是，用于分批退火的退火時間和退火溫度在一定程度上是可交換的，參見EP0876514。從所有板材上取下樣品并對這些樣品進行分批退火(見表4)。在表3和4中示出了鋼1和鋼9-12在軋制方向上的拉伸性能。不同的冷減薄水平看來對再結晶的驅動力幾乎沒有影響。巻取溫度在60(TC與680。C之間的波動也看來幾乎沒有影響。除鋼12使用50mm規格長度外，在標準拉伸試樣上進行拉伸測試并且使用80mm規格長度。依照EN10002-1在縱向進行拉伸測試。表3:<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表4:冷軋樣品的拉伸結果<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>當然可以理解，本發明不限于所描述的實施方案和上述的實施例，而是包括本說明書和下面的權利要求書的范圍內的任何和所有實施方案。權利要求1.用于冷軋的具有高強度和良好可成形性的基本上為奧氏體的鋼，其包含(以重量百分比計)-0.05-1.0％的C-11.0-14.9％的Mn-1.0-5.0％的Al-0-2.5％的Ni余量為鐵和不可避免的雜質，其中顯微組織包含至少75體積％的奧氏體，且其中(Ni+Mn)為11.0-15.9％。2.根據權利要求1的鋼，其中顯微組織包含至少80體積％、優選至少85體積％、更優選至少90體積％且甚至更優選至少95體積％的奧氏體。3.根據權利要求1或2的鋼，其中碳含量為0.30-0.75%。4.根據前述權利要求中任一項的鋼，其中鎳含量為最多0.05%。5.根據前述權利要求中任一項的鋼，其中鋁含量為最多4.0%。6.根據前述權利要求中任一項的鋼，其中錳含量為至少11.5%,優選至少12.0%。7.根據前述權利要求中任一項的鋼，其中錳含量為最多14.7%。8.根據前述權利要求中任一項的熱軋鋼，其具有0.5-20mm、優選0.7-10mm的厚度，更優選該帶材的厚度為最多8mm或甚至更優選為0.8-5mm。9.根據前述權利要求中任一項的冷軋鋼，其中以冷軋帶材形式、或者以冷軋并連續退火或分批退火帶材形式提供所述鋼，且所述鋼任選涂覆有包含一個或更多金屬和/或有機層的涂層體系。10.根據權利要求9的冷軋鋼，其中在軋制和退火之后的顯微組織包含至少80體積％、優選至少85體積％、更優選至少90體積°/。且甚至更優選至少95體積％的奧氏體。11.制造奧氏體鋼帶材的方法，其具有根據權利要求1或2的奧氏體含量，包括步驟-提供具有根據權利要求l-7中任一項的組成的鋼液；—將所述鋼澆鑄成錠料、或連鑄板坯、或連鑄薄板坯或帶坯連鑄帶材；—通過將錠料、連鑄板坯、連鑄薄板坯或帶坯連鑄帶材熱軋至所需的熱軋厚度，來提供熱軋帶材。12.根據權利要求11的方法，其中將熱軋帶材冷軋至所需的最終厚度，優選其中冷軋減薄率為10-90%、更優選30-85%、甚至更優選45-80%。13.權利要求12的方法，其中在冷軋至所需的最終厚度之后，以連續或分批退火工藝對冷軋帶材退火。14.通過根據權利要求11-13中任一項的方法由根據權利要求1-10中任一項的鋼制造的帶材或片材，其中該鋼優選是鍍鋅的。15.根據權利要求1-10的鋼或者根據權利要求14的帶材或片材，其在制造汽車的內部或外部部件或者車輪中的用途。16.根據權利要求1-10的鋼或根據權利要求14的帶材或片材，其在液壓成形應用中的用途。全文摘要用于冷軋的具有高強度和良好可成形性的基本上為奧氏體的鋼，其包含(以重量百分比計)0.05-1.0％的C、11.0-14.9％的Mn、1.0-5.0％的Al、0-2.5％的Ni、余量為鐵和不可避免的雜質，其中顯微組織包含至少75體積％的奧氏體，且其中(Ni+Mn)為11.0-15.9％。文檔編號C21D6/00GK101111622SQ200680003885公開日2008年1月23日申請日期2006年2月1日優先權日2005年2月2日發明者C·麥克尤恩申請人:克里斯塔爾公司