專利名稱：高強(qiáng)度的熱浸鍍鋅鋼帶材的制作方法
高強(qiáng)度的熱浸鍍鋅鋼帶材本發(fā)明涉及一種具有改良的可成型性的高強(qiáng)度熱浸鍍鋅鋼帶材，例如應(yīng)用于汽車工業(yè)。這種鋼型是已知的，開發(fā)時被命名為雙相鋼型。這種鋼型無法提供汽車工業(yè)上許多應(yīng)用所需的可成型性。由于這個原因，開發(fā)出TRIP輔助雙相鋼型。描述這種鋼型的文獻(xiàn)是EP I 889 935 Al。此文獻(xiàn)描述了一種高強(qiáng)度熱浸鍍鋅鋼板，其包含(按質(zhì)量百分比)O. 05-0. 3% CO. 08-3% Mn 最大I. 4% SiO. 1-2. 5% AlO. 1-0. 5% CrO. 003-0. 1% P最大O. 07% S最大O. 007% N余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)，且其中Si+Al >0.5%。任選地，可存在一些其它元素。在實(shí)驗(yàn)室范圍測試了三十一種鋼型，其中十九種被認(rèn)為是創(chuàng)造性的組成。這些實(shí)施例顯示了實(shí)現(xiàn)EP1889935A1所述創(chuàng)造性要求的寬的含量范圍，特別是Si和Al量。然而，可成型性并不是TRIP輔助雙相鋼帶材唯一的要求。合金化元素應(yīng)為低含量以盡可能降低鋼的成本，應(yīng)盡可能易于加工為鋼帶材并將其涂覆，鋼帶材必須具有高強(qiáng)度，良好的可焊性并展現(xiàn)出良好的表面質(zhì)量。這些要求對于工業(yè)生產(chǎn)的TRIP輔助雙相鋼型特別重要，必須將其成型為例如點(diǎn)焊到白車身上的汽車部件。因此，本發(fā)明的目的在于尋找一種高強(qiáng)度熱浸鍍鋅鋼帶材的組合物，其在鋼帶材的可成型性與可加工性之間達(dá)到平衡。本發(fā)明進(jìn)一步的目的在于提供在熱浸鍍鋅過程中具有良好可涂覆性的高強(qiáng)度熱浸鍍鋅鋼帶材。本發(fā)明的另一目的在于提供具有良好可焊性的高強(qiáng)度熱浸鍍鋅鋼帶材。本發(fā)明的另一個目在于提供具有良好表面質(zhì)量的高強(qiáng)度熱浸鍍鋅鋼帶材。本發(fā)明還有另一個目在于提供具有盡可能低的成本價格的高強(qiáng)度熱浸鍍鋅鋼帶材。根據(jù)本發(fā)明，通過提供高強(qiáng)度熱浸鍍鋅鋼帶材滿足這些目的中的一個或多個，該鋼帶材按質(zhì)量百分比由如下元素組成O. 10-0. 18% CI. 90-2. 50% MnO. 30-0. 50% SiO. 50-0. 70% AlO. 10-0. 50% Cr
O. 001-0. 10% PO. 01-0. 05% Nb最大O. 004% Ca最大O. 05% S最大O. 007% N以及任選地至少一種以下元素O. 005-0. 50% TiO. 005-0. 50% V O. 005-0. 50% MoO. 005-0. 50% NiO. 005-0. 50% Cu最大O. 005% B余量為Fe與不可避免的雜質(zhì)，其中O. 80%< Al+Si < I. 05%且 Mn+Cr > 2. 10%。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，通過對鋼的主要組成元素即碳、錳、硅、鋁和鉻量的謹(jǐn)慎選擇，能夠制得一種高強(qiáng)度熱浸鍍鋅鋼帶材，其具有所需的可成型性、可加工性、強(qiáng)度以及延伸性，同時提供足夠的可焊性、可涂覆性以及表面質(zhì)量。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中給出的例子沒有同時滿足這些要求。根據(jù)本發(fā)明所述的鋼帶材組合物使得鋼的可成型性良好且無頸縮發(fā)生，沖壓部件邊緣的延展性使得沒有裂紋產(chǎn)生。主要組成元素含量的原因如下。C :0. 10-0. 18質(zhì)量％。碳必須以足夠高的含量存在以確保淬透性以及馬氏體以常規(guī)退火/鍍鋅線可達(dá)到的冷卻速率形成。需要馬氏體提供足夠的強(qiáng)度。游離碳還能夠穩(wěn)定奧氏體，該奧氏體可以改善加工硬化潛力以及對所產(chǎn)生的強(qiáng)度水平而言良好的可成型性。出于這些原因，O. 10質(zhì)量％的下限是需要的。發(fā)現(xiàn)最大水平O. 18質(zhì)量％對保證良好的可焊性是必要的。Mn :1. 90-2. 50質(zhì)量％。添加錳以提高淬透性，從而使得馬氏體更易于在常規(guī)連續(xù)退火/鍍鋅線的冷卻速率能力內(nèi)形成。錳也可以促進(jìn)固溶強(qiáng)化，這增加拉伸強(qiáng)度并強(qiáng)化鐵素體相，從而有助于穩(wěn)定殘余奧氏體。錳降低雙相鋼的轉(zhuǎn)變溫度范圍，從而將所需的退火溫度降低到常規(guī)連續(xù)退火/鍍鋅線容易實(shí)現(xiàn)的水平。由于上述原因，I. 90質(zhì)量％的下限是需要的。施加2. 50質(zhì)量％的最大水平從而通過保證雙相鋼充分轉(zhuǎn)變成為軟轉(zhuǎn)變產(chǎn)物(鐵素體和珠光體)來確保熱軋機(jī)中可接受的軋制力以及確保冷軋機(jī)中可接受的軋制力。此最大水平的給出也是為了在更高值下鑄造過程中更強(qiáng)的偏析以及帶材中馬氏體帶的形成。Si :0. 30-0. 50質(zhì)量％。硅提供固溶強(qiáng)化從而能夠?qū)崿F(xiàn)高強(qiáng)度，以及通過鐵素體基體的強(qiáng)化實(shí)現(xiàn)奧氏體的穩(wěn)定。硅很有效地延緩過時效過程中碳化物的形成，從而使碳保留在固溶體中以穩(wěn)定奧氏體。出于這些原因，O. 30質(zhì)量％的下限是必要的。施加O. 50質(zhì)量％的最大水平是為了鋼帶材可涂覆性，因?yàn)楦叩墓杷揭蚪档偷母街Χ鴮?dǎo)致不可接受的涂層質(zhì)量。Al :0. 50-0. 70質(zhì)量％。將鋁添加到鋼液中以起到脫氧的目的。在適當(dāng)?shù)牧肯?，其也可以提供貝氏體轉(zhuǎn)變的加速，從而在常規(guī)連續(xù)退火/鍍鋅線的退火階段所要求的時間限制內(nèi)實(shí)現(xiàn)貝氏體的形成。鋁也可以延緩碳化物的形成，從而使碳保留在固溶體中從而在過時效過程中引起奧氏體分開,并促進(jìn)奧氏體的穩(wěn)定。由于上述原因，需要O. 50質(zhì)量％的下限水平。對于可鑄性，施加O. 70質(zhì)量％的最大水平，因?yàn)楦咪X含量導(dǎo)致鑄造模具熔渣的中毒并因此增加模具熔渣的粘度，導(dǎo)致鑄造過程中不當(dāng)?shù)臒醾鬟f和潤滑。Cr :0. 10-0. 50質(zhì)量％。添加鉻以增加淬透性。鉻形成鐵素體并阻止碳化物的形成,從而增加殘余奧氏體的形成。由于上述原因，需要O. 10質(zhì)量％的下限水平。施加O. 5質(zhì)量％的最大水平是為了確保鋼帶材的令人滿意的酸洗，并保持鋼帶材的成本足夠低。Ca :最大O. 004質(zhì)量％。鈣的添加改變了硫化錳夾雜物的形態(tài)。當(dāng)鈣加入時，夾雜物成為球狀而不是細(xì)長形。細(xì)長形夾雜物(也被稱為發(fā)紋)可充當(dāng)薄弱平面，沿其可發(fā)生層狀撕裂與分層破裂。避免發(fā)紋(stringer)有利于鋼片的成型步驟，所述鋼片使孔擴(kuò)張或邊緣伸展成為必要，并促進(jìn)各向同性性的成型行為。鈣處理也阻止在鋁脫氧鋼型中硬的、尖角的、粗糙的氧化鋁夾雜物的形成，而在軋制溫度下形成較軟且球狀的鋁酸鈣夾雜物，從而改善材料的加工特性。在連鑄機(jī)中，熔融鋼中出現(xiàn)的一些夾雜物具有堵塞噴嘴的趨勢，導(dǎo)致 產(chǎn)量的損失與成本的增加。鈣處理通過促進(jìn)不阻塞鑄造噴嘴的低熔點(diǎn)物質(zhì)的形成來減少堵塞的傾向。P :0. 001-0. 10質(zhì)量％。磷干擾碳化物的形成，因此一些磷在鋼中是有利的。但是，磷可以使鋼在焊接時變脆，所以應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎控制磷的含量，特別是與其它脆化元素如硫和氮組合時。硫和氮以低量存在，因?yàn)檫@些元素對于可焊性不利。為了晶粒細(xì)化與可成型性，鈮的加入量在O. 01和O. 05質(zhì)量％之間。鈮促進(jìn)輸出輥道上的轉(zhuǎn)變，因此提供較軟且較均勻的中間產(chǎn)品。鈮還阻止馬氏體在等溫過時效溫度下形成，從而促進(jìn)殘余奧氏體的穩(wěn)定。添加任選的元素主要用于強(qiáng)化鋼。除了上面給出的原因，對鋁、鉻和錳的范圍進(jìn)行選擇，使得發(fā)現(xiàn)對于輸出輥道上的完全轉(zhuǎn)變而言適當(dāng)?shù)钠胶庖源_保能夠冷軋鋼帶材，并提供初始結(jié)構(gòu)，使碳能夠在退火線上快速溶解以提高淬透性與適當(dāng)?shù)蔫F素體/貝氏體相變行為。此外，因?yàn)殇X加速貝氏體相變且鉻減速貝氏體相變，所以鋁與鉻之間必須存在適當(dāng)?shù)钠胶?，以便在使用受限過時效工段的常規(guī)熱浸鍍鋅線所允許的時間范圍內(nèi)產(chǎn)生合適數(shù)量的貝氏體。除了上面給出元素的絕對含量，某些元素的相對含量也是重要的。招和娃在一起應(yīng)保持在O. 8和I. 05質(zhì)量之間以確保最終廣品中的碳化物的抑制與足量奧氏體的穩(wěn)定，對于適當(dāng)?shù)慕M成，提供可成型性的所需范圍。錳和鉻在一起應(yīng)大于2. 10質(zhì)量％以對于馬氏體形成確保足夠的淬透性，并因而確保常規(guī)連續(xù)退火線與熱浸鍍鋅線中的強(qiáng)度實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，C元素存在量為O. 13-0. 16%。在這個范圍內(nèi)，鋼的淬透性是優(yōu)化的，同時鋼的可焊性得到增強(qiáng)。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，錳元素存在量為1.95-2. 40%，優(yōu)選1.95-2. 30%，更優(yōu)選2.00-2.20%。較高的錳量可為鋼提供較高的強(qiáng)度，所以將錳的下限提高至I. 95或甚至
2.00質(zhì)量％是有利的。另一方面，就較高錳含量而言，鋼的熱軋和冷軋較困難，所以將錳的上限降低至2. 40、2. 30或甚至2. 20質(zhì)量％是有利的。優(yōu)選地，Si元素存在量為O. 35-0. 45%。替代O. 30 %的較高硅含量確保過時效過程中碳化物的較好延緩(retardation)，其有利于鋼的可成型性。因而，較低的硅含量(O. 50% )提聞鋼帶材的可涂覆性。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，Al元素存在量為O. 55-0. 65%。提高鋁的下限水平具有與較高硅含量相同的效果，但是也改善了貝氏體的形成。較低的鋁上限改善鋼的可鑄性。優(yōu)選地，Cr元素存在量為O. 20-0. 50%，更優(yōu)選O. 30-0. 50%。提高的下限值增加鋼的淬透性。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，Nb元素存在量為O. 01-0. 04%。如上所闡述，鈮改善中間產(chǎn)
優(yōu)選地，鋼具有780Mpa的極限拉伸強(qiáng)度。由于對鋼中存在的元素量的謹(jǐn)慎選擇，可以達(dá)到此強(qiáng)度，同時維持常規(guī)600Mpa雙相鋼的可成型性。根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方案，鋼的顯微組織由55-75體積％鐵素體,20-10體積％貝氏體，20-10體積％馬氏體和10-5體積％亞穩(wěn)殘余奧氏體構(gòu)成。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種如上定義的高強(qiáng)度熱浸鍍鋅鋼帶材的制備方法，其中將鑄鋼熱軋并冷軋成具有所需厚度的帶材，此后將帶材在退火線上再加熱至鋼型的Acl與Ac3溫度之間的溫度，并且以例如避免再轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的冷卻速率快速冷卻，此后施用等溫過時效以形成貝氏體，并將鋼帶材熱浸鍍鋅。在此方法中，可以選擇熱軋期間的變形進(jìn)度、精軋溫度以及隨后輸出輥道上的冷卻制度，以在熱軋產(chǎn)品中獲得有助于在冷軋機(jī)中進(jìn)一步降低厚度的顯微組織。要特別注意的是限制熱軋帶材的強(qiáng)度，從而使所需的冷軋負(fù)荷最小化。選擇退火線上的溫度，以使鋼帶材同時包含鐵素體與奧氏體。冷卻速率應(yīng)當(dāng)使得原則上使沒有鐵素體形成，并施用等溫過時效以促進(jìn)貝氏體的形成。熱浸鍍鋅可以用平常的方式進(jìn)行。在此方法中，多數(shù)步驟的溫度與持續(xù)時間對于實(shí)現(xiàn)最終產(chǎn)品的強(qiáng)度與延展性之間的所需平衡是重要的。本領(lǐng)域技術(shù)人員都知曉，鐵碳共析體系具有許多如下所定義的臨界轉(zhuǎn)變溫度。這些溫度依賴于化學(xué)組成與工藝條件Al在此溫度之下顯微組織由鐵素體(α -Fe)與Fe3C/珠光體的混合物構(gòu)成；A2居里溫度在此溫度之上材料不再具有磁性；A3在此溫度之上顯微組織完全由奧氏體構(gòu)成。后綴c與r分別表示加熱和冷卻循環(huán)中的轉(zhuǎn)變。以下將闡明本發(fā)明；將許多組成就一些所周知的可成形性參數(shù)進(jìn)行評價，將所述參數(shù)先闡明如下。η-值加工硬化系數(shù)或η-值與均勻延伸率密切相關(guān)。在多數(shù)板成型過程中，可成型性的極限由對于局部減薄或“頸縮”的抵抗性所決定。在單軸拉伸試驗(yàn)中，以均勻延伸的程度開始頸縮。來自于拉伸試驗(yàn)的η-值與均勻延伸率可視為鋼片材的可成型性的量度。當(dāng)旨在改善鋼帶材的可成型性時，η-值與均勻延伸率代表最適宜的優(yōu)化參數(shù)。擴(kuò)孔系數(shù)(HEC):為了成功應(yīng)用于工業(yè)沖壓作業(yè)，金屬片材必須具有一定的承受其剪切邊緣伸展的能力。這按照IS0/TS 16630國際技術(shù)規(guī)范進(jìn)行測試。在尺寸為90mmX 90mm的測試片中心制出直徑IOmm的孔。將具有60度錐角(apex)的40mm直徑的錐形沖頭強(qiáng)行插入孔中，同時將測試片用具有55_內(nèi)徑的模具固定。當(dāng)裂紋通過測試片的厚度擴(kuò)展時，測量孔的直徑。最大的HEC值受最大HEC% = ((Dh-Do) /Do) X 100的決定，其中Do為初始孔直徑，Dh為開裂后的孔直徑。邊緣可伸展性(stretch flangeablity)基于最大HEC進(jìn)行評價，且當(dāng)HEC > 25%時，認(rèn)為是令人滿意的。Erichsen指數(shù)(EI) :Erichsen測試記載了金屬在伸展成型中經(jīng)受塑性變的能力，且按照ISO 20482 2003國際標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測試。將半球形沖頭驅(qū)動進(jìn)入完全夾緊的片材。作為潤滑劑，在沖頭頂端使用石墨脂。當(dāng)探測到穿過厚度的裂紋時，停止沖頭行程。由于摩擦，破裂并不在沖頭頂部而在側(cè)面，因此不以等雙軸應(yīng)變而更接近于平面應(yīng)變。測量沖頭穿透的深度。Erichsen擠壓指數(shù)(IE)值為三次獨(dú)立測量的最小值的平均值，用毫米表示，并且對于本發(fā)明，認(rèn)為當(dāng)EI > IOmm時是令人滿意的。

可焊性電阻點(diǎn)焊是汽車工業(yè)中使用的主要接合工藝，平均每輛汽車包含約2000-3000次點(diǎn)焊。傳統(tǒng)的點(diǎn)焊總是非常便宜且可靠的接合類型，然而，由于AHSS的引入，這種可靠性已經(jīng)受損?？珊感酝ㄟ^材料可被點(diǎn)焊的能力來測量。焊接條件取自工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的BS1140:1993，盡管未必對于AHSS進(jìn)行優(yōu)化。通過所得點(diǎn)焊(插銷)的失效模式來測量可點(diǎn)焊性。當(dāng)不能焊接材料時，插銷將沿兩接合表面的界面開裂。在完全焊接材料中，失效將發(fā)生在母體金屬(parent metal)中,在插銷之外,優(yōu)選也在熱影響區(qū)域之外。這稱為完整插銷失效，即完整插銷由母體金屬中拔出?？牲c(diǎn)焊性可以由完全界面失效與完整插銷失效之間的程度表示，認(rèn)為前者是不可焊的。本發(fā)明的目的之一是提供一種高強(qiáng)度熱浸鍍鋅鋼帶材，其在600MPa AHSS熱浸鍍鋅鋼帶材的范圍內(nèi)具有可成型性，但具有800MPa AHSS鋼帶材的強(qiáng)度水平，即780MPa或更高的強(qiáng)度水平。這可以通過在均勻延伸率與η-值中實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)脑黾觼韺?shí)現(xiàn)。在根據(jù)本發(fā)明的高強(qiáng)度熱浸鍍鋅鋼帶材的開發(fā)過程中，制得了一些帶材的卷材，如表I中以字母A到S所表示合金所示。
權(quán)利要求
1.高強(qiáng)度熱浸鍍鋅鋼帶材，按質(zhì)量百分比，由如下元素組成.0.10-0. 18% C.1.90-2. 50% MnO. 30-0. 50% SiO. 50-0. 70% AlO. 10-0. 50% CrO. 001-0. 10% PO. 01-0. 05% Nb最大 O. 004% Ca最大O. 05% S最大 O. 007% N 以及任選地以下元素中的至少一種O. 005-0. 50% TiO. 005-0. 50% VO. 005-0. 50% MoO. 005-0. 50% NiO. 005-0. 50% Cu最大 O. 005% B 余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)， 其中 O. 80%< Al+Si < I. 05%且 Mn+Cr > 2. 10%。
2.權(quán)利要求I所述的鋼帶材，其中C元素的存在量為O.13-0. 16%。
3.權(quán)利要求I或2所述的鋼帶材，其中Mn元素的存在量為I.95-2. 40 %，優(yōu)選I.95-2. 30 %，更優(yōu)選 2. 00-2. 20 %。
4.權(quán)利要求1、2或3所述的鋼帶材，其中Si元素的存在量為O.35-0. 45%。
5.前述任一權(quán)利要求所述的鋼帶材，其中Al兀素的存在量為O.55-0. 65%。
6.前述任一權(quán)利要求所述的鋼帶材，其中Cr元素的存在量為O.20-0. 50%，優(yōu)選O.30-0. 50%。
7.前述任一權(quán)利要求所述的鋼帶材，其中Nb元素的存在量為O.01-0. 04%。
8.前述任一權(quán)利要求所述的鋼帶材，其中熱浸鍍鋅鋼帶材具有780Mpa的極限拉伸強(qiáng)度。
9.前述任一權(quán)利要求所述的鋼帶材，其中熱浸鍍鋅鋼帶材具有由55-75體積％鐵素體、20-10體積％貝氏體、20-10體積％馬氏體和10-5體積％亞穩(wěn)殘余奧氏體構(gòu)成的顯微組織。
10.前述任一權(quán)利要求所述的高強(qiáng)度熱浸鍍鋅鋼帶材的制備方法，其中將鑄鋼熱軋并冷軋成具有所需厚度的鋼帶材，此后將帶材在退火線上再加熱至該鋼型的Acl與Ac3溫度之間的溫度，并以例如避免再轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的冷卻速率快速冷卻，此后施用等溫過時效以形成貝氏體，以及將該帶材熱浸鍍鋅。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度熱浸鍍鋅鋼帶材，按質(zhì)量百分比，其由如下元素組成0.10-0.18％C 1.90-2.50％Mn 0.30-0.50％Si 0.50-0.70％Al 0.10-0.50％Cr 0.001-0.10％P 0.01-0.05％Nb最大0.004％Ca最大0.05％S最大0.007％N以任選地至少一種以下元素0.005-0.50％Ti0.005-0.50％V 0.005-0.50％Mo 0.005-0.50％Ni 0.005-0.50％Cu最大0.005％B余量為Fe以及不可避免的雜質(zhì)，其中0.80％＜Al+Si＜1.05％且Mn+Cr＞2.10％。這種鋼在高強(qiáng)度下提供改善的可成型性，具有良好的可焊性與表面質(zhì)量，同時具有良好的可加工性與可涂覆性。
文檔編號C22C38/38GK102712171SQ201080059023
公開日2012年10月3日 申請日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者B·L·恩尼斯, D·N·漢隆 申請人:塔塔鋼鐵艾默伊登有限責(zé)任公司