專利名稱：主要由猛奧氏體構(gòu)成的鋼帶或薄鋼板的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及主要由Mn奧氏體構(gòu)成的鋼帶或薄鋼板的制備方法。適于制備這些產(chǎn)品的鋼被指定為AISI 200，并且包含標(biāo)號S20100-S24000。這種鋼材以焊接之后甚至在焊縫處仍保持高強(qiáng)度而聞名。
這些良好的強(qiáng)度性能通過晶體的間隙和置換混合硬化獲得。在這方面碳和氮特別有效。然而，應(yīng)避免碳含量較高，因?yàn)檫@會形成不希望的碳化物。所以，在所述及的這種鋼中，優(yōu)選采用氮進(jìn)行間隙混合晶體硬化。但是，生產(chǎn)氮含量高的鋼時，其中的合金組元或者生產(chǎn)所要求的裝置很昂貴。
在一種生產(chǎn)氮含量高的鋼的已知方法中，在施加壓力載荷下熔煉熔體。這時，作用在熔體上的壓力遠(yuǎn)高于氮溶解在適當(dāng)鋼中時的氮分壓。該方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要添加特定量的其它合金元素就能夠生產(chǎn)氮含量高的鋼。然而，其不足之處是該方法要求的裝置費(fèi)用高。
在熔煉期間通過施加壓力載荷來溶解氮的另一種方法涉及提高熔體本身的溶解度。這一點(diǎn)可以通過高含量的鉻和錳來實(shí)現(xiàn)。M.du Toit編輯了具有相應(yīng)組成的鋼的性能介紹，其內(nèi)容目前可以在互聯(lián)網(wǎng)上www.tecnet.co.za/mags/steel/featurel.htm處找到。這種已知鋼可以在不施加壓力載荷的條件下，采用傳統(tǒng)方法而不是連鑄方法熔煉和澆注。因此，這種已知鋼的澆注成本高。
通過用鋁和/或硅合金化，能夠進(jìn)一步提高前述傳統(tǒng)可鑄鋼的強(qiáng)度。這兩種元素促進(jìn)所述混合晶體硬化，因此，導(dǎo)致強(qiáng)度進(jìn)一步提高。另外，鋁和硅的添加能夠影響堆垛層錯能，進(jìn)而又對變形過程產(chǎn)生影響。
結(jié)果，鋁的添加導(dǎo)致堆垛層錯能提高，有利于通過孿生變形。然而，硅降低堆垛層錯能，但是有利于通過形成馬氏體變形。由于硅和鋁的共同添加，變形期間材料的強(qiáng)化尤其會受影響。馬氏體的形成導(dǎo)致高強(qiáng)度，而孿生則降低強(qiáng)化效果。
在所述鋼中添加鋁和硅的優(yōu)點(diǎn)被這兩種元素是鐵素體形成元素，它們促進(jìn)一次鐵素體析出這一不足之處所抵消。所獲得的鐵素體只能溶解少量的氮。
結(jié)果，氮在凝固期間以氣泡形式去除。然而，為了獲得高強(qiáng)度奧氏體鋼，而同時又保持高的氮含量，奧氏體必須穩(wěn)定。為此，要求進(jìn)一步提高錳含量，這除了增加原材料成本之外，還會在鋼廠制造這種高錳鋼時產(chǎn)生較多的問題。
因此，本發(fā)明的問題是提供主要由Mn奧氏體構(gòu)成的鋼的制備方法，該鋼能夠經(jīng)濟(jì)地制備，且同時與現(xiàn)有鋼相比具有更高的強(qiáng)度。
一種制備主要由Mn奧氏體構(gòu)成的鋼帶或者薄鋼板的方法解決了這一問題。該方法中，對含有如下合金組元(以wt.％計(jì))的鋼進(jìn)行熔煉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，余者為鐵和不可避免的雜質(zhì)，并且，通過在兩個旋轉(zhuǎn)輥或軋輥之間形成的鑄造輥隙，將鋼澆注成最大厚度為10mm的薄帶材，進(jìn)而，對所述輥或軋輥進(jìn)行強(qiáng)化冷卻，使鑄造輥隙中的薄帶材的冷卻速度至少為200K/s。薄帶材的厚度優(yōu)選1-5mm。本發(fā)明使用的鋼的詳細(xì)組成中自然也包括含量為0的這類合金元素，組成中只給出了它們含量的最高容許上限。
根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步細(xì)化方案，可以將鋼中的鉻含量限制為17.00-21.00wt.％Cr，錳含量限制為8.00-12.00wt.％Mn和/或氮含量限制為0.40-0.60wt.％N。此外，鋼中可以存在Ni，Mo和/或Cu。
在所有情況下，根據(jù)這些元素的作用，對用于本發(fā)明的鋼組成中合金元素含量進(jìn)行優(yōu)化。結(jié)果，Cr，Mn，Mo，V，Nb和Al提高氮在熔體中的溶解度，而奧氏體形成元素Ni和Cu，以及Si降低氮的溶解度。如前所述，Si也起混合晶體硬化劑的作用。此外，該元素也用于晶粒細(xì)化和降低堆垛層錯能。另一方面，鋁提高堆垛層錯能。鉬也起混合晶體硬化作用并且提高耐腐蝕性。釩也具有晶粒細(xì)化作用并且提高強(qiáng)度。Nb的添加通過析出硬化提高強(qiáng)度。
本發(fā)明利用帶材鑄造設(shè)備的基本公知技術(shù)，通過在例如雙輥鑄造裝置的兩個輥?zhàn)踊蜍堓佒g形成的鑄造輥隙對鋼進(jìn)行鑄造，并且，進(jìn)行強(qiáng)化冷卻，以便由一次鐵素體凝固轉(zhuǎn)換成一次奧氏體凝固。由于奧氏體中的氮溶解度高，這樣便能夠使溶解在熔體中的氮進(jìn)入鋼中。僅僅當(dāng)由鑄造輥?zhàn)踊蜍堓佇纬傻蔫T造輥隙壁以與鑄造帶材基本相同的速度運(yùn)動，結(jié)果在鑄造輥隙中能夠確保所述輥隙壁(鑄造輥?zhàn)?軋輥)與鑄造鋼材之間發(fā)生連續(xù)強(qiáng)烈的熱交換時，才能夠通過在鑄造輥隙中鑄造薄帶材實(shí)現(xiàn)這種強(qiáng)化冷卻。
以高的冷卻速度進(jìn)行的強(qiáng)化冷卻能夠確保在熔體凝固時可能形成的氮?dú)馀荼３中〕叽纾?，作用在氣泡上的壓力較高。這能夠防止在凝固期間發(fā)生氮?dú)饷摮?。此外，高的鐵水靜壓力也能夠抑制這種氮脫除。出現(xiàn)高的鐵水靜壓力原因在于在鑄造輥隙處熔池的高度高。這樣，能夠確保在形成的任何氮?dú)馀葜械膲毫N總是低于大氣壓力PA、鐵水靜壓力PF以及氣泡表面張力ζ與氣泡半徑r之比的2倍的和(即PN＜PA+PF+2ζ/r)。
結(jié)果，在帶材鑄造期間鑄造帶材的快速凝固尤其給根據(jù)本發(fā)明使用的鋼的組成的選擇提供了很大的自由度。如前所述，由于快速凝固，能夠溶解大量的氮。結(jié)果，與傳統(tǒng)制造方法相比，可以添加更大量的能夠改善材料性能的合金元素，而無須考慮這些元素可能對氮溶解度帶來的不利影響。例如，如果鋼中含有較多的Si，采用根據(jù)本發(fā)明的方法，則能夠消除傳統(tǒng)制造過程中由于緩慢凝固和相應(yīng)的鐵素體形成量的增加而存在的氮?dú)饷摮奈ｋU。而當(dāng)Al含量較高時，采用本發(fā)明提供的快速冷卻，則能夠避免出現(xiàn)緩慢冷卻期間形成的AlN。結(jié)果，不必考慮緩慢冷卻帶來的有害影響，本發(fā)明通過適當(dāng)選擇Al和Si含量，能夠?qū)λ褂玫拿糠N合金的變形機(jī)制進(jìn)行特定調(diào)整，這樣，能夠獲得具有最佳性能的最終產(chǎn)品。
在處理本發(fā)明使用的本身難于變形的鋼時，本發(fā)明能夠獲得相當(dāng)明顯的成本優(yōu)勢。這既適用于Mn含量最多7.5wt.％，可以采用傳統(tǒng)連鑄方法鑄造的鋼，也適用于Mn含量高于7.5wt.％的鋼，這種鋼只能采用傳統(tǒng)方法，先鑄造成鑄錠，然后，如必要，采用幾個帶有重新加熱的道次軋制成所要求的最終厚度。
目前，由可連鑄合金制成的熱軋帶材在傳統(tǒng)熱軋寬帶材設(shè)備只能加工成3.5mm的最小厚度。只有采用中間退火，才能夠制備目標(biāo)厚度為0.8-1.2mm的冷軋帶材。但是，在涉及帶材鑄造的根據(jù)本發(fā)明的方法中，不再需要中間退火，因?yàn)樗@得的熱軋帶材的厚度較薄。由于本發(fā)明提供的帶材鑄造方法能夠提供最終厚度為1-3mm的薄帶材，因此，許多情況下，能夠調(diào)整所制備帶材的最終厚度，這樣，可以完全省卻冷軋步驟。這種情況下，能夠避免在傳統(tǒng)制備方法中因Mn奧氏體變形性能差帶來的問題。
根據(jù)本發(fā)明的方法可以用來制備特別是含有0.4-0.6wt.％的高氮含量，并且采用最多3％的鋁和/或硅合金化的鋼帶或薄鋼板，而鋼的生產(chǎn)無需在過高壓力下進(jìn)行或者要求特別高的錳含量。所制備的鋼產(chǎn)品具有存在輕微宏觀偏析或者少量粗大夾雜物的細(xì)晶粒各向同性組織。由于其中存在的Al和/或Si的作用，所述產(chǎn)品與現(xiàn)有產(chǎn)品相比具有提高的強(qiáng)度和延性。對于根據(jù)本發(fā)明制備的鋼帶或薄鋼板，可以通過選擇合金來具體調(diào)整強(qiáng)化效果以及變形期間的能量吸收。
所述薄帶材的鑄造優(yōu)選在保護(hù)性氣氛中進(jìn)行。通過在保護(hù)性氣氛中鑄造，能夠?qū)Ρ砻娴难趸潭冗M(jìn)行特定調(diào)整，從而容易制備具有改性表面的薄帶材。這樣，能夠避免形成鱗皮。
然后，在軋機(jī)機(jī)座上對所獲得的帶材進(jìn)行不存在軋輥粘結(jié)危險的“在線”熱軋。如熱軋之前將薄帶材加熱至起始軋制溫度，這一點(diǎn)特別有利。由于溫度升高，熱軋期間能夠獲得更高的變形度。
通過在熱軋后對熱軋帶材進(jìn)行熱處理，可以對其組織進(jìn)行具體優(yōu)化。熱處理可以包括退火以及隨后的控制冷卻。
依據(jù)性能范圍，根據(jù)本發(fā)明制備的薄鋼板特別適合于制造汽車車身用金屬薄板部件、特別在通用車輛制造，尤其是汽車制造中使用的剛性結(jié)構(gòu)部件、起落架或底盤部件、車輪和燃料箱。在所有這些應(yīng)用中，根據(jù)本發(fā)明方法制備的薄鋼板特別出色的強(qiáng)度性能很有利。此外，在與腐蝕性介質(zhì)如燃料接觸的場合，根據(jù)本發(fā)明的薄鋼板和鋼帶的良好耐腐蝕性很有利。
接下來，參照展示實(shí)施方案的一個實(shí)例的附圖
，對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)解釋。
附圖展示的是帶材鑄造設(shè)備1的示意圖。例如，在該設(shè)備中，對鋼進(jìn)行處理，所述鋼中除了通常不可避免的雜質(zhì)之外，還含有(以wt.％計(jì))0.08％C，0.5％Si，10％Mn，19％Cr，0.5％N，0.3％Al，余者為鐵。
帶材鑄造設(shè)備1包括稱作“雙輥”的雙輥鑄造裝置，其中，輥2，3每個均圍繞旋轉(zhuǎn)軸沿相反方向旋轉(zhuǎn)，如圖所示。輥2，3之間存在鑄造輥隙4，該輥隙中連續(xù)填充熔體，這樣，熔池S形成在鑄造輥隙4上方。
采用未示出的冷卻裝置在鑄造期間對輥2，3進(jìn)行強(qiáng)化冷卻，以使進(jìn)入鑄造輥隙4的熔體在高于200K/s的冷速下主要凝固成奧氏體，并且，作為1-5mm厚的薄帶材D離開鑄造輥隙4。然后，將所制備的薄帶材D通過爐子5，在爐中，加熱至起始軋制溫度。
帶有輥2，3的雙輥鑄造裝置和爐子5均放置在充滿保護(hù)性氣體的外罩6中。通過在保護(hù)性氣氛中鑄造薄帶材D并且在爐子5內(nèi)進(jìn)行重新加熱，能夠大大避免在薄帶材D的表面上形成鱗皮。
加熱至起始軋制溫度的薄帶材D進(jìn)入軋機(jī)7，被熱軋至最終尺寸。由于起始軋制溫度高，因此，能夠進(jìn)行高度變形。由進(jìn)入軋機(jī)的基本無鱗皮的薄帶材D軋制而成的熱軋帶材W熱軋之后具有特別高質(zhì)量的表面。
在軋機(jī)7中熱軋之后，在連續(xù)退火爐8中對熱軋帶材W進(jìn)行退火，然后，借助冷卻裝置9進(jìn)行控制冷卻，以便對其組織進(jìn)行特定改善。之后，將已熱處理的熱軋帶材W卷取成卷材10。
與具有傳統(tǒng)組成并且采用傳統(tǒng)方法制備的鋼帶相比，采用前述方法制備的鋼帶具有特別高的強(qiáng)度，同時還具有良好的變形性和同樣良好的能量吸收能力，這是因?yàn)橥ㄟ^在雙輥鑄造裝置的輥2，3之間進(jìn)行快速冷卻，能夠獲得高的氮含量。
下表比較了根據(jù)本發(fā)明在鑄造輥設(shè)備1中制備的熱軋帶材W的出色強(qiáng)度值與采用連續(xù)鑄造的傳統(tǒng)方法制備的Mn奧氏體鋼的強(qiáng)度值。
符號1鑄造輥設(shè)備2，3輥4鑄造輥隙5爐子6外罩7軋機(jī)8連續(xù)退火爐9冷卻裝置10卷取機(jī)
D薄帶材W熱軋帶材S熔池
權(quán)利要求
1.主要由Mn奧氏體構(gòu)成的鋼帶(W)或薄板的制備方法，-其中，對含有如下合金組元(以wt.％計(jì))的鋼進(jìn)行熔煉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，余者為鐵和不可避免的雜質(zhì)，并且，-通過在兩個旋轉(zhuǎn)輥(2，3)或軋輥之間形成的鑄造輥隙，將鋼澆注成最大厚度為10mm的薄帶材(D)，進(jìn)而，對所述輥(2，3)或軋輥進(jìn)行強(qiáng)化冷卻，使鑄造輥隙(4)中的薄帶材(D)的冷卻速度至少為200K/s。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于薄帶材(D)的厚度為1-5mm。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一項(xiàng)的方法，其特征在于鋼中含有17.00-21.00wt.％Cr。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一項(xiàng)的方法，其特征在于鋼中含有8.00-12.00wt.％Mn。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一項(xiàng)的方法，其特征在于鋼中含有0.40-0.60wt.％N。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一項(xiàng)的方法，其特征在于鋼中附加含有Ni，Mo和/或Cu。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一項(xiàng)的方法，其特征在于薄帶材(D)的鑄造在保護(hù)性氣氛中進(jìn)行。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求之一項(xiàng)的方法，其特征在于鑄造之后，對薄帶材(D)進(jìn)行連續(xù)熱軋，獲得熱軋帶材(W)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其特征在于熱軋之前，將薄帶材(D)加熱至起始軋值溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其特征在于加熱在保護(hù)性氣氛中進(jìn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求8-10之一項(xiàng)的方法，其特征在于熱軋之后，對熱軋帶材(W)進(jìn)行熱處理。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11中之一項(xiàng)的方法制備的鋼帶在作為汽車車身金屬薄板部件用材上的應(yīng)用。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-11中之一項(xiàng)的方法制備的鋼帶在作為剛性結(jié)構(gòu)部件用材上的應(yīng)用。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-11中之一項(xiàng)的方法制備的鋼帶在作為起落架或底盤用材上的應(yīng)用。
15.根據(jù)權(quán)利要求1-11中之一項(xiàng)的方法制備的鋼帶在作為車輪用材上的應(yīng)用。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-11中之一項(xiàng)的方法制備的鋼帶在作為燃料箱用材上的應(yīng)用。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的方法能夠用來經(jīng)濟(jì)地制造主要由Mn奧氏體構(gòu)成的鋼帶(W)或薄板。與現(xiàn)有材料相比，所述鋼帶(W)或薄板具有更高的強(qiáng)度。為此目的，對至少含有如下合金組元(以wt.％計(jì))的鋼進(jìn)行熔煉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，余者為鐵和不可避免的雜質(zhì)。通過在兩個旋轉(zhuǎn)輥(2，3)或軋輥之間形成的鑄造輥隙，將鋼澆注成最大厚度為10mm的薄帶材(D)。對所述輥(2，3)或軋輥進(jìn)行強(qiáng)化冷卻，使鑄造輥隙(4)中的薄帶材(D)的冷卻速度至少為200K/s。
文檔編號B22D11/06GK1659300SQ01815950
公開日2005年8月24日 申請日期2001年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月19日
發(fā)明者G·布魯克納, W·斯庫魯姆, H－J·克勞斯齊克 申請人:蒂森克魯伯尼羅斯塔有限公司