由鋁合金化多相鋼制備扁鋼產品的方法

專利名稱：由鋁合金化多相鋼制備扁鋼產品的方法
專利說明由鋁合金化多相鋼制備扁鋼產品的方法 本發明涉及一種由高抗拉強度的鋁合金化鋼制備扁鋼產品(例如帶材或金屬板坯)的方法。這種鋼屬于多相鋼類。它們通常為這樣的鋼，所述鋼的性能取決于顯微組織中相的類型、數量和排列。因此，其顯微組織中至少存在兩相(例如，鐵素體、馬氏體、貝氏體)。結果，與傳統鋼相比，它們具有優異的強度/成形性的組合。
特別是涉及對包晶凝固的組合物進行鑄造時，這種制備路線會產生問題。在這些鋼種的情況下，在連續鑄造過程中存在產生縱向裂紋的風險。這種縱向裂紋的出現會嚴重降低由扁鑄坯或薄板坯制備的熱軋鋼帶的質量，從而使得它們變得無法使用。為了避免這種風險，需要采用大量措施(例如，增加火焰處理)，這可能會致使這些鋼種的轉化變得不經濟。當鑄造鋁含量高的鋼時，由于與粉末狀助熔劑的相互作用也會造成不利效果，因此，由這種鋼制備的扁鋼產品的質量也受到了不利的影響。
由于下列特別的特征，多相鋼引起了汽車構造行業的極大興趣因為多相鋼具有高的強度，所以一方面它們允許使用較小的材料厚度，從而同時也減輕了車輛重量；另一方面，在發生碰撞(撞擊行為)的情況下，提高了車身的安全性。因此，與由傳統鋼制備的車身相比，整個車身的具有至少相等強度的多相鋼允許減小由該多相鋼制備的部件的金屬板厚度。
通常，多相鋼在轉爐煉鋼機中熔融，并在連續鑄造機上鑄造成扁坯或薄板坯，然后熱軋成熱軋帶材并卷繞。在這種情況下，通過在熱軋后選擇性地控制熱軋帶材的冷卻以調節某些顯微組織部分，可以改變熱軋帶材的機械性能。此外，為了獲得更小的金屬板厚度，還可以將熱軋帶材冷軋成冷軋帶材(專利文獻EP 0 910 675 B1、EP 0 966547 B1、EP 1 169 486 B1、EP 1 319 725 B1、EP 1 398 390 A1)。
由抗拉強度大于800兆帕的高抗拉強度多相鋼制備扁鋼產品的過程存在下列問題當軋制這些鋼時，必須施加高的軋制力。這種要求造成的后果是一般來說，采用目前普遍使用的生產機器，通常由所討論類型的鋼可能只能制得一定寬度和厚度的高抗拉強度熱軋帶材，這已不能完全滿足當今汽車行業所需的要求。特別是，使用傳統裝置不能很好地制備具有足夠寬度的厚度較小的帶材。此外，在實踐中已經表明，采用傳統方法難以由多相鋼制備強度大于800兆帕的冷軋帶材。
歐洲專利EP 1 072 689 B1(DE 600 09 611 T2)中提出了一種由多相鋼制備鋼帶的可供替換的方法。按照該已知的方法，首先將鋼熔體鑄造成厚度為0.5至10毫米、特別是1至5毫米的鑄造帶材，其中所述鋼熔體含有(以重量％計)0.05％至0.25％的碳；總計0.5％至3％的錳、銅和鎳；總計0.1％至4％的硅和鋁；總計最多達0.1％的磷、錫、砷和銻；總計小于0.3％的鈦、鈮、釩、鋯和稀土金屬；以及分別小于1％的鉻、鉬和釩；余量為鐵和不可避免的雜質。隨后，以在線的方式將鑄造帶材一道或多道熱軋成熱軋帶材，變形度為25％至70％。在這種情況下，最終熱軋溫度高于Ar3溫度。在熱軋結束后，將得到的熱軋帶材在兩個步驟中冷卻。在第一冷卻步驟中，保持5℃/秒至100℃/秒的冷卻速率直到溫度達到400℃至550℃為止。然后將熱軋帶材在該溫度下保持一定的停留時間，需要該停留時間是為了允許殘余奧氏體含量超過5％的鋼發生貝氏體相變。在這種情況下要避免形成珠光體。在停留足以獲得所需顯微組織的時間后，通過開始第二冷卻步驟來中斷相變過程，其中，為了隨后將熱軋帶材在350℃以下的卷繞溫度下卷繞成卷，將熱軋帶材的溫度降到400℃以下。
采用專利文獻EP 1 072 689 B1中所述的方法，應該可以按照簡便的方式由多相鋼制備具有貝氏體顯微組織部分的熱軋帶材，所述熱軋帶材具有TRIP特性(“TRIP”＝“相變誘導塑性(TransformationInduced Plasticity)”)。這種鋼具有相對高的強度和良好的成形性。然而，該強度對于許多應用來說是不夠的，特別在汽車構造領域更是如此。
因此，本發明的目的包括提供這樣一種方法，該方法允許較不費力地制備幾何尺寸寬泛的高抗拉強度扁鋼產品。
基于上述現有技術，通過這樣的制備扁鋼產品的方法來實現該目的，其中，根據本發明，將形成多相顯微組織并且含有下列成分(以重量％計)的鋼鑄造成厚度為1至4毫米的鑄造帶材，其中所述成分為0.10％至0.14％的碳、1.30％至1.70％的錳、至多0.030％的磷、至多0.004％的硫、0.10％至0.30％的硅、0.90％至1.2％的鋁、至多0.0070％的氮、0.070％至0.130％的鈦、0.040％至0.060％的鈮、0.140％至0.260％的鉬，其余為鐵和不可避免的雜質；其中在連續過程中將鑄造帶材在850℃至1000℃的最終熱軋溫度下在線熱軋成厚度為0.5到3.2毫米的熱軋帶材，變形度大于20％；以及其中將熱軋帶材在350℃至480℃的卷繞溫度下進行卷繞，從而得到最小抗拉強度Rm為800兆帕、最小斷裂延伸率A80為5％的熱軋帶材。
本發明利用了這樣一種可能性，即，帶材鑄造法有可能將抗拉強度特別高并且為包晶凝固的多相鋼轉化成熱軋帶材。由于在這種情況下，所述鑄造帶材本身已經具有較小的厚度，因此為了制備具有較小的厚度的扁鋼產品(如汽車構造領域中尤其所需的那樣)，在熱軋該鋼帶的過程中僅須保持相對較低的變形度。因此，使用根據本發明的方法，通過指定鑄造帶材相應的初始厚度，就有可能毫無問題地制成這樣的熱軋帶材，該熱軋帶材具有最佳的特性分布并且最大厚度為1.5毫米，而且由該熱軋帶材可以制備用于(例如)車輛支撐結構的部件。
由于熱軋過程中的變形度低，因此這種方法所需的軋制力小于采用傳統方法熱軋扁坯或薄板坯所需的軋制力，從而使得可以使用根據本發明的方法毫無問題地制得寬度較大的熱軋帶材，所述寬度顯著大于按照傳統方式鑄造的具有相同強度和厚度的熱軋帶材的寬度。由此，本發明允許可靠地制備這樣的高抗拉強度的熱軋帶材，所述熱軋帶材由其組成如本發明所述和加工的馬氏體鋼構成，并且其寬度大于1200毫米，特別是大于1600毫米。
除了上述優點以外，根據本發明將帶材鑄造方法用于轉化高抗拉強度鋼(該高抗拉強度鋼屬于根據本發明設計的類型)的這種應用，由于所述高抗拉強度鋼的特性和針對該方法而定的工藝參數(例如，熱軋最終溫度、冷卻溫度、卷繞溫度)以及考慮到凝固行為，所以還提供了可以可靠地鑄造根據本發明所加工的這類關鍵的鋼組成的可能性。因此，與傳統的制備方法相比，鑄造帶材非常快速的凝固(這是帶材鑄造法的特征)導致出現心部偏析的風險大幅降低，其結果是，根據本發明制備的熱軋帶材在其橫截面和長度上具有特別均勻的特性分布和顯微組織。
根據本發明的方法的另一個獨特優點為根據本發明制備的熱軋帶材具有至少800兆帕的高強度，而無需在熱軋結束和卷繞之間另外對熱軋帶材進行特殊的冷卻循環，在專利文獻EP 1 072 689 B1中規定，為了滿足中斷冷卻的需要，在熱軋結束和卷繞之間必須維持該冷卻循環。在實施根據本發明的方法時，只需確保熱軋在限定得相對較窄的溫度窗中終止、以及確保卷繞在精確限定的溫度范圍內進行。在此之間發生單步冷卻。
根據本發明的方法的又一個優點為基于單一的鋼分析，通過改變冷卻和軋制條件，能夠實現根據本發明制備的帶材的機械性能范圍的擴展。
根據本發明制備的熱軋帶材尤其適合于隨后轉化成冷軋帶材。因此，本發明的一個實用的實施方案為將所述熱軋帶材冷軋成厚度為0.5至1.4毫米、特別是0.7毫米到至多1.3毫米的冷軋帶材作好了準備，而這正是構造車體所需要的。為了消除冷軋過程中出現的凝固，可以在750℃至850℃的退火溫度下對所述冷軋帶材進行退火處理。對于按照該方式由根據本發明制備的熱軋帶材而制成的冷軋帶材來說，能夠可靠地保證最小抗拉強度為800兆帕。同時能夠可靠地保證冷軋帶材的最小斷裂延伸率A50為10％。
根據本發明制備的扁鋼產品的特征在于其具有特別良好的涂布性能。按照本發明的另一個有利的實施方案，按照本身已知的方式為冷軋帶材設置金屬涂層(例如，該金屬涂層可以是鋅涂層)。
可以通過相應地協調最終熱軋溫度和卷繞溫度來大范圍地調節根據本發明制備的熱軋帶材的強度和延伸率的值。例如，如果要制備這樣的熱軋帶材，其中，所獲得的熱軋帶材的最小斷裂延伸率A80為10％，最小抗拉強度Rm為800兆帕，則可以由最終熱軋溫度為900℃至1000℃并且卷繞溫度為400℃至480℃來實現。
另一方面，如果要制備保證抗拉強度Rm較高(至少1100兆帕)且最小斷裂延伸率A80為5％的熱軋帶材，則選擇最終熱軋溫度為850℃至1100℃并且卷繞溫度為350℃至400℃來實現。
下面基于示例性實施方案對本發明進行詳細描述。
在為驗證本發明的效果而進行的試驗中，將根據本發明設計的、具有表1所示組成的兩種鋼A和B熔融，在傳統的雙輥鑄造機中鑄造成1.6毫米厚的鑄造帶材。
表1(數據以重量％計) 在鑄造帶材之后，在四個不同的試驗中，在最終熱軋溫度WET下將由鋼A和B鑄造的帶材立即在線熱軋成1.25毫米厚的熱軋帶材。隨后，將在每種情況下得到的熱軋帶材立即在冷卻步驟中冷卻到卷繞溫度HT，并進行卷繞。在卷繞后，在每種情況下由鋼A和B制備的熱軋帶材都具有一定的抗拉強度Rm和斷裂延伸率A80，它們與制備過程中在每種情況下所保持的最終熱軋溫度WET和卷繞溫度HT都顯示在表2中。
表2 將由鋼A制備的熱軋帶材在卷繞后，冷軋成0.74毫米厚的冷軋帶材，并在800℃的退火溫度下進行在線退火，從而使該帶材重結晶。
采用上述方法得到的冷軋帶材的抗拉強度Rm為985兆帕、斷裂延伸率A50為11.1％。
權利要求
1.一種制備扁鋼產品的方法，
-其中將形成多相顯微組織并且具有如下組成的鋼鑄造成厚度為1至4毫米的鑄造帶材，其中所述組成為(以重量％計)
碳0.10％至0.14％
錳1.30％至1.70％
磷≤0.030％
硫≤0.004％
硅0.10％至0.30％
鋁0.90％至1.2％
氮≤0.0070％
鈦0.070％至0.130％
鈮0.040％至0.060％
鉬0.140％至0.260％
其余為鐵和不可避免的雜質，
-其中在連續過程中將所述鑄造帶材在850℃至1000℃的最終熱軋溫度下在線熱軋成厚度為0.5到3.2毫米的熱軋帶材，變形度大于20％，以及
-其中將所述熱軋帶材在350℃至480℃的卷繞溫度下進行卷繞，
-從而得到最小抗拉強度Rm為800兆帕、最小斷裂延伸率A80為5％的熱軋帶材。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述熱軋帶材的寬度大于1200毫米，特別是大于1600毫米。
3.根據上述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，所述熱軋帶材的厚度為至多1.5毫米。
4.根據上述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，將所述熱軋帶材冷軋成厚度為0.5至1.4毫米的冷軋帶材。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，將所述冷軋帶材在750℃至850℃的退火溫度下退火。
6.根據權利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述冷軋帶材的最小抗拉強度為800兆帕。
7.根據權利要求4到6中的任一項所述的方法，其特征在于，所述冷軋帶材的最小斷裂延伸率A50為10％。
8.根據上述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，所述熱軋帶材或所述冷軋帶材設置有金屬涂層。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述金屬涂層是鋅涂層。
10.根據上述權利要求中的任一項所述的方法，其特征在于，針對所獲得的熱軋帶材的最小斷裂延伸率A80為10％來說，所述最終熱軋溫度為900℃至1000℃并且所述卷繞溫度為390℃至480℃。
11.根據權利要求1到9中的任一項所述的方法，其特征在于，針對所獲得的熱軋帶材的最小抗拉強度Rm為1000兆帕來說，所述最終熱軋溫度為850℃至1000℃并且所述卷繞溫度為350℃至390℃。
全文摘要
本發明涉及這樣一種方法，該方法允許較不費力地制備幾何尺寸寬泛的高抗拉強度扁鋼產品。為此，根據本發明，將形成多相顯微組織并且含有下列成分(以重量％計)的鋼鑄造成厚度為1至4毫米的鑄造帶材，其中所述成分為0.10％至0.14％的碳、1.30％至1.70％的錳、至多0.030％的磷、至多0.004％的硫、0.10％至0.30％的硅、0.90％至1.2％的鋁、至多0.0070％的氮、0.070％至0.130％的鈦、0.040％至0.060％的鈮、0.140％至0.260％的鉬，其余為鐵和不可避免的雜質；在連續過程中將鑄造帶材在850℃至1000℃的最終熱軋溫度下在線熱軋成厚度為0.5到3.2毫米的熱軋帶材，變形度大于20％；以及將熱軋帶材在350℃至480℃的卷繞溫度下進行卷繞，從而得到最小抗拉強度Rm為800兆帕、最小斷裂延伸率A80為5％的熱軋帶材。
文檔編號C22C38/02GK101528966SQ200780039389
公開日2009年9月9日 申請日期2007年10月24日 優先權日2006年10月30日
發明者布里吉特·哈默, 托馬斯·黑勒, 約翰·威廉·施米茨, 約亨·萬斯 申請人:蒂森克虜伯鋼鐵股份公司