具有優異可成形性和疲勞性能的高強度熱軋鋼帶材或片材以及生產所述鋼帶材或片材的方法
【專利說明】具有優異可成形性和疲勞性能的高強度熱軋鋼帶材或片材 以及生產所述鋼帶材或片材的方法
[0001] 本發明涉及一種具有570至870MPa的拉伸強度和總體延伸率、拉伸翻邊可成形 性、以及耐疲勞性的高強度熱軋鋼帶材或片材以及生產所述鋼帶材或片材的方法。
[0002] 在提高的強度下可成形性的提高對于廣泛的市場來說是所需的。特別是在汽車工 業中（其中立法正在驅動燃料經濟性和安全性的改進），有朝著較強的、可成形的高強度鋼 的走向。高強度和超高強度鋼帶材為汽車制造商提供了重量下降的車輛結構的潛力以及對 抗由朝著電動和混合動力車輛的走向所引起的重量增加的可能。另外，高強度和超高強度 鋼在決定現代乘用車的性能和防撞性中起到關鍵的作用。
[0003] 近些年來，已開發出所謂的多相鋼以滿足對于高強度和可成形性的需求。這種鋼， 包括雙相（DP)鋼（包含鐵素體和馬氏體）和相變誘發塑性（TRIP)鋼（包含鐵素體、貝氏 體和殘留奧氏體），提供了在高強度下高的均勻及總體的延伸率。
[0004] 盡管對于許多應用，可認為拉伸延伸率是可成形性的一個主要指標，但其它參數 對于一些成形路線和服務中的性能可為關鍵的。特別地，高的拉伸邊緣延展性（可擴孔性 (hole expansibility))對于在白車身和底盤及懸架中的廣泛應用可為至關重要的。常規 的多相顯微組織（例如在DP和TRIP鋼中發現的那些，包含硬相和軟相的混合物同時提供 高的拉伸延伸率）通常在拉伸邊緣延展性測試中表現差。
[0005] 更多最近的努力已致力于開發新種類的鋼，為此顯著改進拉伸邊緣延展性。設計 此類鋼包括納米析出的鐵素體鋼、鐵素體-貝氏體鋼、復相鋼和所謂的第三代AHSS (先進高 強度鋼）以尋找拉伸延展性和拉伸邊緣延展性之間的較好平衡。復相鋼是這些變體在冷軋 退火和熱軋條件下都被商業利用最多的鋼。
[0006] 復相鋼的顯微組織包含鐵素體與貝氏體和馬氏體。與DP鋼相比，這種組織展示出 極大改進的拉伸邊緣延展性，但是以犧牲一些拉伸延展性為代價。然而，在一些情況下，用 拉伸延展性交換拉伸邊緣延展性是許可的。實例包括輥軋成形的部件（其中需要可彎曲性 而不是可拉伸性）、由坯材成形的零件（其中已預沖孔）、用于在壓鍛成形期間導致高的邊 緣變形的設計的部件。
[0007] 在成形前，復相鋼還通常展示出比DP或TRIP鋼更高的屈服強度。在成形前的高 屈服比對于輥軋成形中的形狀控制、在經受有限的變形的成形零件中實現所需的強度以及 在整個成形零件中實現均勻的強度也可為有利的。高屈服強度在碰撞中也可為有益的。顯 微組織的較大均勻性和高屈服強度在疲勞性能（其在底盤和懸架應用中特別重要）方面也 可為有益的。
[0008] 熱軋CP鋼的復雜性能要求熱軋軋機工藝條件的嚴格控制。三種相必須在輸出輥 道上或在盤管上成形。不能實現所需的復雜冷卻方式可導致從卷材到卷材以及在卷材之中 的機械性質的不可接受的變化。對工藝變化不敏感并且能使卷材到卷材以及在卷材之中的 性質一致的化學組成對于商業CP鋼的生產是主要的要求。
[0009] EP1338665公開了用于此目的的鈦-鉬鋼。鉬是一種昂貴的合金化元素，且需要 在集成的鋼鐵廠中分離廢料，以防止含鉬廢料重新引入到鋼循環中，這對于生產高r值的 冷軋包裝鋼是不利的。在EP 2267175中提供了僅鈦的解決方案。然而，鈦的使用對于常規 熱軋制需要熱裝。此外，大的鈦基夾雜物可能損害拉伸翻邊可成形性以及劣化疲勞性能。 此外，鈦基鋼組合物對于在緊湊的生產（CSP)設備（其中整合了鑄造和熱軋）上鋼生產不 太適合。原因是在CSP生產線鑄造期間鈦導致堵塞。
[0010] 本發明的目的是提供一種具有拉伸強度、總體延伸率、拉伸翻邊可成形性和耐疲 勞性的優異組合而不用鉬作合金化元素的高強度熱軋鋼帶材或片材。關于拉伸強度，是指 極限拉伸強度，通常用TS或Rm表示。
[0011] 本發明的又一個目的是提供一種具有拉伸強度、總體延伸率、拉伸翻邊可成形性 和耐疲勞性的優異組合而不用鈦作合金化元素的高強度熱軋鋼帶材或片材。
[0012] 本發明的又一個目的是提供一種具有拉伸強度、總體延伸率、拉伸翻邊可成形性 和耐疲勞性的優異組合的高強度熱軋鋼帶材或片材，其可在常規帶鋼熱軋機（從厚板坯） 中，以及在薄板坯、直接軋制設備生產，而無需化學組成的改變。
[0013] 通過提供具有570至870MPa的最大拉伸強度以及總體延伸率、拉伸翻邊可成形 性和耐疲勞性的高強度熱軋鋼帶材或片材來達到一個或多個目的，該鋼（以重量％計）包 含：
[0014] · 0. 015-0. 075% C ；
[0015] #1.0-2.0% Mn;
[0016] · 0. 02-0. 30% V ；
[0017] ?任選 0· 01-0. 08% Nb ;
[0018] 春至多 0.5% Si;
[0019] 春至多 0.06% P ;
[0020] ?至多 0.01% S ;
[0021] ?至多 0· 1% Al_sol ;
[0022] ?至多 0.020% N ;
[0023] ?任選的鈣，其量與用于夾雜物控制的鈣處理一致；
[0024] ?余量的Fe和不可避免的雜質；
[0025] 其中 Nb、V、Al_sol、C 和 N 的含量滿足 <eq. 1> 和式 <eq.2>
[0028] 其中該鋼片材具有析出強化和主要單相鐵素體顯微組織，其中鐵素體的分數不小 于 97%。
[0029] 根據本發明的鋼含有僅作為雜質的鈦和鉬。
[0030] 根據本發明的鋼提供了高強度以及高拉伸延展性和高的擴孔能力（即拉伸翻邊 可成形性）的組合。這是通過使用單相鐵素體顯微組織實現的。這意味著顯微組織中的鐵 素體體積分數不應低于97%。延展性鐵素體顯微組織能夠容納高拉伸延展率以及高擴孔能 力。高密度的V和/或（Nb, V)碳氮化物析出物提供了足夠的強度。除了高拉伸延展性和 高擴孔能力的優異組合外，單相鐵素體顯微組織還提供優良的疲勞性能。高的總體延伸率 伸長和高擴孔能力的組合降低由于壓制期間或服役期間的邊緣開裂所導致的失效風險。
[0031] 常規的HSLA/AHSS (雙相、鐵素體-貝氏體或復相）具有包含鐵素體基體和富碳相 成分的混合顯微組織。基體和富碳相成分之間的硬度差別促進變形和隨后的裂紋生長時的 微孔成核。因此，這些鋼種具有較差的擴孔能力和疲勞性能。
[0032] 單相鐵素體鋼種（如EP1338665公開的那些）依賴于使用鉬以達到高（析出）強 度。本發明避免了鉬的使用，因為它是非常昂貴的合金化元素。
[0033] EP 2267175中公開的單相鐵素體鋼種依賴于鈦而不使用鉬的強度，并由TiC獲得 了其析出強化。此專利中規定的拉伸強度范圍是520-720MPa。故意保持氮水平低以避免的 大TiN夾雜物，這可損害拉伸翻邊可成形性以及疲勞性能。
[0034] 本發明有意避免使用鈦，且將析出強化依賴于使用釩或使用釩和鈮。與EP 2267175的理念不同，本發明依賴于碳與氮，即碳氮化物的析出。使用氮增加析出效果（特 別是釩的）。優勢還在于，相比碳化物，（碳）氮化物不易粗大化（即奧斯特瓦爾德成熟）， 減少卷曲或后續熱處理期間的強度損失。
[0035] 固溶體的鋁必須是低的，以防止因形成AlN導致的氮損失，且必須具有對于與釩 或釩和鈮形成氮碳氮化物足夠的氮。鋼中的總鋁含量（Al_tot)由因鋼脫氧而結合到氧化 物的錯（Al_ox)和固溶體的錯（Al_sol)組成。Al_sol應該為最多0· lwt%，且優選最多 0. 03wt%，且更優選最多0.0 lwt%。Al_sol有時被稱為酸溶性鋁，因為它溶于酸，而結合到 氧化物的鋁（氧化鋁）不這樣。
[0036] 為了提高釩對析出過程的效率和增加其對析出強化的貢獻，高氮水平是優選的。 氮是重要的，因為它的存在促進氮化物形成。相比碳化物，氮化物不易粗大化，因此在卷 曲過程中將會損失更少的析出強度。必須注意，在析出過程中消耗所有氮以及所有碳。后 者對于防止滲碳體或珠光體成分的形成是重要的，這可損害拉伸翻邊可成形性以及疲勞 性能。因此，N含量應該為最多0.02wt%。然而，為了優化析出強化，N含量應該優選為至 少 0· Olwt%。
[0037] 所述組成需要帶有適量的C、N、Al_sol、V和任選Nb以及（C+N)和（Nb+V)之間的適 當平衡以得到足夠的析出加強，且避免滲碳體和/或珠光體的形成。發明人發現，當組成 滿足<eq. 1>和<eq. 2>時，該組成對