CN109154047A - 用于制造具有奥氏体基体的经回复的钢板的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生产具有预期机械特性的具有奥氏体基体的经回复的钢板的方法。

Description

用于制造具有奥氏体基体的经回复的钢板的方法

本发明涉及一种用于生产具有奥氏体基体的经回复的钢板的方法。本发明特别地适用于制造机动车辆。

为了节省车辆的重量，已知使用高强度钢用于制造机动车辆。例如，对于结构部件的制造，必须改善这样的钢的机械特性。然而，虽然钢的强度得到了提高，但高碳钢的延伸率降低，并且因此可成形性也会降低。为了克服这些问题，已经出现了经回复的钢板，特别是具有良好可成形性的孪晶诱发塑性钢(TWIP钢)。虽然产品显示出非常好的可成形性，但机械特性例如极限拉伸应力和屈服应力可能不够高而无法满足汽车应用。

为了在保持良好的可加工性的同时提高这些钢的强度，已知通过冷轧来诱发高密度的孪晶，然后通过回复处理去除位错但保留孪晶。

然而，通过应用这样的方法，存在不能获得预期的机械特性的风险。实际上，本领域的技术人员只能按照已知的方法，然后测量所获得的钢板的机械特性来看是否实现了期望的机械特性。不可能调整方法的条件来获得预期的机械特性。

因此，本发明的目的是通过提供一种用于制造表现出至少一种预期的机械特性的经回复的钢板的方法来解决上述缺点，这样的机械特性得到改善。另一个目的是提供一种具有这样改善的机械特性的经回复的钢板。

该目的通过提供根据权利要求1所述的用于制造TWIP钢板的方法来实现。该方法还可以包括权利要求2至20的特征。

另一个目的通过提供根据权利要求21所述的TWIP钢板来实现。

本发明的其他特征和优点将由本发明的以下详细描述而变得明显。

将定义以下术语：

-M：机械特性

-M_目标：机械特性的目标值，

-M_再结晶：再结晶退火之后的机械特性，

-M_冷轧：冷轧之后的机械特性，

-UTS：极限抗拉强度，

-TE：总延伸率，

-P：pareq值，

-P_目标：pareq的目标值，

-FWHM：X射线衍射光谱的半峰全宽，以及

-FWHM_目标：X射线衍射光谱的半峰全宽的目标值。

本发明涉及一种用于制造具有奥氏体基体的经回复的钢板的方法，所述钢板表现出等于或大于目标值M_目标的至少一种机械特性(M)，所述钢板的组成以重量计包含：

0.1％<C<1.2％，

13.0％≤Mn<25.0％，

S≤0.030％，

P≤0.080％，

N≤0.1％，

Si≤3.0％，

以及在完全任选的基础上，诸如以下的一种或更多种元素，

Nb≤0.5％，

B≤0.005％，

Cr≤1.0％，

Mo≤0.40％，

Ni≤1.0％，

Cu≤5.0％，

Ti≤0.5％，

V≤2.5％，

Al≤4.0％，

组成的剩余部分由铁和由开发产生的不可避免的杂质构成，

这种方法包括在于以下的步骤：

A.校准步骤，其中：

I.制备已经经历400℃至900℃的在40秒至60分钟期间的热处理的所述钢至少2个样品，所述热处理对应于Pareq值P，

II.对所述样品进行X射线衍射以获得包括主峰的光谱，测量所述主峰在半高处的宽度FWHM，

III.测量这样的样品的M，

IV.测量每个样品的回复或再结晶状态，

V.在其中样品从0回复到100％但没有再结晶的区域中绘制M作为FWMH的函数的曲线，

B.计算步骤，其中：

I.确定对应于M_目标的FWHM_目标的值，

II.确定进行用以达到这样的M_目标的热处理的pareq值P_目标，以及

III.选择对应于P_目标值的时间t_目标和温度T°_目标，

C.具有M_再结晶的再结晶钢板的提供步骤，

D.为了获得具有M_冷轧的钢板的冷轧步骤，以及

E.在温度T°_目标下在时间t_目标期间进行的退火步骤。

不希望受任何理论约束，看起来当应用根据本发明的方法时，可以获得退火步骤E)的工艺参数以获得具有预期改善的机械特性的经回复的钢板，特别是TWIP钢板。

关于钢的化学组成，C在显微组织的形成和机械特性方面起重要的作用。其增加了堆垛层错能并且促进了奥氏体相的稳定性。当与含量按重量计为13.0％至25％的Mn混合时，碳含量为0.5％或更高时获得这种稳定性。在存在钒碳化物的情况下，高Mn含量可以增加钒碳化物(VC)在奥氏体中的溶解度。然而，对大于1.2％的C含量，存在由于例如钒碳化物或碳氮化合物的过量析出而导致延性降低的风险。优选地，碳含量按重量计为0.4％至1.2％，更优选地0.5％至1.0％以获得足够的强度。

Mn也是用于提高强度、用于增加堆垛层错能和用于稳定奥氏体相的必要元素。如果其含量小于13.0％，则存在形成马氏体相的风险，这非常明显地降低了可变形性。此外，当锰含量大于25.0％时，孪晶的形成被抑制，因此，尽管强度增加，但室温下的延性降低。优选地，锰含量为15.0％至24.0％，并且更优选地17.0％至24.0％以优化堆垛层错能和防止在变形效应下形成马氏体。此外，当Mn含量大于24.0％时，通过孪晶的变形模式没有通过完全位错滑移的变形模式有利。

Al是对钢的脱氧特别有效的元素。与C一样，其增加了堆垛层错能，这降低了形成变形马氏体的风险，从而改善了延性和抗滞后断裂性。然而，如果Al在具有高Mn含量的钢中过量存在，则Al是一个缺点，因为Mn提高了氮在铁水中的溶解度。如果钢中存在过大量的Al，则与Al组合的N以铝氮化物(AlN)的形式析出，这在热转化期间阻碍了晶界的迁移并且非常明显地增加了在连铸中出现裂纹的风险。此外，如下所述，必须有足够量的N来形成细析出物，基本上是碳氮化物。优选地，Al含量小于或等于2％。当Al含量大于4.0％时，存在抑制形成孪晶而降低延性的风险。优选地，Al的量大于0.06％并且更优选地大于0.7％。

相应地，氮含量必须为0.1％或更小以在凝固期间防止AlN的析出和体积缺陷(气泡)的形成。此外，当存在能够以氮化物形式析出的元素(例如钒、铌、钛、铬、钼和硼)时，氮含量必须不超过0.1％。

根据本发明，V的量小于或等于2.5％，优选地为0.1％至1.0％。优选地，V形成析出物。优选地，这样的元素在钢中的体积分数为0.0001％至0.025％。优选地，钒元素大多数位于晶粒内的位置。有利地，钒元素的平均尺寸小于7nm，优选地为1nm至5nm并且更优选地0.2nm至4.0nm。

硅也是用于使钢脱氧和用于固相硬化的有效元素。然而，大于3％的含量，硅降低了延伸率并且在某些组装过程期间趋于形成不期望的氧化物，因此必须使其保持小于该限制。优选地，硅的含量小于或等于0.6％。

硫和磷是使晶界脆化的杂质。它们各自的含量必须不超过0.030％和0.080％以保持足够的热延性。

可以添加一些硼，最高至0.005％，优选地最高至0.001％。该元素在晶界处偏析并且增加了它们的内聚力。不希望受理论约束，认为这导致通过压制成形之后残余应力的减小，并且在由此成形的部件的应力下更好地抗腐蚀。该元素在奥氏体晶界处偏析并且增加了它们的内聚力。硼例如以硼碳化物和硼氮化物的形式析出。

镍可以任选地用于通过固溶硬化来提高钢的强度。然而，出于成本原因等，希望将镍含量限制为最大含量为1.0％或更小并且优选地低于0.3％。

同样地，任选地，添加含量不超过5％的铜是通过铜金属的析出硬化钢的一种方式。然而，大于该含量，铜是造成经热轧的板的表面缺陷出现的原因。优选地，铜的量小于2.0％。优选地，Cu的量大于0.1％。

钛和铌也是可以任选地用于通过形成析出物实现硬化和强化的元素。然而，当Nb或Ti含量大于0.50％时，存在过度析出可能导致韧性降低的风险，这必须避免。优选地，Ti的量按重量计为0.040％至0.50％或者按重量计0.030％至0.130％。优选地，钛含量按重量计为0.060％至0.40％并且例如0.060％至0.110％。优选地，Nb的量按重量计大于0.01％并且更优选地为0.070％至0.50％或者0.040％至0.220％。优选地，铌含量按重量计为0.090％至0.40％并且有利地为0.090％至0.200％。

铬和钼可以用作用于通过固溶硬化提高钢的强度的任选元素。然而，由于铬降低了堆垛层错能，所以其含量必须不超过1.0％并且优选地为0.070％至0.6％。优选地，铬含量为0.20％至0.5％。钼可以以0.40％或更小的量，优选地0.14％至0.40％的量添加。

此外，不希望受任何理论约束，看起来钒、钛、铌、铬和钼的析出物可以降低滞后开裂的敏感性，并且这样做不会降低延性和韧性特性。因此，优选地，选自呈碳化物、氮化物和碳氮化物形式的钛、铌、铬和钼中的至少一种元素存在于钢中。

根据本发明，所述方法包括校准步骤A.I)，其中制备已经经历400℃至900℃的在40秒至60分钟期间的热处理钢板的至少2个样品，所述样品，所述热处理对应于Pareq值P。在该步骤中，确定称为Pareq的参数以能够比较在不同温度下进行不同时间的不同热处理，其通过以下定义：

Pareq＝-0.67^＊log(∫-ΔH/RT)^＊dt)

其中ΔH：铁在铁中的扩散能(等于300kJ/mol)，T＝循环的温度，积分为在整个热处理时间上。热处理越热或越久，Pareq值越低。具有相同Pareq值的两种不同的热处理将在相同钢种上给出相同的结果。优选地，Pareq值大于14.2，更优选地14.2至25并且更优选地14.2至18。

然后在步骤A.II)期间，对样品进行X射线衍射以获得包括主峰的光谱，测量所述主峰的半峰全宽FWHM。X射线衍射是一种非破坏性分析技术，其提供关于结晶物质的内部晶格的详细信息，包括晶胞尺寸、键长、键角和位点排序(site-ordering)的细节。直接相关的是单晶精修，其中由X射线分析产生的数据被解释和精修以获得晶体结构。通常，X射线晶体学是用于识别这样的晶体结构的工具。根据本发明，钢板具有奥氏体基体，奥氏体基体具有面心立方体系。因此，优选地，测量半峰全宽FWHM的主峰对应于米勒指数[311]。实际上，认为该峰(为奥氏体体系的特征)是位错密度影响的最佳代表。

然后，在步骤A.III)期间，测量这样的样品的M。优选地，M是极限抗拉强度(UTS)、总延伸率(TE)或两者(UTS*TE)。

在步骤A.IV)期间测量每个样品的回复或再结晶状态之后。优选地，用扫描电子显微镜(SEM)和EBSD(电子背散射衍射)或透射电子显微镜(TEM)测量这样的状态。

然后，在步骤A.V)期间，在其中样品从0回复到100％但没有再结晶的区域中绘制M作为FWMH的函数的曲线。

根据本发明，实现计算步骤B)。计算包括步骤B.I)，其中确定对应于M_目标的FWHM_目标的值。优选地，FWHM_目标大于1.0°并且有利地为1.0°至1.5°。

在一个优选的实施方案中，其中M是UTS，利用下式实现FWHM的确定：

UTS_目标＝UTS_冷轧-(UTS_冷轧-UTS_再结晶)^＊(exp((-FWHM+2.3)/2.3)-1)⁴)

在这种情况下，优选地，UTS_目标大于或等于1430MPa并且更优选地为1430MPa至2000MPa。

在另一个优选的实施方案中，其中M是TE，利用下式实现计算步骤B.I)期间的FWHM的确定：

TE_目标＝TE_冷轧-(TE_再结晶-UTS_冷轧)^＊(exp((-FWHM+2.3)/2.3)-1)^2.5)

在这种情况下，优选地，TE_目标大于或等于15％并且更优选地为15％至30％。

在另一个优选的实施方案中，其中M是UTS*TE，利用下式实现计算步骤B.I)期间的FWHM的确定：

UTS_目标 ^＊TE_目标＝100000^＊(1-0.5FWHM)

在这种情况下，优选地，UTS_目标*TE_目标大于21000并且更优选地为21000至60000，TE_目标最大为30％。

然后，进行步骤B.II)，其中确定进行用以达到这样的M_目标的热处理的pareq值P_目标。优选地，P_目标大于14.2，更优选地14.2至25并且更优选地14.2至18。

之后，实现在于选择对应于P_目标值的时间t_目标和温度T°_目标的步骤B.III)。优选地，T°_目标为400℃至900℃，t_目标为40秒至60分钟。

然后，根据本发明的方法包括具有M_再结晶的再结晶钢板的提供步骤。实际上，优选地，在700℃至900℃的温度下进行的再结晶退火后钢板发生再结晶。例如，再结晶在10秒至500秒，优选地60秒至180秒期间实现。

在一个优选的实施方案中，当M是UTS时，UTS_再结晶大于800MPa，优选地为800MPa至1400MPa并且更优选地1000MPa至1400MPa。

在另一个优选的实施方案中，当M是TE时，TE_再结晶大于20％，优选地大于30％并且更优选地为30％至70％。

在另一个优选的实施方案中，当M是TE*UTS时，TE_再结晶*UTS_再结晶大于16000，更优选地大于24000并且有利地为24000至98000。

然后，实现冷轧步骤D)以获得具有M_冷轧的钢板。优选地，压下率为1％至50％，优选地1％至25％或者26％至50％。其允许钢厚度降低。此外，根据上述方法制造的钢板可以经由通过经历该轧制步骤的应***化而具有提高的强度。此外，该步骤诱发高密度的孪晶，从而改善钢板的机械特性。

在一个优选的实施方案中，当M是UTS时，UTS_冷轧大于1000，优选地大于1200MPa并且有利地大于1400MPa。

在另一个优选的实施方案中，当M是TE时，TE_冷轧大于2％，更优选地为2％至50％。

在另一个优选的实施方案中，当M是TE*UTS时，TE_冷轧*UTS_冷轧大于2000，优选地2400并且更优选地为2400至70000。

然后，在时间t_目标期间在温度T°_目标下进行退火步骤E)。

在第二冷轧之后，可以进行热浸涂步骤G)。优选地，步骤G)利用基于铝的浴或基于锌的浴来实现。

在一个优选的实施方案中，利用包含以下成分的基于铝的浴进行热浸镀步骤：小于15％的Si、小于5.0％的Fe、任选地0.1％至8.0％的Mg和任选地0.1％至30.0％的Zn，剩余部分为Al。

在另一个优选的实施方案中，用包含以下成分的基于锌的浴进行热浸镀步骤：0.01％至8.0％的Al、任选地0.2％至8.0％的Mg，剩余部分为Zn。

熔浴还可以包含来自提供锭或来自钢板在熔浴中的通过的不可避免的杂质和残余元素。例如，任选的杂质选自Sr、Sb、Pb、Ti、Ca、Mn、Sn、La、Ce、Cr、Zr或Bi，每种另外的元素的按重量计的含量低于0.3重量％。来自提供锭或来自钢板在熔浴中的通过的残余元素可以为含量最高至5.0重量％，优选3.0重量％的铁。

例如，可以在涂层沉积之后进行退火步骤以获得经镀锌扩散退火的钢板。

因此，通过应用根据本发明的方法获得具有至少一种预期和改善的机械特性的具有奥氏体基体的经回复的钢板。

实施例

在该实施例中，使用具有以下重量组成的钢板：

C(％)	Mn(％)	Si(％)	P(％)	Al(％)	Cu(％)	Mo(％)	V(％)	N(％)	Nb(％)	Cr(％)	Ni(％)
												0.583	21.9	0.226	0.03	0	0.031	0.01	0.206	0.0148	0	0.183	0.06

在该实施例中，经回复的钢板的机械特性的目标值M_目标为1512MPa的UTS_目标。由于校准步骤A，确定对应于UTS_目标的FWHM_目标的值，FWHM_目标为1.096。确定进行用以达到UTS_目标的热处理的P_目标，其为14.39。然后，选择的时间t_目标为40秒并且选择的温度T°_目标为650℃。

因此，首先，将试验1和2在1200℃的温度下加热和热轧。将热轧的完工温度设定为890℃并且在热轧之后在400℃下进行卷取。然后，第一冷轧以50％的冷轧压下率来实现。此后，在180秒期间在825℃下进行再结晶退火。所获得的UTS_再结晶的值为980MPa。随后，第二冷轧以30％的冷轧压下率来实现。所获得的UTS_冷轧的值为1540MPa。

然后，根据本发明在40秒期间在650℃下对试验1进行退火。在该退火之后，对试验1进行回复。试验1的UTS为1512.5MPa。

在90秒期间在650℃下对试验2进行退火，即不考虑通过根据本发明的方法确定的t_目标和T°_目标。在该退火之后，将试验2再结晶。试验2的UTS为1415.15MPa。试验品2的FMHM为0.989并且P为14.12，即在本发明的范围之外。

结果表明，当应用根据本发明的方法时，可以获得具有预期机械特性的经回复的钢板。

Claims (21)

1.一种用于制造具有奥氏体基体的经回复的钢板的方法，所述钢板表现出等于或大于目标值M_目标的至少一种机械特性(M)，所述钢板的组成以重量计包含：

0.1％<C<1.2％，

13.0％≤Mn<25.0％，

S≤0.030％，

P≤0.080％，

N≤0.1％，

Si≤3.0％，

以及在完全任选的基础上，诸如以下的一种或更多种元素

Nb≤0.5％，

B≤0.005％，

Cr≤1.0％，

Mo≤0.40％，

Ni≤1.0％，

Cu≤5.0％，

Ti≤0.5％，

V≤2.5％，

Al≤4.0％，

所述组成的剩余部分由铁和由开发产生的不可避免的杂质构成，

这样的方法包括在于以下的步骤：

A.校准步骤，其中：

I.制备已经经历400℃至900℃的在40秒至60分钟期间的热处理的所述钢的至少2个样品，所述热处理对应于Pareq值P，

II.对所述样品进行X射线衍射以获得包括主峰的光谱，测量所述主峰在半高处的宽度FWHM，

III.测量这样的样品的M，

IV.测量每个样品的回复或再结晶状态，

V.在其中所述样品从0回复到100％但没有再结晶的区域中绘制M作为FWMH的函数的曲线，

B.计算步骤，其中：

I.确定对应于所述M_目标的FWHM_目标的值，

II.确定进行用以达到这样的M_目标的所述热处理的所述pareq值P_目标，以及

III.选择对应于所述P_目标值的时间t_目标和温度T°_目标，

C.具有M_再结晶的再结晶钢板的提供步骤，

D.为了获得具有M_冷轧的钢板的冷轧步骤，以及

E.在温度T°_目标下在时间t_目标期间进行的退火步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在700℃至900℃实现再结晶退火后所述钢板发生再结晶。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述冷轧以1％至50％的压下率实现。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中在所述校准步骤A.II)期间，其半高处的宽度FWHM被测量的主峰对应于米勒指数[311]。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中M是极限抗拉强度(UTS)、总延伸率(TE)或两者(UTS*TE)。

6.根据权利要求5所述的方法，其中当M是UTS时，利用下式实现计算步骤B.I)期间的FWHM的确定：

UTS_目标＝UTS_冷扎-(UTS_冷轧-UTS_再结晶)＊(exp((-FWHM+2.3)/2.3)-1)⁴)。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其中当所述M是UTS时，所述UTS_目标大于或等于1430MPa。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述UTS_目标为1430MPa至2000MPa。

9.根据权利要求5所述的方法，其中当M是TE时，利用下式实现计算步骤B.I)期间的FWHM的确定：

TE_目标＝TE_冷扎-(TE_再结晶-UTS_冷扎)＊(exp((-FWHM+2.3)/2.3)-1)^2.5)。

10.根据权利要求5或9中任一项所述的方法，其中当M是TE时，TE_目标大于或等于15％。

11.根据权利要求10所述的方法，其中TE_目标为15％至30％。

12.根据权利要求5所述的方法，其中当M是TE*UTS时，利用下式实现计算步骤B.I)期间的FWHM的确定：

UTS_目标＊TE_目标＝100000＊(1-0.5FWHM)。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中当M是TE*UTS时，UTS_目标*TE_目标大于21000，TE_目标最大为30％。

14.根据权利要求13所述的方法，其中UTS_目标*TE_目标为21000至60000，TE_目标最大为30％。

15.根据权利要求1至14中任一项所述的方法，其中FWHM_目标大于或等于1.0°。

16.根据权利要求15所述的方法，其中FWHM_目标为1.0°至1.5°。

17.根据权利要求1至16中任一项所述的方法，其中P_目标大于14.2。

18.根据权利要求17所述的方法，其中P_目标为14.2至25。

19.根据权利要求18所述的方法，其中P_目标为14.2至18。

20.根据权利要求19所述的方法，其中T°_目标为400℃至900℃，t_目标为40秒至60分钟。

21.一种能够由根据权利要求1至20中任一项所述的方法获得的具有奥氏体基体的经回复的TWIP钢板。