專利名稱：可冷成型的高強(qiáng)度鋼以及由這種鋼制成的扁鋼制品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可冷成型的高強(qiáng)度鋼，該鋼含有高的錳含量并且具有很好的針對(duì)由氫誘導(dǎo)引起的延遲的裂縫生成的抵抗力和非常好的可焊接性。此外本發(fā)明涉及由這種鋼制成的扁鋼制品。
背景技術(shù)：
由氫誘導(dǎo)的“延遲的裂縫生成”是由從外部侵入鋼材的氫導(dǎo)致的。與此相對(duì)， “Delayed Fracture (延遲斷裂)”指的是，由于生產(chǎn)條件導(dǎo)致的在材料內(nèi)部存在的氫所引起的鋼材缺陷。
開篇所述的復(fù)合特性對(duì)于用于生產(chǎn)機(jī)動(dòng)車車身組件的鋼特別重要。用來(lái)制成此處的組件的板材需要在理想的輕的質(zhì)量前提下不僅易成型而且具有足夠的強(qiáng)度，這些要求實(shí)現(xiàn)了以較小的板材厚度保證各個(gè)車身的穩(wěn)定性。
此外指定用于機(jī)動(dòng)車車身組件和類似應(yīng)用的鋼必須保證，該鋼是易焊接的而不易生成由于焊接在各個(gè)焊接位置生成的裂縫(焊縫)。
“焊縫”指的是由于滲入晶界的介質(zhì)(例如用于涂層的鋅、作為焊接補(bǔ)充材料的銅) 導(dǎo)致晶界的脆弱性，由于冷縮該脆弱性可以導(dǎo)致裂縫。對(duì)鍍鋅的板材進(jìn)行焊接時(shí)，作為抗腐蝕涂層的鋅由于較高的焊接溫度而熔化并且滲入鋼板的晶界。在接下來(lái)的冷卻過(guò)程中在晶界處產(chǎn)生應(yīng)力，該應(yīng)力可導(dǎo)致結(jié)晶間的裂縫。
最后，用于機(jī)動(dòng)車車身組件的鋼盡管由于成型為各個(gè)組件可能需要的多次冷成型但還是要在相當(dāng)長(zhǎng)的使用壽命中、在實(shí)際應(yīng)用中存在負(fù)載的情況下，不能夠輕易產(chǎn)生氫誘導(dǎo)的裂縫，所謂的“延遲的裂縫生成”，這種裂縫會(huì)導(dǎo)致組件的強(qiáng)度和穩(wěn)定性的不安全因素以及以該組件制成的車身不安全因素。
已知大量的關(guān)于生產(chǎn)用于車身制造和相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的鋼的試驗(yàn)，這種鋼具有較好的可成型性和對(duì)于所需用途優(yōu)化的機(jī)械特性。
這類輕型鋼材的第一個(gè)例子在W02007/075006A1中有所描述。這里所介紹的鋼除了鐵和不可避免的雜質(zhì)以外還含有(重量%)0. 2-1. 5%的C，10-25%的Mn, O. 01-3. 0%的Al， O. 005-2. 0%的Si，最多O. 03%的P，最多O. 03%的S和最多O. 040%的N以及可選的O. 1-2. 0% 的Cr,O. 0005-0. 01%的Ca,O. 01-0. 1%的Ti,O. 001-0. 020%的B。這樣合成的鋼應(yīng)該在較高的剛性、強(qiáng)度和較小的裂縫生成可能下具有最優(yōu)的成型性。此外該鋼應(yīng)該非常容易涂覆抗腐蝕的涂層。
另一種具有優(yōu)化的成型性、強(qiáng)度和可焊接性的鋼由W093/13233A1已知。這種鋼除了鐵和不可避免的雜質(zhì)以外還含有(重量％)最多I. 5%的C，15-35%的Mn，O. 1-6. 0%的Al， 以及可選的最多O. 6%的Si，最多5%的Cu，最多1%的Nb，最多O. 5%的V，最多O. 5%的Ti， 最多9%的Cr，少于4. 0%的Ni和少于O. 2%的N。在W093/13233A1中的奧氏體-穩(wěn)定化和強(qiáng)度增加的作用歸功于可選的添加物，即最多9重量％的Cr。在已知鋼中的Ni、Ti和V含量應(yīng)該具有同樣的作用。在W093/13233A1中的實(shí)施例(其中具有與Nb、Ti或V的含量組合的顯著的Cr-含量)同時(shí)含有多于3重量％的Al含量。在W093/13233A1中的從O. 1-6.0 重量％的Al含量在奧氏體-穩(wěn)定化、冷處理性和擠壓成型性方面作用特別重要。
在W02007/074994A1中同樣描述了一種用于汽車制造領(lǐng)域的鋼，其具有高的剛性和強(qiáng)度。這種鋼除了鐵和不可避免的雜質(zhì)以外還含有(重量％)0. 1-1. 5%的C，5-35%的Mn， O. 01-3%的Al，以及可選的少于3%的Si，少于9%的Cr，少于5%的Cu，少于4%的Ni，少于 1%的Mo，少于1%的Nb，少于O. 5%的V和少于O. 04%的N。此外鋼中可以可選地存在分別為 O. 005-0. 05% 的 Sn,Sb,As 和 Te, O. 0005-0. 040% 的 B,La 和 Ce, O. 0005-0. 1% 的 Zr 和 Ti 以及O. 0005-0. 03%的Ca。通過(guò)含量為O. 01-3. O重量％的Al的存在可以改善鋼的剛性， 其中Al使鋼中的鐵素體穩(wěn)定并且抑制了 ε_(tái)馬氏體的產(chǎn)生。在已知的鋼中存在最多3重量％的Si，以改善鋼的抗拉強(qiáng)度。其中將Si的含量限定在最大為3重量％，以避免表面缺陷且保證良好的可焊接性。在已知的鋼中可以存在Cr，以改善鋼的抗腐蝕性并且保證鋼的良好的成型性。Nb和V可以在鋼中存在以優(yōu)化強(qiáng)度。然而在W02007/074994A1中介紹的實(shí)施例中沒有含有與顯著的Al、Nb或者V含量組合的Cr含量。
由W095/26423A1同樣已知一種含有高M(jìn)n含量的鋼，該鋼具有改善的可處理性。這種鋼除了鐵和不可避免的雜質(zhì)以外還含有(重量％)少于I. 5%的C，15-35%的Mn，O. 1-6. 0% 的Al，以及Si、Cu、Nb、V、Cr、Ni、N、B、Ti、Zr、La、Ce或者Ca中的至少一種元素，并且這些元素的含量為最多O. 6%的Si，最多5%的Cu，最多1%的Nb，最多O. 5%的V、最多9. 0%的 Cr、最多 4. 0% 的 Ni、最多 O. 2% 的 N 以及 O. 0005-0. 04% 的 B,分別為 O. 0005-0. 050% 的 Ti 和 Zr, O. 005-0. 040% 的 La 和 Ce 以及 O. 0005-0. 030% 的 Ca。W095/26423A1 中描述的各個(gè)合金元素的作用對(duì)應(yīng)于前述文獻(xiàn)所闡述的元素的作用。
由ΕΡ2090668Α1同樣已知一種鋼的合金配方，其與前述鋼類似，除了鐵和不可避免的雜質(zhì)以外還含有(重量％)0. 05-0. 78%的C，11-23%的Mn和分別最多5%的Al和Cr，最多 2. 5%的Ni，最多5%的Si和最多O. 5%的V。根據(jù)ΕΡ2090668Α1中的實(shí)施例，或者是高含量的Al與低含量的Cr相組合或者是高含量的Cr與低含量的Al相組合。雖然在ΕΡ2090668Α1 中提到了 V的提高強(qiáng)度的作用，但是實(shí)施例中沒有含有該元素或者其它微量的合金元素。
最后在W02009/084792A1中闡述了一種具有高的Mn含量的鋼，該鋼除了鐵和不可避免的雜質(zhì)以外還含有(重量%) O. 3-0. 9%的C，15-25%的Mn, O. 01-2. 0%的Si,O. 01-4. 0% 的Al，最多O. 05%的S，最多O. 1%的P和Nb、V、Ti、W、Mo、Cr族中的至少一種元素，并且這些元素的含量為少于O. 2%的Nb，少于O. 5%的V，少于O. 3%的Ti，分別少于1%的W、Mo和 Cr。Ti的存在改善了已知鋼的可焊接性。與此相對(duì)，Cr的含量限定在最大1%，因?yàn)楦叩暮康腃r對(duì)提高強(qiáng)度沒有作用而只能導(dǎo)致合金成本的提高。發(fā)明內(nèi)容
在前述總結(jié)的現(xiàn)有技術(shù)的背景下，本發(fā)明的目的在于，提供一種鋼和由此鋼制成的扁鋼制品，這種鋼在良好的強(qiáng)度和熱成型性能以及冷成型性能的前提下保證了可焊接性和較弱的延遲裂縫生成傾向的理想結(jié)合。
就鋼而言，本發(fā)明的目的通過(guò)具有根據(jù)權(quán)利要求I的組成的鋼實(shí)現(xiàn)。
就扁鋼制品而言，本發(fā)明的目的根據(jù)權(quán)利要求13的原理實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明有利的設(shè)計(jì)方案在從屬權(quán)利要求中給出并且下面以一般性發(fā)明思想詳細(xì)闡述。
根據(jù)本發(fā)明的高強(qiáng)度、可冷成型的鋼除了鐵和不可避免的、由制備條件限制的雜質(zhì)以外還含有(重量％)0. 1-1. 0% 的 C，10-25% 的Mn,最多 O. 5% 的 Si，O. 3-2% 的 Al，I. 5-3. 5% 的 Cr，< O. 03% 的 S，< O. 08% 的 P，< O. 1% 的 N，< 2% 的 Mo，< O. 01% 的 B，< 8% 的 Ni， < 5%的Cu，最多O. 015%的Ca，和“V、Nb”族中的至少一個(gè)元素，并且這些元素的含量為 O. 01-0. 5% 的 Nb 和 O. 01-0. 5% 的 V,以及可選的 O. 01-0. 5% 的 Ti。
根據(jù)本發(fā)明的鋼和相應(yīng)的由根據(jù)本發(fā)明的鋼制成的扁鋼制品，例如鋼板或者鋼帶具有奧氏體結(jié)構(gòu)并且具有孿生誘發(fā)塑性鋼(TWIP鋼)性能和相變誘導(dǎo)塑性鋼(TRIP鋼)性倉(cāng)泛。
為了使根據(jù)本發(fā)明的鋼的奧氏體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，其C含量為至少O. I重量％，特別是至少O. 3重量％。還可以通過(guò)各個(gè)C含量對(duì)TWIP性能和TRIP性能進(jìn)行有目的地影響，這是因?yàn)樘继岣吡硕讯鈱渝e(cuò)能量。此外根據(jù)本發(fā)明的C的存在提高了強(qiáng)度卻沒有破壞韌性。當(dāng) C含量高于I重量％時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的鋼的可成型性降低。因此將C含量限定為O. 1-1重量％。當(dāng)C含量限定在O. 1-0. 5重量％，特別是O. 3-0. 5重量％時(shí)，在根據(jù)本發(fā)明的鋼中的碳含量所要達(dá)到的作用特別能得到保證。
根據(jù)本發(fā)明的鋼中，錳以已知方式導(dǎo)致所需的高強(qiáng)度和高堆垛層錯(cuò)能量。根據(jù)本發(fā)明的鋼的TWIP性能和TRIP性能通過(guò)Mn含量進(jìn)行調(diào)節(jié)。此外高錳含量保證了，根據(jù)本發(fā)明的鋼具有所需的奧氏體結(jié)構(gòu)。通過(guò)使Mn含量至少為10重量％，該作用特別得到保證。當(dāng) Mn含量高于25重量％時(shí)，這里所追求的性能將不再能夠得到改善。反而存在這樣的風(fēng)險(xiǎn)， 即，在更高的Mn含量時(shí)最大的抗拉強(qiáng)度回落。
經(jīng)證明，鑒于對(duì)延遲的裂縫產(chǎn)生的易發(fā)生性，較少的Mn含量與根據(jù)本發(fā)明的Al和 Si含量組合是特別有利的。例如小于23重量％的Mn含量，特別是不超過(guò)22重量％的Mn 含量引起腐蝕傾向的明顯降低并且抵抗氫的吸收。因?yàn)橛纱水a(chǎn)生的鋼的可制造性能和可處理性能的惡化，Mn含量的降低具有一個(gè)下限。因此根據(jù)本發(fā)明的鋼的Mn含量限定在區(qū)域 10-25重量％內(nèi)，特別是17-25重量％內(nèi)，其中當(dāng)Mn少于22重量％時(shí)，能夠特別保險(xiǎn)地調(diào)整出本發(fā)明所用到的效果。
在本發(fā)明給出的Al和Si含量提高抗腐蝕能力并且降低產(chǎn)生延遲的裂縫的傾向。 焊接試驗(yàn)進(jìn)一步表明，根據(jù)本發(fā)明的鋼的焊接裂縫和熱裂縫的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)于已知的合金配方由此降低，即，將Al和/或Si含量控制在根據(jù)本發(fā)明給出的范圍內(nèi)。通過(guò)將根據(jù)本發(fā)明的 Al含量控制在O. 3-2重量％內(nèi)并且Si含量最大可以達(dá)到O. 5重量％，可以保證根據(jù)本發(fā)明的鋼的可焊接性，該鋼優(yōu)于具有更高的Al和Si含量的高錳含量鋼。在此對(duì)Al和Si含量這樣進(jìn)行限定，從而應(yīng)對(duì)在高Al和Si含量下存在的、電阻點(diǎn)焊的工作區(qū)域太小的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng) Al含量在O. 5-1. 5重量％內(nèi)，特別是O. 5-1. 3重量％內(nèi)，并且Si含量在O. 2-0. 5重量％內(nèi)時(shí)，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的Si和Al的結(jié)合存在形式達(dá)到的效果可以特別安全地得到利用。
根據(jù)本發(fā)明的鋼內(nèi)的Cr含量在I. 5-3. 5重量％具有特別的意義。通過(guò)Cr可以將腐蝕傾向保持在一個(gè)低的水平，因此根據(jù)本發(fā)明的鋼具有相對(duì)于延遲裂縫生成的高的抵抗力。此外Cr和鋼里存在的碳和氮形成析出物，該沉淀物通過(guò)氫的積聚阻止了延遲的裂縫的產(chǎn)生。出于該目的，根據(jù)本發(fā)明的鋼優(yōu)選具有至少I. 7重量％的Cr含量，特別是至少I. 8重量％。在此，Cr含量的上限限定為2.5重量％，特別是最高2. 2重量％。通過(guò)本發(fā)明的Cr含量的上限一方面保證了，不會(huì)產(chǎn)生大量的Cr-碳化物，該Cr-碳化物使機(jī)械性能(強(qiáng)度-斷裂延伸率-關(guān)系)變差。另一方面對(duì)于位于根據(jù)本發(fā)明給出的下限以下位置的Cr含量，Cr 不再導(dǎo)致降低生成延遲的裂縫的傾向。
根據(jù)本發(fā)明的鋼含有至少一種微量合金元素釩和鈮，由此達(dá)到由根據(jù)本發(fā)明的鋼制成的扁鋼制品(鋼板，鋼帶)的結(jié)構(gòu)的理想的精細(xì)粒度的前提條件。V和Nb允許具有高密度的V和Nb的析出物(VC、VN、VCN、NbC, NbN, NbCN, VNbC, VNbN, VNbCN)和對(duì)焊縫產(chǎn)生大的抵抗力的超精細(xì)結(jié)晶結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生。根據(jù)本發(fā)明的鋼的、以這種方式獲得的晶粒尺寸明顯小于當(dāng)前市場(chǎng)上的奧氏體高錳含量鋼。由此對(duì)于由根據(jù)本發(fā)明的鋼冷軋出的扁鋼制品可以保證結(jié)構(gòu)至少相當(dāng)于ASTM13的精細(xì)度，通常比ASTM14要小。其中根據(jù)實(shí)驗(yàn)可以表明，根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品的精細(xì)晶粒通常至少相當(dāng)于ASTM14，其中大部分情況下還能獲得更精細(xì)的結(jié)構(gòu)，能夠滿足ASTM15的要求。
然而根據(jù)本發(fā)明的鋼不僅能夠在冷軋狀態(tài)進(jìn)行進(jìn)一步處理，還適用于作為熱軋扁鋼制品的進(jìn)一步處理。因?yàn)檫@類熱軋制品(鋼板、鋼帶)的厚度通常大于冷軋扁鋼制品的厚度，所以在焊接位置區(qū)域出現(xiàn)的焊接裂縫對(duì)熱軋扁鋼制品的削弱的程度小于對(duì)冷軋帶。此處起決定作用的是裂縫長(zhǎng)度與材料強(qiáng)度的比值關(guān)系。因此在很多時(shí)候，只要熱軋的、沒有額外的對(duì)于部件的冷軋?zhí)幚韺?dǎo)致的根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品的晶粒不像冷軋的、根據(jù)本發(fā)明的鋼板或鋼帶的晶粒那么小就足夠了。對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的熱軋制品足夠的晶粒尺寸是ASTMll 或者更小，這里當(dāng)然可以設(shè)置更小的、ASTM12或者更多相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。
由根據(jù)本發(fā)明的合金實(shí)現(xiàn)的特別精細(xì)的結(jié)構(gòu)獲得所追求的可焊接性和較小延遲裂縫生成傾向的理想結(jié)合，該較小延遲裂縫生成傾向指的是在良好的強(qiáng)度、冷成型性和熱成型性前提下。這同樣適用于由根據(jù)本發(fā)明的鋼制成的冷軋帶材和熱軋帶材。特別突出的是該精細(xì)結(jié)構(gòu)使焊接裂縫最小化的作用，該精細(xì)結(jié)構(gòu)可以用根據(jù)本發(fā)明的方法以理想的操作安全性進(jìn)行重復(fù)生產(chǎn)。
當(dāng)釩或鈮單獨(dú)或者共同存在于根據(jù)本發(fā)明的鋼中的時(shí)候，可以利用Nb和V的對(duì)根據(jù)本發(fā)明的鋼的精細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)的有利作用。
根據(jù)本發(fā)明的鋼的第一個(gè)變化形式含有至少O. 01重量％至O. 5重量％的鈮，和多數(shù)情況下算作雜質(zhì)的、因此在合金技術(shù)上被看作無(wú)效的釩。
與此相對(duì)，根據(jù)本發(fā)明的合金的第二個(gè)變化形式具有多數(shù)情況下屬于雜質(zhì)范圍的 Nb含量,而根據(jù)本發(fā)明的精細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)通過(guò)至少O. 01重量％、最多O. 5重量％的鑰;含量保證。
本發(fā)明的第三個(gè)變化形式中，釩和鈮以結(jié)合的形式存在于根據(jù)本發(fā)明的鋼中，其中這兩種元素的總含量分別為最少O. 01重量％，然而不超過(guò)O. 5重量％。
當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的合金鋼中的Nb和V的總含量為O. 03-0. 3重量％，特別是高于O. 05 重量％時(shí)，通過(guò)Nb和/或V的存在特別能保證根據(jù)本發(fā)明所要達(dá)到的效果的產(chǎn)生。
鈦在根據(jù)本發(fā)明的鋼中作為微量合金元素同樣形成析出物，該析出物對(duì)精細(xì)晶粒有幫助并且能夠?qū)︿摰臋C(jī)械性能起到有利影響。然而涉及到調(diào)節(jié)精細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)，鈦沒有根據(jù)本發(fā)明用于該目的的合金元素鈮或釩效果明顯。根據(jù)本發(fā)明的鋼中的鈦的促進(jìn)這些元素的作用的效果在Ti含量最少O. 01重量％時(shí)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)Ti含量過(guò)高時(shí)可能生成大的TiC顆粒，在由根據(jù)本發(fā)明的鋼制成的扁鋼制品在冷軋和冷成型過(guò)程中，該顆粒可能引起裂縫。此外在冷軋和冷成型過(guò)程中，TiC顆粒可能被破壞掉。其中在被損壞的顆粒之間產(chǎn)生空洞，該空洞又可以作為裂縫生成的起始點(diǎn)。最后靠近表面的、大的TiC顆粒可能在冷軋和冷成型過(guò)程中導(dǎo)致表面的缺陷。因此本發(fā)明中，將存在的Ti的含量控制在上限0.5重量％之下。 要制造根據(jù)本發(fā)明的具有最優(yōu)化的綜合性能的鋼，可以這樣實(shí)現(xiàn)，根據(jù)本發(fā)明的鋼的Ti含量減少到一個(gè)值，含量為該值的Ti不再具有任何作用并且還存在的Ti含量屬于不可避免的雜質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的鋼中還可能有的Nb和Ti含量導(dǎo)致在熱軋過(guò)程中的Nb析出和Ti析出并且提高熱軋和冷軋過(guò)程中的軋制阻力。這在熱軋中被證明是特別不利的，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的前述的可比的較高的Al和Si含量就已經(jīng)意味著較高的熱軋阻力。與此相反，較少的釩析出在完成軋制的鋼板的最終退火階段才生成，并因此不阻礙熱軋和冷軋。經(jīng)證明在根據(jù)本發(fā)明的鋼進(jìn)行熱軋或者冷軋較困難的情況下，由于該原因?qū)摰拟C含量相對(duì)于Nb含量提高或者為了產(chǎn)生高的釩含量而放棄添加鈮和鈦是有利的。
Nb、V和Ti都能影響延遲裂縫生成。如已知的，這三種元素形成析出物，氫“被困” (即固定)在這些析出物上并且變成無(wú)害的。
然而通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的添加Nb和/或V可以在高錳含量的鋼內(nèi)實(shí)現(xiàn)非常精細(xì)的晶粒結(jié)構(gòu)(ASTM13，特別是ASTM14和更小的)。
硫和磷在熔煉過(guò)程中不可避免的存在于根據(jù)本發(fā)明的鋼中，然而可導(dǎo)致晶界的脆化。特別是鑒于足夠的熱成型性，根據(jù)本發(fā)明的鋼中的S含量限定在少于O. 03重量％并且 P含量限定在少于O. 08重量％內(nèi)。
最多O. I重量％的氮含量對(duì)于碳氮化物的形成必不可少。當(dāng)?shù)狈r(shí)形成的是富含碳但是缺乏氮的碳氮化物。然而應(yīng)該將N含量設(shè)定為較低。Al和N形成為機(jī)械性能特別是延伸率明顯變差的析出物。通過(guò)后續(xù)的熱處理也可以使AlN析出物不再能夠溶解。 由于該原因，根據(jù)本發(fā)明的鋼中的最大N含量控制在小于O. I重量％，其中當(dāng)N含量控制在 O. 0030-0. 0250重量％，特別是O. 005-0. 0170重量％時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的鋼中的氮發(fā)揮理想的作用。
在2重量％以下的有效含量的Mo同樣作用為改善抗腐蝕能力和由此導(dǎo)致的進(jìn)一步避免延遲裂縫生成的風(fēng)險(xiǎn)。Mo和Cr 一樣與鋼中存在的碳和氮形成析出物，該析出物通過(guò)對(duì)氫的積聚阻止延遲裂縫生成。
硼以其在機(jī)械性質(zhì)方面的作用替代了合金元素Mn。已經(jīng)確認(rèn)，含有20重量％的 Mn和O. 003%的硼的鋼具有與含有25重量％的Mn而不含有硼的鋼相似的性質(zhì)。因此在根據(jù)本發(fā)明的鋼合金中添加至多O. 01重量％的硼允許在不改變高強(qiáng)度的前提下減少M(fèi)n的含量，Mn含量在避免延遲的裂縫生成和焊接裂縫方面是有利的。此外，較少含量的硼有利于根據(jù)本發(fā)明的鋼制成的熱軋鋼帶的帶邊質(zhì)量。和已知的Al和Si合金的高錳含量的鋼一樣， 帶邊區(qū)域的裂縫和不穩(wěn)定性將以這種方式得到抑制。
可以在根據(jù)本發(fā)明的鋼中可選地添加Ni。鎳有助于高的斷裂延伸率并且提升鋼的剛性。當(dāng)鋼含有多于8重量％的鎳的時(shí)候，鎳在根據(jù)本發(fā)明的鋼中卻沒有發(fā)揮這個(gè)作用。 因此根據(jù)本發(fā)明的可選的添加鎳含量的上限為8重量％，特別是5重量％。
通過(guò)添加少于5重量％，特別是少于3重量％的銅含量可以通過(guò)形成析出物來(lái)提升根據(jù)本發(fā)明的鋼的硬度。超過(guò)5重量％的Cu含量導(dǎo)致表面缺陷，使得由根據(jù)本發(fā)明的鋼制成的扁鋼制品(鋼帶，鋼板)不能被使用。
最終本發(fā)明提供一種鋼，其不僅具有至少SOOMPa或者更高的高強(qiáng)度，還非?？寡舆t裂縫生成并且非?？埂昂附恿芽p”生成。
根據(jù)本發(fā)明的鋼很突出地適用于對(duì)扁鋼制品(如鋼板或者鋼帶)的處理，該扁鋼制品接下來(lái)通過(guò)熱成型或者冷成型成型為零部件。
為了保護(hù)根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品不受表面腐蝕，實(shí)際應(yīng)用中可以至少在其暴露于腐蝕材料中的表面以金屬保護(hù)層進(jìn)行涂層。這種保護(hù)層可以是已知的基于Al或者Zn的涂層，例如通過(guò)電鍍鋅、熱浸鍍鋅、再退火或者熱鍍鋅涂層、ZnNi涂層或者通過(guò)熱浸鍍鋁涂覆于根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品上，其中通過(guò)電鍍鋅可以達(dá)到特別好的涂層效果。
根據(jù)本發(fā)明的方法制成的扁鋼制品的優(yōu)勢(shì)在于，在突然出現(xiàn)應(yīng)力時(shí)的特別好的能量吸收能力。
由于其特別的性能組成，根據(jù)本發(fā)明的方法制成的扁鋼制品特別適用于制造車身組件。由于其特別高的強(qiáng)度和可伸縮性，根據(jù)本發(fā)明制造的材料特別適用于機(jī)動(dòng)車車身的支撐或者與撞擊相關(guān)的部件。需要具有高承載能力的具有高保護(hù)性并且同時(shí)具有低質(zhì)量的結(jié)構(gòu)部件可以由根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品制成。
由于其高的能量吸收能力，根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品還適用于制造裝甲或者人身防護(hù)的部分。特別是可以由根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品制造直接穿戴在人身體上的、用于保護(hù)人身不受槍擊或者類似的沖擊形式的攻擊的部分。
由于其同時(shí)具有較小的質(zhì)量和較好的成形性以及強(qiáng)度，根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品還適用于加工成車輛，特別是機(jī)動(dòng)車的輪子。
根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品還可以制造用于低溫作業(yè)領(lǐng)域的零部件。根據(jù)本發(fā)明的冷軋扁鋼制品的優(yōu)越特性即使在較低的、通常屬于低溫技術(shù)的溫度下也能夠得以保持。
此外可以考慮將根據(jù)本發(fā)明的鋼板應(yīng)用于制造管道，該管道特別應(yīng)用于制造高強(qiáng)度的發(fā)動(dòng)機(jī)零件，例如凸輪或者活塞桿。
根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品可以以多種方式制造?？梢钥紤]的是通過(guò)傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)爐煉鋼或者具有接下來(lái)在連續(xù)澆鑄過(guò)程、薄帶連鑄過(guò)程或者DSC過(guò)程中的澆鑄以及跟在澆鑄后面的內(nèi)嵌式或者外設(shè)式進(jìn)行的熱軋的ELO爐子進(jìn)行生產(chǎn)。以這種方式獲得的熱軋鋼板可以在必要時(shí)在串聯(lián)式軋機(jī)、反向軋機(jī)或者森吉米爾式軋機(jī)中冷軋成冷軋帶材。
Ca處理改善可澆鑄性，特別是在高Al含量的根據(jù)本發(fā)明的分析中。Ca和氧化鋁 (Al2O3)共同形成鋁酸鈣，其被爐渣吸收因此使得氧化鋁變得無(wú)害。由此降低了氧化鋁導(dǎo)致堵塞(沉積于侵入管)的風(fēng)險(xiǎn)，該堵塞削弱可澆鑄性。根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品允許最多O. 015 重量％，特別是最多O. 01重量％的Ca含量，其中非常典型地在Ca含量最多O. 0015重量％ 時(shí)，最能表現(xiàn)出可選的Ca處理的有利效果。
根據(jù)本發(fā)明的鋼制成的熱軋鋼板可以可選地進(jìn)行酸洗并且同樣可選地以已知方式進(jìn)行表面涂層。在鋅涂層已經(jīng)涂覆之后進(jìn)行額外的、分開的熱處理也是可能的。
替代性地，可以在酸洗狀態(tài)下對(duì)熱軋鋼板進(jìn)行冷軋，通過(guò)在連續(xù)的步驟中完成的退火過(guò)程進(jìn)行最終退火和接下來(lái)可選的表面涂層(Z、ZE、ZF、ZMg, ZN、TA、AS、S、薄膜等等)。 在鋅涂層已經(jīng)涂覆之后進(jìn)行額外的、分開的熱處理也是可能的。
接著可以以特殊的涂層涂覆根據(jù)本發(fā)明的熱軋鋼板或冷軋鋼板，該涂層實(shí)現(xiàn)了熱成型過(guò)程或者半熱成型過(guò)程的應(yīng)用。
可以通過(guò)后續(xù)的熱處理進(jìn)一步加強(qiáng)根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品的高的阻止延遲裂縫生成的抵抗力。在該后續(xù)處理中對(duì)鍍鋅涂層材料這樣進(jìn)行處理，從而使用鋅涂層與基板材料的合金。這樣處理的材料只有在很長(zhǎng)的觀測(cè)時(shí)間后才產(chǎn)生延遲的裂縫或者根本不再生成裂縫。
適用于制造根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品方法的一個(gè)典型的變形包含如下步驟
-由根據(jù)本發(fā)明的鋼澆鑄出板坯或者薄板坯形狀的初加工材料。
-特別對(duì)于應(yīng)用板坯的情況，在接下來(lái)實(shí)施的熱軋之前需要再次加熱，因此再次加熱的溫度不能低于1100°C，特別是高于1150°C。當(dāng)初加工材料在連續(xù)的處理步驟中在澆鑄后直接進(jìn)行熱軋時(shí)(例如在一個(gè)連鑄連軋?jiān)O(shè)備中，該設(shè)備中薄板坯在連續(xù)的、彼此相繼的工作步驟中澆鑄并且處理成熱軋帶材)，也可以不設(shè)置中間再加熱而是直接利用澆鑄的熱量進(jìn)行。在熱軋過(guò)程中的軋制道次的減少應(yīng)該為在每個(gè)道次至少10%，以保持在實(shí)際應(yīng)用中的生產(chǎn)條件下的根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品具有其結(jié)構(gòu)的理想的狀態(tài)。
-在必要時(shí)進(jìn)行的加熱之后，初加工材料在至少800°C的熱軋溫度下進(jìn)行熱軋并形成熱軋帶材。
-然后將得到的熱處理板材在不高于700°C的絞盤溫度下卷成卷。
通過(guò)在至少800°C的溫度下完成熱軋工序并且在相對(duì)低的溫度進(jìn)行卷起，能夠獲得在根據(jù)本發(fā)明的鋼中存在的碳的、特別是在整個(gè)范圍內(nèi)的硼(如果存在該元素)的有利作用。在該區(qū)域內(nèi)熱軋制成的板材內(nèi)的硼和碳導(dǎo)致在始終可接受的斷裂延伸率下的較高的抗拉強(qiáng)度值和屈服極限值。隨著熱軋溫度的提高，熱加工板材的抗拉強(qiáng)度值和屈服極限值降低，而斷裂延伸率增大。通過(guò)在本發(fā)明給出的范圍內(nèi)的軋制溫度的變化可以有目的地并且以簡(jiǎn)單的方式地影響所得到的熱軋扁鋼制品的所需特性。
根據(jù)本發(fā)明制造出的熱軋鋼板中，以溶解的形式存在的V含量至少80%，特別是 90%和更多，以溶解的形式存在的Nb含量至少50%，特別是60%和更多。其余的V或者Nb含量以析出物形式存在，其中以析出物形式存在的Nb和V含量應(yīng)該盡量的少。通過(guò)熱處理板材中的溶解的Nb和V的高份額可以在隨后的冷軋中和額外實(shí)施的退火處理中可靠地產(chǎn)生所追求的非常精細(xì)的結(jié)構(gòu)。與此相對(duì)地，在熱軋之后的Ti含量的60-100%是TiC析出物。 該碳化析出物不僅影響冷軋，而且在最終的退火中導(dǎo)致更粗糙的析出物生成。這在含有更大量Ti的合金鋼的成型過(guò)程中形成裂縫的源頭，該裂縫使各個(gè)零部件不能被使用。
當(dāng)絞盤溫度特別的低，特別是低至室溫(大概20°C)的時(shí)候，則存在根據(jù)本發(fā)明制造的熱軋鋼板的有利的機(jī)械性能，特別是高的屈服極限。通過(guò)將絞盤溫度限定在最大 700°C，特別是低于700°C，特別是低于500°C或者室溫，以已知方式將晶界氧化的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。晶界氧化意味著材料脫落并且加大進(jìn)一步處理的難度甚至使材料根本不能用。
經(jīng)過(guò)卷起的熱軋鋼板可以直接冷成型或者熱成型為零部件。
然而根據(jù)本發(fā)明的熱軋鋼板也特別適于進(jìn)一步加工成冷軋鋼板。為此，熱軋鋼板在卷起和必要時(shí)的以酸洗進(jìn)行的表面清潔之后以已知方式冷軋成冷軋鋼板。這種冷軋中優(yōu)選的目標(biāo)冷軋度為30%至75%，以實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品的最優(yōu)化的成型性能和強(qiáng)度性能。
在冷軋后接著進(jìn)行最終退火，退火溫度優(yōu)選為最高880°C，特別是低于800°C。通過(guò)對(duì)退火溫度的選擇可以保證特別精細(xì)結(jié)構(gòu)的形成，該精細(xì)結(jié)構(gòu)的精細(xì)晶粒基本上至少是 ASTM14和更小。本發(fā)明利用了，在熱軋鋼板中到目前為止大部分還是處于溶解狀態(tài)的Nb和 V含量在最終退火階段形成精細(xì)的析出物(VCN、NbCN等等)，該精細(xì)析出避免了在最終的退火過(guò)程中的晶粒增長(zhǎng)。特別精細(xì)的結(jié)構(gòu)通過(guò)盡可能低的退火溫度實(shí)現(xiàn)。在最終退火之后得到的鋼板可靠地具有所追求的精細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)。其中最終退火可以在過(guò)程中在連續(xù)退火爐中進(jìn)行。
在冷軋和最終退火之后獲得的冷軋鋼板還可以進(jìn)行平整軋制，以進(jìn)一步改善其尺寸精確性和機(jī)械性能。
如上所述，作為熱成型鋼板或冷成型鋼板為進(jìn)一步成型為零部件準(zhǔn)備的根據(jù)本發(fā)明的扁鋼制品可以進(jìn)行抗表面腐蝕的金屬保護(hù)層涂層。在將熱處理板材直接成型為零件的情況下可以將所得到的或者在對(duì)熱軋鋼板進(jìn)行冷軋后得到的冷軋鋼板進(jìn)行熱浸鍍鋁、熱浸鍍鋅或者電鍍進(jìn)行鍍鋅處理。
首先在有必要時(shí)通過(guò)酸洗對(duì)鋼板表面進(jìn)行清潔和準(zhǔn)備工作。
如果扁鋼制品以空白的形式運(yùn)輸，那么為了暫時(shí)防止表面腐蝕可以在金屬涂層的位置涂油。
具體實(shí)施方式
在表格I中給出了 8個(gè)根據(jù)本發(fā)明的鋼的合金E1-E8和14個(gè)對(duì)比鋼板V1-V14。
由根據(jù)本發(fā)明的鋼E1-E8和對(duì)比鋼板V1-V14制成的澆鑄鋼錠分別在約1250°C的預(yù)熱溫度中加熱然后在約950°C的熱軋溫度中熱軋成厚度約為3mm的熱軋鋼板。
得到的熱軋鋼板在約20°C (室溫)的絞盤溫度中卷成卷材。
在卷起之后，熱軋鋼板以約66%的冷軋度冷軋成厚度為Imm的冷軋帶材。
這樣得到的冷軋帶材在連續(xù)的處理步驟的最后進(jìn)行最終退火，在退火過(guò)程中鋼板在溫度中加熱大約140秒，該溫度低于890°C。根據(jù)本發(fā)明的方法制成的鋼E1-E8和對(duì)比鋼板V1-V14的機(jī)械特性、分別設(shè)定的最終退火溫度以及結(jié)構(gòu)的晶粒尺寸在表格2 中給出。
由扁鋼制品拉伸成具有圓形毛坯/小盆直徑-比例關(guān)系β =2. O (拉伸系數(shù))的小盆。小盆經(jīng)過(guò)抗腐蝕測(cè)試,該測(cè)試中將沒有抗腐蝕涂層的小盆暴露在5%的NaCl溶液中。此處直到四個(gè)小盆的共同體的其中一個(gè)小盆上生成第一個(gè)延遲的裂縫所經(jīng)歷的天數(shù)在表格2 的“小盆保持時(shí)間”這一列中給出。
用由根據(jù)本發(fā)明的鋼Ε1-Ε8和對(duì)比鋼板V1-V14制成的鋼板樣品進(jìn)行接下來(lái)的接合試驗(yàn)，在該試驗(yàn)中將這些鋼板樣品重疊地點(diǎn)焊到傳統(tǒng)的鍍鋅深沖鋼(“異質(zhì)焊接”)上。各個(gè)目標(biāo)工作區(qū)域(以千安kA給出)以及在焊接區(qū)域內(nèi)的最長(zhǎng)裂縫和生成焊接裂縫的傾向同樣在表格2中給出。
此處的點(diǎn)焊的“工作區(qū)域”理解為制造焊接核心所需的最小電流強(qiáng)度Imin和最大電流強(qiáng)度Imax之間的差值，當(dāng)逾越過(guò)該區(qū)域時(shí)存在于待焊接的基板的材料在焊接過(guò)程中表面被噴濺的風(fēng)險(xiǎn)(工作區(qū)域A=Imax-Imin)。應(yīng)該避免這類噴濺，因?yàn)槠鋵?dǎo)致較差的焊接連接。工作區(qū)域越小，焊接工藝越要精準(zhǔn)。工作區(qū)域越大，越能夠簡(jiǎn)單地并且可靠地在實(shí)踐條件下進(jìn)行焊接。為了保證實(shí)用的加工處理，例如在汽車制造領(lǐng)域內(nèi)對(duì)鋼材料的焊接要求工作區(qū)域A最少是0. 8kA，特別是最少I. OkA。此外在實(shí)驗(yàn)室條件下模擬出根據(jù)本發(fā)明的合金E9的可操作制造，該合金除了鐵和不可避免的雜質(zhì)外含有(重量%)19%的Mn、0. 4%的C、I. 4%的A1、0. 45%的Si,2%的Cr和0. 12%的V。由這種鋼制成的、經(jīng)過(guò)冷軋的并且經(jīng)過(guò)鋅涂層的鋼板樣品在連續(xù)退火工藝中以小于800°C的最終退火溫度行最終退火。在最終退火之后的鋼板樣品具有非常小的晶粒尺寸。該晶粒尺寸對(duì)小盆測(cè)試中的由氫誘導(dǎo)的裂縫的產(chǎn)生具有非常高的抵抗力。鋼板樣品具有560MPa的屈服極限RP，900MPa的抗拉強(qiáng)度RM，45%的斷裂延伸率A和0. 35的n值。由鋼板樣品拉伸出的鍍鋅的小盆(^ =2. 0)在5%的NaCl溶液中保持三個(gè)月沒有裂縫。接下來(lái)同樣在實(shí)驗(yàn)室條件下將根據(jù)本發(fā)明的合金ElO熔化，其如前述的合金E9 —樣含有(重量%)19%的Mn、0. 4%的C、I. 4%的A1、0. 45%的Si,2%的Cr和0. 12%的V。此外合金ElO還添加0. 003重量％的硼。以同樣的制造過(guò)程制造出的鋼板樣品具有相似的屈服極限，但是斷裂延伸率較高。在另一個(gè)試驗(yàn)中，將合金E8的鋼水進(jìn)行Ca處理。Ca處理使鋼雖然具有較高的Al含量還是具有好的可澆鑄性和相當(dāng)于不含Ca的鋼的性能。為了證明由根據(jù)本發(fā)明的合金制成的鍍鋅的扁鋼制品的阻止延遲的裂縫生成的高抵抗力可以通過(guò)后續(xù)熱處理進(jìn)一步改善，由根據(jù)本發(fā)明的合金E2冷軋成具有鍍鋅保護(hù)層的鋼板樣品。然后將樣品進(jìn)行后續(xù)熱處理，在該處理過(guò)程中這樣加熱鍍鋅涂層的材料，在具有基本材料的鍍鋅涂層產(chǎn)生合金。由這樣處理的材料深沖成的小盆在非常長(zhǎng)的觀測(cè)時(shí)間后才具有明顯的延遲的裂縫生成或者說(shuō)裂縫生成完全消失。該試驗(yàn)的結(jié)果示于表格3中。試驗(yàn)表明，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行混合并且鍍鋅的樣品在100至450°C的溫度中進(jìn)行罩式退火I至200小時(shí)，優(yōu)選24-48小時(shí)或者在流動(dòng)退火設(shè)備中以400-600°C的溫度熱處理I至500秒，優(yōu)選5-300秒后，可以實(shí)現(xiàn)延遲的裂縫生成的易發(fā)性大幅降低。在焊接過(guò)程中的根據(jù)本發(fā)明的鋼的阻止焊接裂縫生成的抵抗力由于通過(guò)添加V和/或Nb而實(shí)現(xiàn)的非常精細(xì)的微結(jié)構(gòu)和以根據(jù)本發(fā)明給出的界線以Cr部分替代Al或Si而相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)顯著得到改善。在以根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行混合的鋼板樣品進(jìn)行的焊接試驗(yàn)中，在電阻點(diǎn)焊中沒有出現(xiàn)宏觀裂縫。表I
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度、可冷成型的鋼，其具有(重量％) C :0. 1-1. 0%,Mn :10-25%,Si :最多 0. 5%,Al :0. 3-2%, Cr :1. 5-3. 5%, S <0. 03%, P <0. 08%, N <0. 1%, Mo < 2%, B <0. 01%, Ni < 8%, Cu < 5%,Ca :最多 0. 015%, “V、Nb”族中的至少一個(gè)元素，并且這些元素的含量為 Nb :0. 01-0. 5%, V :0. 01-0. 5%, 以及可選的 Ti :0. 01-0. 5% 以及余量的鐵和不可避免的、由制備條件限定的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的鋼，其特征在于，所述鋼的C含量為0.3-0. 5重量％。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的鋼，其特征在于，所述鋼的Mn含量為17-22重量％。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的鋼，其特征在于，所述鋼含有至少0.2重量％的Si。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的鋼，其特征在于，所述鋼的Al含量為0.5-1. 5重量％，特別是0. 5-1. 3重量％。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的鋼，其特征在于，所述鋼的Cr含量至少為1.7重量％，特別是至少I. 8重量％。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的鋼，其特征在于，所述鋼的Cr含量至多為2.5重量％，特別是至多2. 2重量％。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的鋼，其特征在于，所述鋼的N含量為0.0030-0. 0250 重量 ％。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的鋼，其特征在于，所述鋼的Ni含量為少于5重量％。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的鋼，其特征在于，所述鋼的Cu含量為少于3重量％。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的鋼，其特征在于，所述鋼的Ca含量至少為0.0015 重量 ％。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的鋼，其特征在于，所述鋼的抗拉強(qiáng)度至少為800MPao
13.由根據(jù)權(quán)利要求I至12所述的鋼制成的扁鋼制品。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的扁鋼制品，其特征在于，為保護(hù)表面不受腐蝕，以金屬保護(hù)層對(duì)所述扁鋼制品進(jìn)行涂層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的扁鋼制品，其特征在于，所述金屬保護(hù)層通過(guò)電鍍鋅、熱浸鍍鋅、再退火或者熱鍍鋅涂層、ZnNi涂層或者通過(guò)熱浸鍍鋁形成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度、可冷成型的鋼以及由這種鋼制成的扁鋼制品，該扁鋼制品在保證良好的強(qiáng)度、熱成型性和冷成型性的前提下，實(shí)現(xiàn)可焊接性和較小裂縫產(chǎn)生易發(fā)性的理想結(jié)合。為了達(dá)到該目的，根據(jù)本發(fā)明的鋼含有(重量%)C0.1-1.0%，Mn10-25%,Si最多0.5%，Al0.3-2%，Cr1.5-3.5%，S＜0.03%，P＜0.08%，N＜0.1%，Mo＜2%，B＜0.01%，Ni＜8%，Cu＜5%，Ca最多0.015%，“V、Nb”族中的至少一個(gè)元素，并且這些元素的含量為Nb0.01-0.5%，V0.01-0.5%，以及可選的Ti0.01-0.5%以及余量的鐵和不可避免的、由制備條件限定的雜質(zhì)。
文檔編號(hào)C22C38/06GK102985578SQ201180033228
公開日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2011年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月2日
發(fā)明者延斯-烏爾里克·貝克爾, 希納西·格克呂, 哈拉爾德·霍夫曼, 克里斯蒂安·霍克林, 馬蒂亞斯·舍爾默, 英戈·托馬斯 申請(qǐng)人:蒂森克虜伯鋼鐵歐洲股份公司