專利名稱：用于制造由含銅量高的碳鋼制成的鋼鐵冶金制品的方法及根據(jù)所述方法獲得的鋼鐵冶金制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵基合金的制造領(lǐng)域，更具體地說，涉及具有高含銅量的鋼鐵的制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在碳鋼中，銅通常被認(rèn)為是一種不希望有的元素，因為一方面其在受熱時會促使形成裂隙，使鋼鐵的熱加工變得復(fù)雜，另一方面其會不利地影響制品的質(zhì)量和表面外觀。由于這些原因，高質(zhì)量碳鋼的含銅量通常限制為低于0.05％。由于存在于液態(tài)鋼中的銅不能被移除，因此這種低含銅量只能通過由液態(tài)鑄鐵制造鋼鐵才能可靠地實現(xiàn)，并且這僅在大規(guī)模制造或者當(dāng)在電弧爐中通過熔煉仔細(xì)精選的并因而變得昂貴的鐵和鋼屑來制造鋼鐵時才經(jīng)濟可行。
然而，在某些情況下希望鋼鐵中具有高含銅量。銅對某些特定應(yīng)用尤其是對汽車工業(yè)具有有益效果。
首先，其利用可通過回火(組織硬化)獲得的沉淀物增強鋼鐵抗變形能力。
其次，由于其導(dǎo)致形成保護(hù)氧化層，因而增強鋼鐵抗大氣腐蝕能力。
最后，其通過兩方面增強鋼鐵抗氫脆能力，該兩方面為-通過形成所述保護(hù)氧化層；-通過取代錳限制周圍積聚氫氣的MnS夾雜的形成。
由組織硬化導(dǎo)致的鋼強度的增加可以每1％銅約300MPa來表示。但是難以受益于這種現(xiàn)象，因為在通過連續(xù)鑄造厚或薄板坯、在帶材軋機內(nèi)進(jìn)行熱軋以及冷軋來制造薄板的傳統(tǒng)系統(tǒng)中，銅在氧化大氣下的熱相變過程中會形成表皮裂隙，從而負(fù)面影響表面質(zhì)量。這種裂隙被稱為“龜裂”。因此，含銅量必須少于1％或者甚至0.5％，除非通過添加鎳或硅；或者通過在熱相變之前以一低于銅的包晶熔融溫度(對于鐵-銅純合金而言為1094℃)的溫度進(jìn)行二次加熱，這限制了有效厚度范圍；或者通過控制與當(dāng)前制造車間的大氣不相容的二次加熱大氣來抑制這種裂隙。
另外，當(dāng)在利用淬火進(jìn)行沉淀處理(強化處理)之前保持銅完全處于固溶體狀態(tài)時，銅的沉淀硬化能力最強。沉淀溫度越高，用于硬化的沉淀越少。因此，只要未達(dá)到回火溫度，銅就不準(zhǔn)在冷卻過程中沉淀。傳統(tǒng)制造過程不允許執(zhí)行使硬化能力最大化所需的淬火。
在文獻(xiàn)EP-A-0641867中已經(jīng)提出通過直接鑄造厚度為0.1至15mm的薄鋼帶—例如在兩輥之間進(jìn)行鑄造—的方法制造含有大量銅(0.3至10％)和錫(0.03至0.5％)的碳鋼帶。鋼帶的迅速固化以及通過在這種固化之后進(jìn)行冷卻從而限制鋼帶在高于1000℃的滯留時間可以解決以上提及的表面質(zhì)量問題。然后對該鋼帶進(jìn)行冷軋。由此，可制造具有良好機械性能和良好表面外觀的鋼帶，而無需采用銅和錫含量低的原材料。為此，有必要獲取在固化后其初始枝晶間隔5至100μm的制品。薄鋼帶要求的機械性能主要是高強度和良好的拉伸率。但是，該文獻(xiàn)沒有給出在鑄造之后產(chǎn)生適于工業(yè)應(yīng)用的鋼板的處理細(xì)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出用于制造具有極好機械性能尤其是高強度、良好的變形各向異性以及良好焊接能力(可焊性)的熱軋或冷軋?zhí)间摪宓耐暾椒ǎ渲?，容許或者甚至要求高含銅量。
因此，本發(fā)明涉及一種用于制造由富含銅的碳鋼制成的鋼制品的方法，其特征在于-制造具有用重量百分比表示的以下成分的液態(tài)鋼0005％≤C≤1％
5≤Cu≤10％0≤Mn≤2％0≤Si≤5％0≤Ti≤0.5％0≤Nb≤0.5％0≤Ni≤5％0≤Al≤2％其余成分是鐵以及制造中產(chǎn)生的雜質(zhì)；-將此液態(tài)鋼直接鑄造成厚度小于或等于10mm的薄鋼帶形狀；-將該鋼帶迅速冷卻至低于或等于1000℃的溫度；-以至少10％的壓縮率對該薄鋼帶進(jìn)行熱軋，熱軋終了溫度使得在此溫度下所有銅在鐵素體和/或奧氏體基體(晶體)中仍然處于固溶體狀態(tài)；-對該鋼帶進(jìn)行強制冷卻，以便保持銅在該鐵素體和/或奧氏體基體中處于過飽和固溶體狀態(tài)；-以及卷取該鋼帶。
優(yōu)選地，Mn/Si比大于或等于3。
在位于沿相反方向轉(zhuǎn)動的兩個內(nèi)冷式輥之間的鑄造設(shè)備上鑄造該薄鋼帶。
優(yōu)選地，與鋼帶的鑄造在線地(連續(xù)地、流水作業(yè)地)執(zhí)行該鋼帶的熱軋。
熱軋后的強制冷卻速率V是V≥e1.98(％Cu)-0.08其中，V用℃/s表示，％Cu用重量百分比表示。
根據(jù)該方法的一種變型，鋼的含碳量為0.1和1％之間，并且在一高于馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度Ms的溫度下卷取該鋼帶。
根據(jù)該方法的另一種變型，在低于300℃的溫度下卷取該鋼帶，并且然后在400和700℃之間的溫度下對該鋼帶進(jìn)行銅沉淀熱處理。在這些條件下，如果含碳量為0.1和1％之間，則優(yōu)選地，在沒有開卷(拆卷)的情況下進(jìn)行熱處理。
根據(jù)該方法的又一種變型，在一高于馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度Ms且低于300℃的溫度下卷取鋼帶，隨后對所述鋼帶進(jìn)行冷軋、在銅處于過飽和固溶體狀態(tài)的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行再結(jié)晶退火、強制冷卻以保持銅處于固溶體狀態(tài)以及沉淀回火。
所述沉淀回火在600和700℃之間的溫度下在連續(xù)退火設(shè)備內(nèi)執(zhí)行，或者在400和700℃之間的溫度下在分批退火設(shè)備內(nèi)執(zhí)行。
根據(jù)該方法的又一種變型，在一高于馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度Ms且低于300℃的溫度下卷取鋼帶，隨后對所述鋼帶進(jìn)行冷軋以及在400和700℃之間的溫度下進(jìn)行既用作再結(jié)晶退火又用作沉淀回火的分批退火。
如果該鋼帶受到冷軋，鋼的含碳量優(yōu)選為0.1和1％之間，或者為0.01和0.2％之間，或者為0.0005和0.05％之間。在最后一種情況下，其含銅量優(yōu)選為0.5和1.8％之間。
同樣在最后一種情況下，在沉淀硬化之前，切割該鋼帶以形成通過拉制成形的薄板，并且在拉制的薄板上執(zhí)行沉淀回火。
最后，在表皮軋光機(光整冷軋機)內(nèi)對該鋼帶進(jìn)行最終處理。
本發(fā)明還涉及一種利用前述方法之一獲得的鋼制品。
應(yīng)理解，本發(fā)明主要涉及將具有特定成分的鋼直接鑄造為薄鋼帶，然后(通過在該鋼帶離開錠模時迅速冷卻至低于1000℃，或者通過保持該鋼帶處于非氧化大氣中至少直至到達(dá)這個溫度)使其處于避免產(chǎn)生龜裂的條件下，然后優(yōu)選在線熱軋該鋼帶，隨后強制冷卻，保持銅處于過飽和固溶體狀態(tài)。接著，卷取該鋼帶。由此，該鋼帶受到各種熱或機械處理，從而獲得其厚度和最終性能。


現(xiàn)在將參照以下附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1示出鐵/銅純合金的相圖，其中，圖1a示出整個相圖，圖1b示出含銅量小于或等于5％且溫度在600至1000℃時的相圖；以及圖2示出含有0.2％碳的鐵/銅合金的相圖的一部分。
具體實施例方式
首先，制造具有以下成分(全部含量都以重量百分比表示)的液態(tài)金屬。
特別地，取決于最終制品的預(yù)期應(yīng)用，含碳量可在0.0005％至1％的范圍內(nèi)。下限0.0005％實際對應(yīng)于通過使液態(tài)金屬脫碳的傳統(tǒng)方法可能獲得的最小值。上限1％經(jīng)由碳的γ基因(gammagenic)效應(yīng)證實是正確的。超過1％，碳會過度地降低銅在鐵素體中的溶解度。此外，超過1％，會顯著削弱鋼的可焊性，這會使鋼不適于從本發(fā)明鋼可獲得的鋼的大量優(yōu)選應(yīng)用。
另外，碳會導(dǎo)致硬化效應(yīng)，以及若鋼中存在大量鈦和/或鈮，則會導(dǎo)致用于控制織構(gòu)的碳化鈦和/或碳化鈮沉淀。
一般而言，其可表述為-若含碳量為0.1和1％之間，且若鑄造后在允許沉淀回火的溫度下卷取該鋼，或者在低溫下卷取該鋼然后對該鋼進(jìn)行回火，則獲得的鋼優(yōu)選應(yīng)用于相當(dāng)高強度熱軋板的領(lǐng)域或者強度非常高的冷軋板的領(lǐng)域；-若含碳量為0.01和0.2％之間，且若熱軋該鋼，或者冷軋該鋼然后在以下將看到的條件下進(jìn)行熱處理，則獲得的鋼優(yōu)選應(yīng)用于高強度可焊鋼的領(lǐng)域；-若含碳量為0.0005和0.05％之間，且若冷軋該鋼同時該鋼優(yōu)選含有至多1.8％的銅(其理由將在以下看到)，則獲得的鋼優(yōu)選應(yīng)用于拉制領(lǐng)域。
除了強度非常高的熱軋或冷軋鋼之外，本發(fā)明鋼的含碳量通常為0.02％左右。
鋼的含銅量為0.5和10％之間，優(yōu)選為1和10％之間。
低于0.5％，銅就不具有沉淀硬化效應(yīng)，或者更確切地說，用于沉淀的驅(qū)動力太弱不足以在就工業(yè)應(yīng)而言理想的時間和溫度條件內(nèi)獲得沉淀硬化。實際上優(yōu)選地，鋼內(nèi)具有至少1％的銅以受益于其硬化效應(yīng)。
在制造用于形成熱軋鋼帶的鋼時，對含銅量沒有冶金限制，只要注意鑄造后薄鋼帶的冷卻速率和冷卻終了溫度。冷卻必須在100％奧氏體范圍內(nèi)(圖1a的γ-Fe范圍)開始，且必須足夠迅速以保持所有銅都處于固溶體狀態(tài)。因而，該限制是技術(shù)性的。例如，可指定鐵素體表面溫度最低(參見圖1，大約840℃)處的含銅量(2.9％)，在此含量處，臨界冷卻速率(對于該含量而言大約為350℃/s)仍然易于達(dá)到，超過該臨界冷卻速率，銅就保持在固溶體狀態(tài)。增大含銅量需要加快冷卻速率并提高軋制終了溫度。該軋制終了溫度取決于銅在奧氏體中的溶解度極限。大約4％的含銅量需要在1000℃以上進(jìn)行熱軋，然后以超過2500℃/s的速率冷卻鋼帶，但大約4％的含銅量仍然可以通過薄鋼帶鑄造技術(shù)達(dá)到，只要熱制品具有大約幾m/s的低移動速度。
當(dāng)制造用于形成冷軋帶的鋼時，需要對該冷軋板進(jìn)行再結(jié)晶處理。為此，可選擇兩種變型。
根據(jù)第一種變型，再結(jié)晶處理與沉淀處理相互分離(如在用于拉制的高強度冷軋板情況中)。在再結(jié)晶溫度下，銅必須在單相鐵素體范圍內(nèi)完全處于固溶體狀態(tài)。因此，利用在所述再結(jié)晶溫度下銅在鐵素體中的溶解度極限確定最大含銅量。在可允許的最大再結(jié)晶溫度840℃(參見圖1b)處，達(dá)到最大含銅量為1.8％。
根據(jù)第二種變型，再結(jié)晶處理與沉淀處理相互結(jié)合(如在高強度冷軋板的情況中)。如果執(zhí)行分批退火，可容許高達(dá)10％的非常高的含銅量。但是，再結(jié)晶最適宜條件與沉淀最適宜條件不一致，于是不得不選擇處理參數(shù)以為預(yù)期應(yīng)用制定最佳折衷方案。
通常根據(jù)應(yīng)用，建議含銅量為大約3％和1.8％。
含錳量必須維持在低于或等于2％。類似于碳，錳具有硬化效應(yīng)。另外，錳是γ基因的，因此其通過縮小鐵素體范圍的寬度降低銅在鐵素體中的溶解度。通常，建議含錳量為大約0.3％。
含硅量可在5％和5％以下的范圍內(nèi)，而沒有限制最小含量。但是，硅的α基因本性使得其是有利的，因為其使得即使本發(fā)明鋼的優(yōu)選含銅量為1.8％甚至3％也維持鐵素體范圍不變?？扇〉氖牵瑢n/Si比調(diào)整到優(yōu)選高于3的值，以在δ→γ相變過程中控制粗糙度從輥表面至固化表皮的轉(zhuǎn)換以及該固化表皮的附著均勻度，以避免在正在固化和冷卻的鋼帶上形成龜裂。為此，(如已知)還可取的是，在利用粗糙鑄造表面和可溶解在液態(tài)鋼中的含氮惰性氣體的同時執(zhí)行鑄造，以便可以有利地調(diào)整鋼與鑄造表面之間的熱傳遞。利用煉鋼廠處制造和鑄造等級的難易程度，可強行施加最大含硅量5％。通常，建議含硅量為大約0.05％。
優(yōu)選但非絕對必要的，還存在鈮和鈦，每種元素的含量可在0.5％和0.5％以下的范圍內(nèi)。它們生成有利于織構(gòu)控制的碳化物，如果按化學(xué)式計算它們的量超過碳，它們就升高鋼的溫度AC1，并因而提高銅在鐵素體中的溶解度。通常，這兩種元素中的每一種元素的含量大約為0.05％。
含鎳量可在5％和5％以下的范圍內(nèi)，這種元素僅僅是可供選擇的。常常把鎳加入銅鋼中以阻止加熱過程中產(chǎn)生裂縫。其具有雙重作用。一方面，鎳通過增大銅在奧氏體中的溶解度延緩了銅在金屬/氧化物界面處的偏析。另一方面，由于鎳可以任意比例與銅混合，增大了偏析相的熔點。通常認(rèn)為添加基本上與銅相等的鎳就足以防止加熱過程中產(chǎn)生裂縫。利用依照本發(fā)明的方法，迅速冷卻和/或在冷卻后利用惰性氣體進(jìn)行吹洗以防止在加熱過程中產(chǎn)生裂縫，大腦里有了這個目標(biāo)后就可減少鎳的添加值。但是，可添加鎳以便于熱軋。
含鋁量可在2％和2％以下的范圍內(nèi)，而不會負(fù)面影響鋼性能，但此元素不是必需的。但是，由于鋁具有與硅相匹敵的α基因作用，因此其是有利的。通常，含鋁量為大約0.05％。
其它化學(xué)元素作為其余元素存在，它們的含量是利用傳統(tǒng)方法制造鋼的結(jié)果。具體地說，含錫量低于0.03％，含氮量低于0.02％，含硫量低于0.05％，含磷量低于0.05％。
接著，將具有剛才所述成分的液態(tài)鋼連續(xù)且直接地鑄造成厚度小于或等于10mm的薄帶狀。為此，通常把該鋼鑄造到無底錠模內(nèi)，該錠模的鑄造空間由沿相反方向轉(zhuǎn)動的兩輥的內(nèi)冷式側(cè)壁以及由難熔材料(耐火材料)制成且靠著該輥的平面端設(shè)置的兩側(cè)壁所限定。這種方法在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的(其具體描述在EP-A-0641867中)，將不再詳細(xì)描述。還可想到的是，采用一種涉及在單個輥上固化鋼的鑄造方法，與在兩輥之間進(jìn)行鑄造的方法相比，這種方法可產(chǎn)出更細(xì)的鋼帶。
為避免在鋼帶溫度超過富銅相的熔化溫度(熔點)即大約1000℃時的與液態(tài)銅晶間滲入氧化皮以下的鋼內(nèi)相關(guān)的帶表面龜裂問題，于是有必要-迅速冷卻鑄態(tài)鋼帶，例如通過噴射水或水/大氣混合物以便在金屬/氧化皮界面處富集銅之前使該鋼帶溫度低于1000℃；認(rèn)為當(dāng)鋼帶含有3％的銅時，此目標(biāo)以25℃/s的冷卻速率來實現(xiàn)；-或者阻止鐵氧化，通過保持鋼帶處于非氧化大氣中至少直至該鋼帶溫度達(dá)到低于1000℃的溫度；按照慣例，這通過使該鋼帶經(jīng)過其內(nèi)氧氣貧乏(低于5％)且其大氣主要由惰性氣體氬或氮組成的室來實現(xiàn)；還可考慮利用還原氣體例如氫氣。
這兩種方案可結(jié)合起來同時采用或相繼采用。
然后對鋼帶進(jìn)行熱軋。這可在將該鋼帶二次加熱至一未超過1000℃的溫度以避免形成龜裂之后(除非該二次加熱在非氧化大氣中執(zhí)行)，在與該鑄造設(shè)備分開的裝置上執(zhí)行。但出于經(jīng)濟原因，優(yōu)選通過將一個或多個輥軋臺設(shè)在鋼帶路徑上在線地一換句話說在鑄造該鋼帶的同一裝置上一執(zhí)行熱軋。在線軋制還避免鑄造與熱軋之間需要的一系列卷取/開卷(展開)/二次加熱操作，這些操作會導(dǎo)致冶金風(fēng)險尤其是卷取過程中的表面裂化、氧化皮結(jié)殼。
在一個或多個軋制道次中以至少10％的壓縮率執(zhí)行熱軋。這主要具有三個作用。
首先，其引起的再結(jié)晶消除了不利于鋼板成形的固化結(jié)構(gòu)。另外，若用于熱軋板，則再結(jié)晶使晶粒細(xì)化，而晶粒細(xì)化對于同時改進(jìn)鋼帶的強度性能和韌性而言是必要的。
其次，其封閉固化過程中能夠形成在鋼帶內(nèi)且成形過程中成為不利因素的孔。
此外，其確保鋼帶的與平面度、曲率和對稱性相關(guān)的尺寸規(guī)格。
最后，其改進(jìn)鋼帶的表面外觀。
軋制終了溫度必須使銅在此階段在鐵素體和/或奧氏體中仍然處于固溶體狀態(tài)。銅在軋制終了之前沉淀會使得不能自該沉淀獲得最大硬化。當(dāng)適當(dāng)控制沉淀條件時，此最大值是1％銅約300MPa。因此，所述軋制終了溫度取決于鋼的成分，尤其是鋼的含銅量和含碳量。
于是認(rèn)為對于大約7％和更高的高含銅量以及非常低的含碳量而言，軋制終了溫度必須高于1094℃，此溫度大約為圖1a所示Fe-Cu相圖的包晶步驟溫度。這還意味著在非氧化大氣中進(jìn)行熱軋，并且若在鋼帶固化之后立即冷卻該鋼帶，則在一足夠高的溫度處中斷此冷卻以允許隨后在一高于1094℃的軋制終了溫度下熱軋該鋼帶。
含銅量為2.9和7％之間且含碳量在考慮中時，軋制終了溫度必須高于銅在奧氏體中的溶解度極限，如Fe-Cu相圖所示。僅作為示例，對于非常低的含碳量，此溫度T由下式給出T(K)=30933.186-log10Cu(%)]]>含銅量為2.9和1.8％之間且含碳量非常低時，軋制終了溫度必須高于840℃，此溫度對應(yīng)于共析步驟(參見圖1b)。
含銅量低于1.8％且含碳量在考慮中時，軋制終了溫度必須高于銅在鐵素體中的溶解度極限，如Fe-Cu相圖所示。僅作為示例，對于非常低的含碳量，且對于順磁性α鐵(居里溫度在840℃和759℃之間，含銅量為1.08到1.8％)，此溫度T由下式給出T(K)=33513.279-log10Cu(%)]]>對于鐵磁性α鐵(690℃和759℃之間，含銅量為0.5到1.08％)，此溫度T由下式給出
T(K)=46274.495-log10Cu(%)]]>但應(yīng)注意的是，前述數(shù)值是僅作為示例給出的，它們依據(jù)文獻(xiàn)來源而略微變化。
當(dāng)鋼的含碳量增大時，因為碳具有γ基因效應(yīng)，如圖2中為0.2％含碳量建立的Fe-Cu相圖的析出物所示，前述附圖也改變。共析步驟的溫度低于含碳量非常低的情況下的溫度且通常低于800℃。因此，可以相對于前述情況降低軋制終了溫度。此外，對于這些較富含碳的鋼而言，組織硬化通過沉淀的淬火組分例如貝氏體或馬氏體的作用下獲得，并被加入與銅沉淀有關(guān)的硬化中。
自前述可見，不能以一簡單且非常精確的方式定量地限定依照本發(fā)明方法的最小軋制終了溫度值。但確定的是，此軋制終了溫度必須低于觀察到銅沉淀時的溫度，觀察到銅沉淀時的溫度取決于銅的組成成分。如果該溫度的測量方法不能自文獻(xiàn)中得到，冶金工作者可通過給定鋼組分的常規(guī)試驗來確定該溫度。
如果不在線執(zhí)行熱軋，因為熱軋之前的二次加熱會導(dǎo)致銅復(fù)溶，就沒有必要在鑄造后通過如前所述的迅速冷卻來保持銅在固溶體狀態(tài)直至卷取。
熱軋后，再次對鋼帶進(jìn)行強制冷卻。這種冷卻具有多項作用-如果軋制終了溫度高于1000℃(如我們已經(jīng)了解的，主要對于相當(dāng)高含銅量的鋼而言，這是所希望的)，這種冷卻確保在軋制終了溫度與1000℃之間不會出現(xiàn)明顯的鐵氧化以及不會在鋼帶上觀察到龜裂；-以及尤其是，其允許銅在奧氏體和/或鐵素體中被保持在過飽和固溶體狀態(tài)；這種狀態(tài)對于從銅的沉淀硬化效應(yīng)獲取最大好處而言是重要的。
對于3％及小于3％的含銅量而言，注意到如果在鋼帶的整個移動期間該鋼帶的冷卻速率V滿足以下公式，則銅通常保持在固溶體狀態(tài)V≥e1.98(％Cu)-0.08(1)其中，V用℃/s表示，％Cu用重量百分比表示。
對于1％的含銅量而言，V必須高于或等于7℃/s，且這是易于達(dá)到的。對于3％的含銅量而言，V必須高于或等于350℃/s。但是，這種高速率可在薄鋼帶鑄造設(shè)備上達(dá)到。
前述公式對于高于3％的含銅量而言是無效的，必須對冷卻結(jié)果進(jìn)行試驗監(jiān)控以檢查該冷卻是否足以保持銅在過飽和固溶體狀態(tài)。
然后卷取鋼帶。利用鋼帶保持卷取狀的時間段進(jìn)行銅的沉淀回火，使鋼硬化。獲得的HV鋼的硬度取決于鋼的組成成分，但也取決于鋼帶保持卷取狀的時間段以及帶材卷取溫度，實踐中，在以大約10至20℃/h的速率進(jìn)行冷卻之前帶卷保持在其卷取溫度下大約1小時。注意到對于給定時間段tHVmax，曲線HV＝f(t)具有最大值HVmax，超過該給定時間段tHVmax，硬度就下降。因而適宜的是，一到達(dá)tHVmax，就冷卻卷取的鋼帶(或者開卷該鋼帶)。
經(jīng)驗表明tHVmax由以下方程給出tHVmax=8.10-8(%Cu)3e14343T---(2)]]>其中，tHVmax用h表示，％Cu用重量百分比表示，而T用K表示。
因而對于給定含銅量，可選擇與采用的工業(yè)工具相匹配的優(yōu)選組合(tHV，T)。如果決定在卷取之前執(zhí)行回火，則tHV是強制給定的(長于1小時)；僅可以改變帶材卷取溫度。
另一方面，當(dāng)沉淀回火溫度下降時，可獲得的最大硬度值增大，只要鋼帶滯留的時間長到足以達(dá)到此最大硬度。
另外，帶材卷取溫度的選擇和隨后操作的選擇取決于要制造的制品類型。
如所提到的，可以利用本發(fā)明方法制造熱軋板?？衫脙煞N操作模式。
根據(jù)第一種操作模式，在以高溫例如在1小時內(nèi)(如所提到的，通常卷材溫度開始降低的持續(xù)時間)導(dǎo)致最大硬度的溫度(根據(jù)前述公式(2)的含銅量函數(shù)計算的)進(jìn)行熱軋之后卷取鋼帶。因而，鋼帶滯留在高溫下的時間段是其在迅速冷卻之后滯留在卷材狀的初相。
在鋼的含銅量為0.1和1％之間的情況下，帶材卷取溫度還必須高于開始馬氏體轉(zhuǎn)變的溫度Ms。形成馬氏體會導(dǎo)致開卷過程中出現(xiàn)龜裂。通過以下稱為“安德魯斯公式(Andrews formula)”的傳統(tǒng)公式獲得MsMs(℃)＝539-423C％-30.4Mn％-17.7Ni％-12.1Cr％-11Si％-7Mo％其中，各種元素的含量用重量百分比表示。
對于含銅量為0.0005和0.1％之間的鋼而言，沒有必要考慮Ms。在這種情況下，Ms近似400到500℃，此溫度較高且通常高于易于在所述裝置上獲得的帶材卷取溫度。但不能在低于Ms的溫度下執(zhí)行卷取的因為是-冷卻過程中形成貝氏體(具有低含碳量的鋼是不“可硬化的”)，這將阻止形成馬氏體；-或者有效地形成馬氏體；但由于含碳量低，形成的馬氏體的量減少且在開卷過程中不會引發(fā)異常情況(incident)。
在徹底冷卻卷材之后(這可完全自然地執(zhí)行或者如果有必要的話在經(jīng)過獲取預(yù)期硬度所需要的時間之后強制執(zhí)行)，熱軋板就預(yù)備使用了。
但應(yīng)記住的是，銅沉淀物的晶核化速率是鋼帶冷卻程度的遞增指數(shù)函數(shù)。在這些條件下，可取的是，為獲得最大沉淀硬化效應(yīng)，在一低于發(fā)生晶粒生長的溫度下完成晶核化相。因此，第二種操作模式可用于制造熱軋鋼帶。依照第二種操作模式，在足夠低到在鋼卷自然冷卻過程中不發(fā)生銅沉淀的溫度下卷取鋼帶，從而銅保持在過飽和固溶體狀態(tài)。估計帶材卷取溫度低于300℃就足以實現(xiàn)該目的。這里沒有理由不在馬氏體轉(zhuǎn)變范圍內(nèi)卷取鋼帶。接著，在400和700℃之間對該鋼帶(仍然卷取，至少如果卷取在Ms以下發(fā)生)進(jìn)行回火熱處理以使馬氏體消失。但是，這種硬化的主要作用是沉淀銅以在熱軋板內(nèi)獲得要求的性能。利用前述方程(2)確定這種處理的參數(shù)(溫度和持續(xù)時間)。
如果希望利用本發(fā)明方法制造冷軋板，在鋼的含銅量為0.1和1％之間的情況下，帶材卷取溫度必須高于Ms，因為在卷取與冷軋之前的開卷之間沒有進(jìn)行用以除去馬氏體的熱處理。但是，帶材卷取溫度還必須始終低于300℃，這樣冷軋和隨后的再結(jié)晶退火將在銅處于過飽和固溶體狀態(tài)的鋼上進(jìn)行。
如果希望制造強度非常高且含銅量及含碳量非常高(0.1至1％的C)的冷軋板或者強度高且易于焊接的冷軋板，易于焊接要求含碳量較低(0.01至0.2％)，可根據(jù)希望采用連續(xù)退火設(shè)備或者分批退火設(shè)備來執(zhí)行沉淀回火熱處理而采用各種不同的操作模式。
在所有情況中，首先執(zhí)行銅處于過飽和固溶體狀態(tài)的鋼帶的冷軋(通常以40至80％的壓縮率且在室溫下)，然后當(dāng)銅在鐵素體和/或奧氏體中仍然處于固溶體狀態(tài)的高溫范圍內(nèi)執(zhí)行再結(jié)晶退火。從取決于鋼帶的含銅量的熱軋終了溫度的選擇已了解適于此目的的條件。
此再結(jié)晶退火的持續(xù)時間取決于先前保持銅在固溶體狀態(tài)的能力。在高達(dá)1.8％的銅可返回至固溶體狀態(tài)的840℃的再結(jié)晶溫度下，晶粒會過度生長。如果在再結(jié)晶之前銅已經(jīng)處于固溶體狀態(tài)，則退火時間取決于晶粒生長動力學(xué)，而不取決于銅沉淀溶解動力學(xué)。因而銅在再結(jié)晶之前溶解有助于優(yōu)化織構(gòu)，并且這種狀況對于冶金是最有利的。根據(jù)銅的狀態(tài)(完全溶解或者部分沉淀)，再結(jié)晶退火(如果在840℃下執(zhí)行)的持續(xù)時間可在20s和5min之間變動。有利的是在“小型退火”裝置內(nèi)進(jìn)行，這種裝置很快就可獲得允許大量銅復(fù)溶的高溫。
再結(jié)晶退火之后是沉淀回火。利用用于保持銅處于固溶體狀態(tài)的迅速冷卻步驟分隔這兩項操作。因此，該冷卻必須滿足前述方程(1)。
如果在基本沒有時間實現(xiàn)鋼帶最大硬度HVmax(參見用于計算其的方程(2))的連續(xù)退火設(shè)備(優(yōu)選與用于再結(jié)晶退火的該小型退火設(shè)備直接連接)內(nèi)執(zhí)行沉淀回火，該回火就不得不在較高溫度(600至700℃)下執(zhí)行。這限制了獲得的沉淀硬化程度，因為如所述回火溫度越低，硬化越強。
這就是為什么在需要非常高的強度時優(yōu)選在較低溫度(400至700℃)下，但在該鋼帶保持卷取狀態(tài)的分批退火設(shè)備內(nèi)持續(xù)優(yōu)選由前述方程(2)所確定的較長時間段來執(zhí)行沉淀回火。在這種情況中，該處理之后的迅速冷卻必須使鋼帶低于300℃以保持銅處于過飽和固溶體狀態(tài)。
因而，采用“在非常迅速冷卻(易于在這種裝置上實現(xiàn))之后進(jìn)行小型退火-分批退火”的順序尤其有利于獲取具有高含銅量并因而具有高沉淀硬化能力且因此具有非常高的最終強度的鋼。但由于采用分批退火，因此該順序較長。
在一種變型中，如上所述，可在400至700℃下，在由前述方程(2)確定的時間段內(nèi)，而不在再結(jié)晶退火之前并因而直接在冷軋之后執(zhí)行分批退火的過程中把再結(jié)晶操作和沉淀操作連接起來。這種工序尤其適于具有最高含銅量(高達(dá)10％)的鋼。在某些情況中，必須選擇處理參數(shù)以獲得再結(jié)晶要求與銅沉淀要求之間的最佳可能折衷。
如果制造具有低含碳量(低于0.05％)和良好可拉制性的冷軋鋼板，提出一種操作模式，它包括如前所述在銅處于過飽和固溶體狀態(tài)的鋼帶上執(zhí)行冷軋(通常以40至80％的壓縮率且在室溫下)，再結(jié)晶退火以及沉淀回火。
為使板維持良好可拉制性，應(yīng)在鐵素體范圍內(nèi)執(zhí)行再結(jié)晶，且不使銅沉淀。因而，再結(jié)晶溫度取決于銅在鐵素體中的溶解度極限，如前可見。實際上，可取的是如果銅在鐵素體中的溶解度處于最大值(1.8％)時，則在共析溫度(在低含碳量和含銅量的鋼情況下大約840℃)下執(zhí)行再結(jié)晶退火。
必須避免再結(jié)晶退火過程中鐵素體晶粒的過度生長。還有必要升高鋼的溫度AC1，這樣如果熱軋之后的冷卻沒有使銅保持在完全過飽和狀態(tài)，則在鐵素體相內(nèi)執(zhí)行銅的復(fù)溶。通過添加鈦或鈮來滿足這兩項要求。這些元素尤其是通過俘獲碳和氮還對再結(jié)晶織構(gòu)具有有利效果。
可按照傳統(tǒng)方式在冷加工軋鋼機(表皮軋光機)內(nèi)對熱軋或冷軋鋼帶進(jìn)行最終處理，以賦予其最終表面狀態(tài)和平面度并調(diào)整其機械性能。
最后，如果使用由依照本發(fā)明鋼帶獲得的鋼板需要非常高的可拉制性可在沉淀回火之前完成，因而該沉淀回火在拉制制品而不是原鋼帶上進(jìn)行。
依照本發(fā)明方法，可制造強度非常高的鋼板，而不必利用液態(tài)鑄鐵制造該強度非常高的鋼板，這使得這種鋼板更經(jīng)濟。
這些鋼板的另一個優(yōu)點是比例較大的銅的存在使得它們不易受到大氣腐蝕，因而沒有必要涂覆防腐涂層。
對于依照本發(fā)明方法可以實現(xiàn)如下機械性能-包括10％和10％以下銅以及0.1至1％碳的熱軋或冷軋鋼板可具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于1000MPa的強度；具有低含碳量的熱軋或冷軋鋼板具有較低但仍然高于1000MPa的強度，且它們具有使它們可以尤其使用于汽車工業(yè)的良好可焊性；-包括1.8％和1.8％以下銅以及0.05％碳的冷軋鋼板具有大約700至900MPa的強度以及15至30％的斷裂伸長率，因而具有非常好的可拉制性。
權(quán)利要求
1.用于制造由富含銅的碳鋼制成的鋼制品的方法，其中-制造具有用重量百分比表示的以下成分的液態(tài)鋼0.0005％≤C≤1％0.5≤Cu≤10％0≤Mn≤2％0≤Si≤5％0≤Ti≤0.5％0≤Nb≤0.5％0≤Ni≤5％0≤Al≤2％其余成分是鐵以及制造中產(chǎn)生的雜質(zhì)；-將所述液態(tài)鋼直接鑄造成厚度小于或等于10mm的薄鋼帶形狀；-將所述鋼帶迅速冷卻至低于或等于1000℃的溫度；-以至少10％的壓縮率對所述薄鋼帶進(jìn)行熱軋，熱軋終了溫度使得在此溫度下所有銅在鐵素體和/或奧氏體基體中仍然處于固溶體狀態(tài)；-對所述鋼帶進(jìn)行強制冷卻，以便保持銅在所述鐵素體和/或奧氏體基體中處于過飽和固溶體狀態(tài)；-以及卷取所述鋼帶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，Mn/Si比大于或等于3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在位于沿相反方向轉(zhuǎn)動的兩個內(nèi)冷式輥之間的鑄造設(shè)備上鑄造所述薄鋼帶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，與所述鋼帶的所述鑄造在線地進(jìn)行所述鋼帶的所述熱軋。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的方法，其特征在于，熱軋后的強制冷卻速率V是V≥e1.98(％Cu)-0.08其中，V用℃/s表示，％Cu用重量百分比表示。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，所述鋼的含碳量為0.1和1％之間，并且在一高于馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度Ms的溫度下卷取所述鋼帶。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，在低于300℃的溫度下卷取所述鋼帶，并且然后在400和700℃之間的溫度下對所述鋼帶進(jìn)行銅沉淀熱處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述鋼的含碳量為0.1和1％之間，并且在沒有預(yù)先開卷的情況下對所述鋼帶進(jìn)行沉淀熱處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，在一高于所述馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度Ms且低于300℃的溫度下卷取所述鋼帶，隨后對所述鋼帶進(jìn)行冷軋、在所述銅處于過飽和固溶體狀態(tài)的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行再結(jié)晶退火、強制冷卻以保持所述銅處于固溶體狀態(tài)以及沉淀回火。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述沉淀回火在600和700℃之間的溫度下在連續(xù)退火設(shè)備內(nèi)進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述沉淀回火在400和700℃之間的溫度下在分批退火設(shè)備內(nèi)進(jìn)行。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的方法，其特征在于，在一高于所述馬氏體轉(zhuǎn)變開始溫度Ms且低于300℃的溫度下卷取所述鋼帶，隨后對所述鋼帶進(jìn)行冷軋以及在400和700℃之間的溫度下進(jìn)行既用作再結(jié)晶退火又用作沉淀回火的分批退火。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至12中任一項所述的方法，其特征在于，所述鋼的含碳量為0.1和1％之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至12中任一項所述的方法，其特征在于，所述鋼的含碳量為0.01和0.2％之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求9至12中任一項所述的方法，其特征在于，所述鋼的含碳量為0.0005％和0.05％之間，并且其含銅量為0.5和1.8％之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，在沉淀硬化之前，切割所述鋼帶以形成通過拉制成形的薄板，并且在所述拉制的薄板上進(jìn)行沉淀回火。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的方法，其特征在于，在表皮軋光機中對所述鋼帶進(jìn)行最終處理。
18.鋼制品，其特征在于，所述鋼制品是通過權(quán)利要求1至17中任一項所述的方法獲得的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造由含銅量高的碳鋼制成的鋼鐵冶金制品的方法，根據(jù)該方法－制造具有以下成分的液態(tài)鋼0.0005％≤C≤1％；0.5≤Cu≤10％；0≤Mn≤2％；0≤Si≤5％；0≤Ti≤0.5％；0≤Nb≤0.5％；0≤Ni≤5％；0≤Al≤2％，其余成分是鐵和雜質(zhì)；－將所述液態(tài)鋼直接鑄造成厚度不大于10mm的薄鋼帶形狀；－對該鋼帶進(jìn)行強制冷卻和/或利用溫度高于1000℃的非氧化大氣包圍該鋼帶；－以至少10％的壓縮率對該薄鋼帶進(jìn)行熱軋，軋制過程終了時的溫度是所有銅在鐵素體和/或奧氏體基體中仍然處于固溶體狀態(tài)的溫度；－對該鋼帶進(jìn)行強制冷卻，以便保持銅在該鐵素體和/或奧氏體基體中處于過飽和固溶體狀態(tài)；－以及卷取該鋼帶。本發(fā)明還涉及一種根據(jù)所述方法獲得的鋼鐵冶金制品。
文檔編號B21B1/46GK1633509SQ03803945
公開日2005年6月29日 申請日期2003年1月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月14日
發(fā)明者N·P·蓋爾東, M·法拉爾, J－P·比拉, C·尤卡姆 申請人:于西納公司