冷轧扁钢产品及其制造方法

冷轧扁钢产品及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种冷轧扁钢产品，该扁钢产品有高的强度值，还具有由高断裂延伸率和良好的扩孔率λM来表明的变形性。该扁钢产品由组成如下的钢材制成(重量％)：C：0.12-0.19％，Mn:1.5-2.5％,Si:＞0.60-1.0％,Al:≤0.1％,Cr:0.2-0.6％,Ti:0.05-0.15％和铁以及生产条件决定不能够避免的杂质作为剩余部分，组织结构不含珠光体和贝氏体，包括4-20体积％马氏体，2-15体积％奥氏体和剩余铁素体，断裂伸长率A80至少15％，抗拉强度Rm至少880MPa,屈服强度ReL至少550MPa以及扩孔率λM大于6％。本发明还涉及一种以简单方式制造本发明扁钢产品的方法。
【专利说明】冷轧扁钢产品及其制造方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种冷轧扁钢产品及其制造方法。
[0002] 在这里所提到的"扁钢产品"是指钢带、钢板或由它们制得的板材毛坯。

【背景技术】
[0003] 近些年来，汽车工业推进了减重汽车的发展，减重汽车满足了对于在最佳的乘客 安全性的同时最小化燃料使用，高舒适性和负载能力的现代化要求。
[0004] 特别是，扁钢产品根据其机械特性，特别是高强度和良好的变形性及其可控制的 生产和加工，理想地适用于汽车车身制造。为了减轻重量必须减小汽车中使用的扁钢产品 的板材厚度。针对这一目的发展出了具有更高强度，同时还具有良好的变形性并且由此特 别适用于汽车制造中轻型结构的钢材。现代的多相钢，像是复杂相钢，双相钢和形变诱发塑 性（TRIP)钢都算作这一类钢材产品。
[0005] EP2 028 282 Al中已知一种双相钢，该双相钢除了具有至少950MPa的强度和良 好的变形性以外，还具有表面特性，在使用简单的生产方法下，该表面特性可以允许由该 钢材制得的扁钢产品在未镀层或者设置有防腐蚀保护涂层的状态下变形为形状复杂的零 件，如汽车车身制造的一部分。根据现有技术这可以这样实现，已知双相钢20-70%由马 氏体组成，最多8%由残余奥氏体组成并且铁素体和/或贝氏体作为剩余部分。其中，该 已知钢材具有（重量％ ) :C:0. 10-0.20%，Si:0. 10-0.60%，Mn: 1.50-2. 50%，Cr:0. 20-0 .80% , Ti :0. 02-0. 08%, B ：< 0.0020%, Mo: < 0.25% ,Al: < 0. 10% ,P: < 0. 2% ,S: < 0. 01%，N: < 0. 012%和铁以及生产条件决定不能够避免的杂质作为剩余。由这样的钢 材制得的扁钢产品能够作为热轧钢带或冷轧钢带使用。已知钢材中的Si通过硬化铁素体 以及贝氏体用作增加硬度。为了能够利用这一作用，Si的最小含量设置在0. 10重量％。但 是同时Si含量限制在0. 6重量％以内，其中特别优选更低的Si含量上限，为了最小化晶界 氧化的危险。
[0006] 对于用于汽车车身制造的扁钢产品，除了适应于大体积以及大面积变形成为零 件，在局部有限变形的特性也很重要。如果在扁钢产品以及由此形成的扁坯或者由这样的 扁坯形成的零件上形成开口、法兰、插槽、凸起或者其他类似的结构，就会出现这一类变形。
[0007] 在 Woestmann, S.，K0hler，T, Schott, M.的文章"高强度钢形成（Forming High-Strength Steels)"，SAE 技术文章 （SAE Technical Paper) 2009-01-0802, 2009, doi: 10. 4271/2009-01-0802中，按照Marciniak所谓的扩孔率λ M建议作为在这类的变形中扁 平材特性的标准，借此可以评价在按照以上提及的方式的变形时材料边缘开裂的敏感度。 按照Marciniak的研究，在一个矩形的扁述上，其横向于乳制方向长220mm在乳制方向上长 200mm，在中心用冲头冲压形成直径的冲孔。在此冲裁间隙为8%到14%的板厚。 扁坯这样在检测工具中张紧来检测，冲孔的切割水平位于底面。压紧力最大为400kN。在工 具下方，直径为IOOmm的圆形冲头朝样品移动并且扁坯向上凸起直至破坏冲孔边缘。记录 冲孔边缘出现第一道裂缝时达到的最大孔径d M并且确定比值(IciMm作为扩孔率λ M，以" ％" 表不。


【发明内容】

[0008] 以前述现有技术为基础，本发明的目的在于，给出一种能够用简单手段制造的扁 钢产品，该扁钢产品尽管有高的强度值，但还具有由高断裂延伸率和良好的扩孔率λ M所表 明的理想的变形性。另外，还给出了一种可以实现以简单方式制造这一类扁钢产品的方法。
[0009] 针对扁钢产品，根据本发明这类具有权利要求1所给出的特征的扁钢产品实现了 该目的。
[0010] 针对方法，根据本发明的、上述目的的实现方案在于，在制造按照本发明的冷轧扁 钢产品时执行按照权利要求4给出的操作步骤。
[0011] 按照本发明的扁钢产品由具有以下组成（重量％ )的钢材制造：
[0012] C ：0. 12-0. 19%,
[0013] Mn: 1.5-2. 5%,
[0014] Si: >0. 60-1. 0% ,
[0015] Al: ^ 0. 1% ,
[0016] Cr:0. 2-0. 6% ,
[0017] Ti:0. 05-0. 15%,
[0018] 和铁以及生产条件决定不能够避免的杂质作为剩余部分。在此视为涉及的不能够 避免的杂质（重量％ )为不超过〇. 1%的Mo,不超过0.03 %的Nb,不超过0.03 %的V，不 超过0.0008 %的B,不超过0.01%的S,不超过0.1%的P,不超过0.01%的N。
[0019] 同时，按照本发明的扁钢产品在冷轧状态具有：
[0020] -无珠光体和贝氏体的组织结构，包括4-20体积％，特别是至少6体积％的马氏 体，2-15体积％的残余奥氏体，剩余铁素体，
[0021] -至少为15%的断裂伸长率A80，
[0022] -至少为880MPa的抗拉强度Rm,
[0023] -至少为550MPa的屈服强度ReL和
[0024] -大于6 %的扩孔率λ M。
[0025] 按照本发明的扁钢产品的组织结构的特征在于具有2-15体积％，特别是至少5体 积％，更优地大于8体积％的残余奥氏体。同时，按照本发明钢材的组织结构在技术意义上 来说不具有贝氏体和珠光体。即，按照本发明的扁钢产品的组织结构在冷轧状态下贝氏体 和珠光体最多以微量存在，对按照本发明的扁钢产品的技术特性没有影响。在按照本发明 的扁钢产品的组织结构中有作用的贝氏体或者珠光体部分的出现会导致其断裂延伸率和 由此进一步导致变形性，特别是良好的目标扩孔特性变差。但是通过按照本发明设置的残 余奥氏体的含量可达到按照本发明的扁钢产品所具有的要求至少为15%的断裂伸长率。
[0026] 按照本发明的冷轧扁钢产品具有与传统的现代多相钢明显的区别。与按照本发明 的扁钢产品相比，在更低的、作为抗拉强度R m和断裂伸长率A80的结果计算的"性能"下，多 相钢通常具有更高的屈强比。这归因于已知钢材高的屈强比和更小的延伸率。
[0027] 按照本发明的扁钢产品的变形性能近似于双相钢。但在组织结构中可以发现很大 区别。双相钢不具有奥氏体或仅有微量的残余奥氏体成分，而按照本发明的扁钢产品具有 不超过15%的残余奥氏体组成部分。
[0028] 与按照本发明的扁钢产品相反，形变诱发塑性（TRIP)钢基本上具有更高的断裂 伸长率。由此，通常显示出为20000MPaX%或者更高的（R mXA80)性能。但是，为了通过充 分稳定残余奥氏体来实现形变诱发塑性（TRIP)效应并另外达到相应的强度，形变诱发塑 性（TRIP)钢必须合金有更高含量的碳、硅和/或铝。但是这样的合金设计导致焊接适应性 明显的比按照本发明的扁钢产品差，在按照本发明的扁钢产品中通过优化调整合金元素的 含量，特别是Si含量，一方面实现了高强度另一方面实现了良好的焊接适应性。
[0029] 在按照本发明的扁钢产品中，按照Marciniak测定的扩孔率λ M为至少6%，对此 通常可以达到7%或者更高的扩孔率λ Μ。
[0030] 按照本发明的扁钢产品在最小抗拉强度RmS 880MPa的同时具有至少为15 %的高 断裂伸长率并且由此进一步获得通常至少为HOOOMPaX %的良好的（RmXASO)性质。按照 本发明的扁钢产品的抗拉强度Rm典型地处于880-1150MPa范围内。
[0031] 按照本发明的扁钢产品的屈服强度至少为550MPa，其中通常可达到580Mpa或者 更高的屈服强度。按照本发明的扁钢产品的屈服强度典型地处于580-720MPa范围内。因 此，按照本发明的扁钢产品的屈服强度比（ReL/R m)同样通常为0.55-0. 75。
[0032] 按照本发明的扁钢产品的断裂伸长率A80至少为15%，其中通常断裂伸长率A80 可达到最闻25 。
[0033] 按照本发明的扁钢产品经按照DIN EN 50100的疲劳强度测定可得出通常高于4 的k值。
[0034] 为了引起由间隙混晶形成和在形成渗碳体（Fe3C)下的析出硬化造成的强度提高， 按照本发明的扁钢产品中有〇. 12-0. 19重量％的碳。为了达到预期的强度，碳含量至少为 0. 12重量％是必需的。为了在实际中满足对按照本发明类型的扁钢产品的焊接适应性的要 求，碳含量最大不应超过〇. 19重量％。
[0035] 按照本发明的扁钢产品中锰的含量为1. 5-2. 5重量％。通过加入锰可以提高屈服 强度和抗拉强度。因此，在按照本发明的扁钢产品中通过存在最少1.5重量％的锰可以实 现最小为880MPa的抗拉强度^和最小为550MPa，特别是最小580MPa的屈服强度ReL。在 按照本发明的钢材中，Mn含量不应超过2. 5重量％，因为在更高的Mn含量下锰偏析出现的 危险升高，锰偏析会对材料特性产生不利作用。
[0036] 在按照本发明的扁钢产品中硅的含量> 0. 60-1. 0重量％，这对于组织结构的形 成有特别的意义。Si含量大于0. 6重量％可抑制珠光体的形成，这实现了奥氏体中碳的富 集并且由此进一步增加了残余奥氏体的稳定性。残余奥氏体在成型过程中向马氏体转化， 由此实现额外的硬化。另外，通过硅和铁组成混晶可以提高钢材强度。如果Si含量至少为 0. 65重量％，特别是至少0. 7重量％，那么可以特别可靠地利用硅在按照本发明的扁钢产 品中的存在所带来的积极影响。为了避免在热轧时不利的轧屑形成，Si含量同时限制最高 为I. 0重量％，其中如果Si含量限制为最高0. 95重量％，随之特别地限制了这类轧屑的形 成。
[0037] 组成按照本发明的扁钢产品的钢材是铝镇静的。因此，按照本发明的扁钢产品通 常含有大于〇. 01重量％并不超过〇. 1重量％的铝。
[0038] 铬在按照本发明的扁钢产品中的含量为0. 2-0. 6重量％。铬在按照本发明的扁钢 产品中造成强度提高。此外，在生产按照本发明的扁钢产品过程中进行的钢材热加工中Cr 的出现减慢了贝氏体的形成。为了达到必要的强度，铬含量为0.2重量％是必需的。铬含 量限制为0.6重量％，因为试验已显示，过高的铬含量会对延伸率并且由此进一步对按照 本发明的扁钢产品的（R mXASO)性质产生不利的作用。
[0039] 钛作为微量合金兀素在按照本发明的扁钢产品中含量为0. 05-0. 15重量％。钢材 由于Ti的存在具有超精细的Ti (C，N)沉淀，该沉淀可促进强度提高和晶粒细化。按照ASTM 的组织结构的晶粒大小小于或者等于15,即小于或者等于1. 9 μ m。为了形成预期的沉淀， Ti含量至少为0. 05重量％是所必需的，其中当钢材中Ti含量至少为0. 07重量％，特别是 至少为0.09重量％时，随之可以确保Ti的积极作用出现。Ti含量从0. 15重量％开始，Ti 的作用不会进一步改善。
[0040] 按照本发明的扁钢产品基于其特性适用于要求更高的变形程度和高强度组合的 应用。对于该类应用典型的例子为，与撞击相关的部件如纵梁以及在运转过程中持续负载 的底盘部分。
[0041] 按照本发明生产本发明的冷轧扁钢产品的方法包括以下的操作步骤：
[0042]-钢水浇铸成为涉及扁坯或者薄扁坯的初级产品，该钢水组成为（重 量 ％ )C :0.12-0. 19 %，Mn: 1.5-2. 5 % ,Si: >0.60-1.0 %，Al:彡 0.1 % ,Cr: 0. 2-0. 6%，Ti :0. 05-0. 15%以及铁和生产条件决定的不能够避免的杂质作为剩余部分。
[0043] -初级产品完全加热至1100-1300°C的奥氏体化温度，其中该完全加热可以包括 一个由更低温度开始的加热或者可以作为在各自扁坯或者薄扁坯产生后已有的热量下的 保持来完成。考虑到初级产品的几何形状和加热设备可用的有效功率，该完全加热这样进 行，该初级产品的组织结构在该加热结束时完全为奥氏体。
[0044] -在奥氏体化温度下已完全加热的初级产品随后热轧成为典型的厚度为 1. 8-4. 7mm的热轧钢带。在包括多个，通常为五到七个轧机机架的热轧步骤中，温度控制根 据在加热步骤的前两个轧机机架中没有重结晶出现来选择。针对这一目的，本发明设置热 轧终止温度为850-960°C。
[0045] -从热轧步骤的最后一个轧机机架出来的热轧钢带随后由空气、水或者空气和水 组合冷却至500-650°C的盘绕温度并且在该温度下盘绕。当盘绕温度在500°C以下，在随后 的冷轧过程中变形阻力过高。当盘绕温度超过650°C，存在出现损害变形性的晶界氧化的危 险。
[0046] -热轧钢带为改善其表面特性可选择性地酸洗，如果基于质量要求对此存在必要 性。
[0047] -得到的热轧钢带现冷轧为具有典型的0. 6-2. 5_厚度的冷轧扁钢产品。在此，冷 轧中达到的冷轧率至少为30%，由此总的来说重结晶是可能的。为了不使轧制力升高至过 高，冷轧率不应超过75%。
[0048] -该冷轧扁钢产品随后进行完全退火。其中，扁钢产品首先加热至750-900°C的退 火温度并且在该退火温度保持至少80s，特别是80-300S。最小为750°C的退火温度和最短 为80s的保持时间是必要的，以此可以实现充分的奥氏体化。退火温度超过900°C可能会 过度促进奥氏体形成。这会导致最终产品中的组织结构组分改变，由此不再保证所要求为 880Mpa的强度。
[0049] -退火后分两个阶段冷却该扁钢产品。
[0050] 在第一冷却阶段，扁钢产品以8-100K/S的冷却速度冷却至450-550°C的过渡温 度。为了避免形成珠光体和贝氏体但是产生足够多的铁素体，在此需要最小为8K/s的冷却 速度。另外，在450°C到550°C的温度范围内发生含有碳素的奥氏体的第一次富集。
[0051] 随后，在第二冷却阶段，扁钢产品以至少2K/s的冷却速度由过渡温度冷却至 350-450°C。以此可以实现最大为20%的马氏体含量的部分，从而保证了按照本发明扁钢产 品为880Mpa的最小抗拉强度Rm。
[0052] -在达到二阶冷却的最终温度之后，对扁钢产品进行过时效处理。在210-710s的 过时效处理持续时间后最终温度为100-400°C。在该过时效处理进行时钢带中的扩散过程 完全或者部分地稳化了残余奥氏体，从而提高为了后续在扁钢产品上进行变形的、扁钢产 品的延展性。另外，在成型过程中通过稳化的残余奥氏体转化为马氏体而提高抗拉强度。
[0053] -在冷轧扁钢产品的最后一步进行的热处理中，扁钢产品被冷却至室温。在此，未 稳化的残余奥氏体可以继续产生可以进一步提高扁钢产品强度的马氏体。
[0054] -继而以平整度为0.2%到2.0%精轧钢带。为了调整平直和表面质量，平整度 0. 2%是必需的。平整度不应该超过2%，否则的话断裂伸长率会剧烈降低。
[0055] -扁钢产品随后可选择性地设置金属保护层，由此例如保证对各种使用目的都足 够的耐腐蚀保护。
[0056] 二阶冷却的第一冷却阶段可以通过能够保证充分的冷却速度的合适介质进行。对 此，在实际中使用冷却设备。因此，冷却可以在流动的空气中完成。但借助在扁钢产品上喷 洒水进行冷却也是能够考虑的。
[0057] 二阶冷却的第二冷却阶段可以按照本发明的实用设计通过扁钢产品与冷却辊子 直接接触完成。二阶冷却的第二冷却阶段中，可选择性地或者补充地通过流动气流冷却扁 钢产品。
[0058] 过时效处理例如可以以扁钢产品经过相对周围环境被屏蔽的空间的方式来完成。 其中，扁钢产品的温度调整为100-400°C。由扁钢产品进入过时效处理的温度开始，该温度 调整可以作为加热、冷却或者保持进行。
[0059] 扁钢产品的金属保护层可以有效地通过电解镀层完成。

【专利附图】

【附图说明】
[0060] 以下借助实施例进一步说明本发明。
[0061] 附图示出了在一段时间内对按照本发明的退火典型的温度跨度曲线图。

【具体实施方式】
[0062] 七种钢水1-7,其组成在表Ia中示出，浇铸成为扁坯，其中钢水1-5是按照本发明 的，钢水6和7由于其处于本发明的规定值之外的Si以及Cr含量因而不是按照本发明的。
[0063] 随后，扁钢在1100-1300°C的奥氏体化温度完全加热，从而在进入后续进行的热轧 步骤时扁坯具有完全奥氏体的组织结构。
[0064] 扁坯在表Ib中给出的热轧终止温度WET下热轧为厚度dKWl. 8-4. 6mm的热轧钢 带，随后在空气中冷却至同样在表Ib中给出的各个盘绕温度HT并且在各自达到的盘绕温 度HT下盘绕。随后，可选择性地酸洗，为了在冷轧前祛除在热轧钢带上的轧屑并且在后续 的冷轧中实现最佳的表面特性。
[0065] 各个热轧钢带接着冷轧成为冷轧扁钢产品，该冷轧扁钢产品具有同样地分别在表 Ib中给出的冷轧度KWG而实现的厚度dKW。
[0066] 随后，这样冷轧得到的扁钢产品的样品进行不同的热处理A-J，其中在该过程中样 品加热至各自的退火温度GT，然后在退火温度GT下保持经过退火持续时间tG，随后进入第 一冷却阶段以冷却速率rl冷却至第一目标温度ZTl并且连续地继续进入第二冷却阶段以 第二冷却速率r2冷却至第二目标温度ZT2。
[0067] 在第二冷却阶段之后，所获得的冷轧扁钢产品的各个样品在相对于周围环境屏蔽 的空间中进行过时效处理，样品在处理结束时为400-100°C的过时效处理温度TUeA下经过 250-710S的过时效持续时间tUeA。在热处理A-J中分别设定的参数GT，tG，rl，ZT1，r2, ZT2 和tUeA记录在表2中。
[0068] 在冷却至室温RT之后，以如表Ib中示出的精轧度D°精轧扁钢产品样品。
[0069] 这样得到的扁钢产品样品的特性总结在表3中。
[0070] 可看出，由非按照本发明的钢水6和7产生的扁钢产品样品，如果进行按照本发 明标准的热处理，其抗拉强度Rm以及屈服极限ReL没有达到按照本发明预设的最低限度 880Mpa以及550Mpa，特别是580Mpa。而相反的，按照本发明组成并且热处理后的扁钢产品 样品通常都超过了限度值。
[0071]

【权利要求】
1. 一种冷社扁钢产品，所述冷社扁钢产品 -由一种钢材制得，所述钢材由W下所组成（重量％) C ：0. 12-0. 19%, Mn:l. 5-2. 5%， Si: >0. 60-1. 0% , Al:《0. 1%， Cr:0. 2-0. 6%， Ti:0. 05-0. 15% 和铁W及生产条件所决定不能够避免的杂质作为剩余，并且所述钢材具有 -不含珠光体和贝氏体的组织结构，包括4-20体积％的马氏体，2-15体积％的残余奧 氏体，剩余铁素体， -至少为15%的断裂伸长率A80， -至少为880MPa的抗拉强度Rm, -至少为550MPa的屈服强度ReL和 -大于6 %的扩孔率入M。
2. 根据权利要求1所述的冷社扁钢产品，其特征在于，所述冷社扁钢产品的Si含量至 少为0.65重量％。
3. 根据上述权利要求任意一项所述的冷社扁钢产品，其特征在于，所述冷社扁钢产品 的Ti含量至少为0. 07重量％。
4. 一种制造根据权利要求1至3中任意一项所述的冷社扁钢产品的方法，所述方法包 括W下操作步骤： -钢水德铸成为涉及扁逐或者薄扁逐的初级产品，所述钢水组成为（重量％ ) C ：0. 12-0. 19%, Mn: 1. 5-2. 5% , Si ;> 0. 60-1. 0%， Al:《0. 1%， Cr ;0. 2-0. 6%， Ti:0. 05-0. 15% W及铁和生产条件决定的不能够避免的杂质作为剩余， -初级产品完全加热至1100-130(TC的奧氏体化温度， -已完全加热的初级产品热社成为热社钢带，其中热社终止温度为850-960。 -热社钢带冷却至500-65(TC的盘绕温度， -盘绕冷却至盘绕温度的热社钢带， -选择性地酸洗热社钢带， -热社钢带冷社为冷社扁钢产品，其中，冷社中达到的冷社率至少为30%， -完全退火冷社扁钢广品，其中，扁钢广品在完全退火中 -加热至750-90(TC的退火温度并且在所述退火温度保持80-300S， -退火后分两个阶段冷却所述扁钢产品，其中扁钢产品 -在第一冷却阶段W 8-lOOK/s的冷却速度冷却至450-55(TC的过渡温度并且 -在第二冷却阶段W 2-lOOK/s的冷却速度由过渡温度冷却至350-45(TC， -过时效处理扁钢产品经过210-710S的过时效处理持续时间，其中在过时效处理结束 时温度为100-400°C， -扁钢产品冷却至室温， -W 0. 2-2 %的精社度精社扁钢产品， -扁钢产品可选择性地锻有金属保护层。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述二阶冷却的第一冷却阶段在流动的 空气中完成。
6. 根据权利要求4至5中任意一项所述的方法，其特征在于，所述扁钢产品至少在二阶 冷却的第二冷却阶段通过与冷却银子接触冷却。
7. 根据权利要求4至6中任意一项所述的方法，其特征在于，所述扁钢产品在二阶冷却 的第二冷却阶段通过流动的气流冷却。
8. 根据权利要求4至7中任意一项所述的方法，其特征在于，所述扁钢产品在过时效处 理时经过相对于外界环境封闭的空间，在所述空间中扁钢产品的温度由最高为45CTC的进 入温度在结束时成为100-40(TC。
9. 根据权利要求4至8中任意一项所述的方法，其特征在于，所述扁钢产品的金属保护 层通过电解锻层完成。
【文档编号】C22C38/14GK104471096SQ201380036484
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年7月10日 优先权日:2012年7月10日
【发明者】罗兰·泽巴尔德, 多罗特娅·马蒂森, 西格伦·埃贝斯特, 斯特凡·福尔纳 申请人:蒂森克虏伯钢铁欧洲股份公司