CN109154052A - 经冷轧和退火的钢板、其制造方法以及这样的钢用以制造车辆部件的用途 - Google Patents

经冷轧和退火的钢板、其制造方法以及这样的钢用以制造车辆部件的用途 Download PDF

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Abstract

本发明涉及经冷轧和退火的钢板，所述钢板按重量计包含：0.6≤C≤1.3％，15.0≤Mn≤35％，5≤AI≤15％，Si≤2.40％，S≤0.03％，P≤0.1％，N≤0.1％，可能的选自各自量为最高至4.0％、最高至3.0％和最高至3.0％的Ni、Cr和Cu中的一种或更多种任选的元素，以及可能的累积量为最高至2.0％的选自B、Ta、Zr、Nb、V、Ti、Mo和W中的一种或更多种元素，组成的剩余部分由铁和由加工产生的不可避免的杂质构成；所述板的显微组织包含任选的最高至3％的卡帕碳化物、任选的最高至10.0％的粒状铁素体，剩余部分由奥氏体形成，所述奥氏体的平均粒度和平均纵横比分别为低于6pm和1.5至6，以及当存在时所述铁素体的平均粒度和平均纵横比分别为低于5pm和低于3.0。本发明还涉及制造方法和这样的钢种用于制造车辆部件的用途。

Description

经冷轧和退火的钢板、其制造方法以及这样的钢用以制造车 辆部件的用途
本发明涉及低密度钢板，所述低密度钢板呈现出主要包含奥氏体的显微组织。根据本发明的钢板特别适用于制造车辆(例如陆用机动车辆)的***件或结构部件。
环境限制迫使汽车制造商不断减少其车辆的CO2排放。为此，汽车制造商有几种选择，其中他们的主要选择是减轻车辆的重量或提高其引擎***的效率。通过这两种方法的组合经常实现进步。本发明涉及第一种选择，即减轻机动车辆的重量。在该非常特定的领域中，存在双路线选择：
第一路线包括减小钢的厚度同时提高其机械强度水平。遗憾地，该解决方案具有它的局限，原因是：某些机动车部件的刚度过度降低以及出现对乘客而言产生不舒适条件的声学问题，更不用说与机械强度增加相关的延性的不可避免的损失。
第二路线包括通过使钢与其他较轻的金属合金化来降低钢的密度。在这些合金中，低密度合金具有引人注目的机械特性和物理特性，同时使得可以显著减轻重量。
特别地，US 2003/0145911公开了具有良好可成形性和高强度的Fe-Al-Mn-Si轻钢。然而，这样的钢的极限抗拉强度不超过800MPa，这不允许充分利用其低密度以用于所有种类的几何形状的部件。
因此，本发明的目的是提供这样的钢板：其呈现出低于7.4的密度、至少900MPa的极限抗拉强度、至少700MPa的屈服强度、以及至少28％的均匀延伸率。
在一个优选的实施方案中，根据本发明的钢板呈现出低于7.2的密度、至少1000MPa的极限抗拉强度、至少800MPa的屈服强度、以及至少30％的均匀延伸率。
该目的通过提供根据权利要求1的钢板来实现。钢板还可以包含权利要求2至7的特征。另一目的通过提供根据权利要求8至11的方法来实现。另一方面通过提供根据权利要求12至14的部件或车辆来实现。
本发明的其他特征和优点将由本发明的以下详细描述变得明显。
不希望受任何理论约束，看起来根据本发明的低密度钢板由于该特定的显微组织而使机械特性得以改善。
关于钢的化学组成，碳在显微组织的形成和达到目标机械特性中起重要作用。其主要作用是稳定奥氏体(其为钢的显微组织的主相)以及提供强化。碳含量低于0.6％将降低奥氏体的比例，这导致合金的延性和强度均降低。然而，由于其为晶内卡帕碳化物(Fe,Mn)3AlCx的主要构成元素，碳含量高于1.3％可以促进这样的碳化物以粗的方式在晶界上析出(晶间卡帕碳化物(Fe,Mn)3AlCx)，这导致合金的延性降低。
优选地，碳含量为0.80重量％至1.3重量％，更优选为0.8重量％至1.0重量％，以获得足够的强度。
锰是该体系中的重要合金元素，主要是因为与非常大量的锰和碳合金化使奥氏体稳定至室温，其然后可以耐受大量的铝而不会不稳定化和转变成铁素体或马氏体。为了使合金能够具有优越的延性，锰含量必须等于或高于15％。然而，当锰含量超过35％时，β-Mn相的析出将使合金的延性劣化。因此，锰含量应控制在等于或大于15.0％，但小于等于35％。在一个优选的实施方案中，锰含量等于或大于15.5％或者甚至等于或大于16.0％。锰的量更优选为18％至25％。
向高锰奥氏体钢中添加铝有效地降低了合金的密度。此外，这显著提高奥氏体的堆垛层错能(SFE)，进而导致合金的应***化行为改变。铝也是纳米级卡帕碳化物(Fe,Mn)3AlCx的主要元素之一，并因此其添加显著增强这样的碳化物的形成。一方面为了保证奥氏体稳定性和卡帕碳化物的析出，另一方面为了控制铁素体的形成，应调节该合金的铝浓度。因此，铝含量应控制在等于或大于5％，但小于等于15％。在一个优选的实施方案中，铝含量为7％至12％，且优选为8％至10％。
硅是用于高锰铝钢的常见合金元素。其对具有DO3结构的有序铁素体的形成具有非常强的影响。此外，硅显示为增强奥氏体中碳的活性并增加碳进入卡帕碳化物中的配分。此外，硅被描述为可以用于延迟或防止脆β-Mn相析出的有效合金元素。然而，高于2.40％的含量，其降低延伸率并在某些组装过程中趋于形成不期望的氧化物，并因此必须将其保持在低于该限度。优选地，硅的含量低于2.0％并且有利地低于1.0。
硫和磷是使晶界脆化的杂质。其各自的含量必须不超过0.03％和0.1％，以保持足够的热延性。
氮含量必须为0.1％或更少，以防止在凝固期间体积缺陷(气泡)的形成和AlN的析出。
镍对氢渗入钢中具有积极影响，并因此其可以用作氢的扩散阻挡剂(barrier)。镍还可以用作有效的合金元素，因为其促进铁素体中有序化合物(例如B2组分)的形成，引起额外的强化。然而，出于成本等原因，期望将镍添加限制在最大含量为4.0％或更少，并且优选为0.1％至2.0％或0.1％至1.0％。在另一实施方案中，镍量低于0.1％。
铬可以用作用于通过固溶硬化来增加钢的强度的任选元素。其还增强根据本发明的钢的耐高温腐蚀性。然而，由于铬降低堆垛层错能，因此其含量必须不超过3.0％，且优选为0.1％至2.0％或0.1％至1.0％。在另一实施方案中，铬量低于0.1％。
同样地，任选地，以不超过3.0％的含量添加铜是通过富铜析出物的析出使钢硬化的一种手段。然而，高于该含量，铜是在热轧板中出现表面缺陷的原因。优选地，铜的量为0.1％至2.0％或0.1％至1.0％。在另一实施方案中，铬量低于0.1％。
硼具有非常低的固溶度和在晶界处偏析的强倾向，与晶格缺陷强烈地相互作用。因此，硼可以用于限制晶间卡帕碳化物的析出。优选地，硼的量低于0.1％。
铌可以同时增加钢的强度和韧性，因为它是有效的晶粒细化剂。此外，钽、锆、铌、钒、钛、钼和钨也是可以任选地用于通过氮化物、碳氮化物或碳化物的析出来实现硬化和强化的元素。然而，当它们的累积量高于2.0％(优选高于1.0％)时，存在过度析出可能导致韧性降低的风险，这是必须避免的。
根据本发明的钢板的显微组织包含任选的最高至3％的卡帕碳化物、任选的最高至10％的粒状铁素体，剩余部分由奥氏体形成。
奥氏体基体呈现出平均粒度低于6μm，且优选低于4μm，更优选低于3μm；并且平均纵横比为1.5至6，优选为2.0至4.0，且更优选为2.0至3.0。
在淬火期间，奥氏体晶粒中的可能调制(modulation)可指示L'12有序化的开始，并因此可指示晶内卡帕碳化物的存在。因此，卡帕碳化物(Fe,Mn)3AlCx可存在于根据本发明的钢板的显微组织中，以面积分数计其量为最高至3％。晶间卡帕碳化物的存在是不容许的，因为这样的晶间粗卡帕碳化物可能导致钢的延性降低。
铁素体也可存在于根据本发明的板的显微组织中，以面积分数计其量为最高至10.0％，优选最高至5.0％，或更优选最高至3.0％。然而，铁素体形态限于粒状几何形状，不包括条带形式的铁素体，因为它们急剧地降低钢的延性和可成形性。当铁素体晶粒存在时，其平均粒度低于5μm，且优选低于1μm。当存在时，铁素体的平均纵横比低于3.0，且优选低于2.5。这样的铁素体可以呈规则的无序铁素体α的形式，或者有序的作为具有(Fe,Mn)Al组成的B2组织、或作为具有(Fe,Mn)3Al组成的DO3组织，因此可以在根据本发明的钢中观察到α组织、B2组织和DO3组织。
为了保护根据本发明的钢板免受腐蚀，在一个优选的实施方案中，钢板被金属涂层覆盖。金属涂层可以是基于铝的涂层或基于锌的涂层。
优选地，基于铝的涂层包含小于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。
有利地，基于锌的涂层包含0.01％至8.0％的Al、任选地0.2％至8.0％的Mg，剩余部分为锌。
根据本发明的钢板可以通过任何适当的制造方法来制造，并且本领域技术人员可以限定方法。然而，优选使用根据本发明的方法，其包括以下步骤：
-提供根据本发明的组成的板坯；
-在高于1000℃的温度下再加热这样的板坯，以及以至少800℃的终轧温度热轧所述板坯；
-在高于350℃的温度下卷取经热轧的钢板；
-以30％至80％的压下率冷轧这样的经热轧的钢板；
-通过将这样的经冷轧的板加热至700℃至1000℃的退火温度、将其在小于5分钟期间保持在这样的温度下以及以至少30℃/秒的速率对其进行冷却来对其进行退火。
根据本发明的钢板优选通过这样的方法来制造：其中铸造由具有上述组成的根据本发明的钢制成的半成品(例如板坯、薄板坯或带材)，将铸造输入坯料加热至高于1000℃(优选高于1050℃且更优选高于1100℃或1150℃)的温度，或者在铸造之后在不进行中间冷却的情况下在这样的温度下直接使用。
最终热轧步骤在高于800℃的温度下进行。为了避免由于形成条带状的铁素体而缺乏延性而产生的任何开裂问题，轧制终了温度优选高于或等于850℃。
在热轧之后，必须在低于600℃且优选高于350℃的温度下卷取带材。在一个优选的实施方案中，在350℃至450℃进行卷取以避免过量的卡帕碳化物析出。
对通过上述方法获得的热轧产品在以常用方式进行可能的预先酸洗操作之后进行冷轧。
以30％至80％，优选50％至70％的压下率进行冷轧步骤。
在该轧制步骤之后，通过以下进行快速退火：将板加热至700℃至1000℃的退火温度，将其在小于5分钟期间保持在这样的温度下，并以至少30℃/秒(更优选至少50℃/秒，甚至更优选至少70℃/秒)的速率对其进行冷却。优选地，连续地进行该退火。通过控制退火温度和时间，可以获得具有上述特征的完全奥氏体组织或两相组织。
在该退火步骤之后，可以使钢板任选地经受金属涂覆操作以改善其防腐蚀性。所使用的涂覆方法可以是适用于本发明的钢的任何方法。可以引用电解或物理气相沉积，特别强调射流气相沉积(Jet Vapor Deposition)。例如，金属涂层可以基于锌或基于铝。
实施例
将组成汇总在表1中的九个钢种铸造成板坯，按照汇总在表2中的工艺参数进行处理。
表1-组成
钢种 C Mn Al Si V S P N
A 0.887 24.90 8.70 0.217 - 0.004 0.025 0.0017
B 0.920 28.88 9.37 0.035 - 0.007 0.011 0.0009
C 0.920 19.15 8.65 0.050 - 0.003 0.009 0.0057
<u>D</u> <u>0.360</u> 28.88 9.52 0.040 - 0.010 0.011 0.0013
<u>E</u> <u>0.560</u> 29.06 9.57 0.040 - 0.012 0.011 0.0010
F 0.900 19.65 8.32 0.045 0.180 0.010 0.010 0.005
G 1.130 26.75 9.95 0.031 - 0.010 0.010 0.004
H 0.900 19.54 8.81 0.041 - 0.008 0.010 0.003
I 0.900 22.79 8.58 0.041 - 0.007 0.010 0.003
表2-工艺参数
然后分析所得样品，并将相应的显微组织元素和机械特性分别汇总在表3和4中。
表3–显微组织
没有样品显示存在任何晶间卡帕碳化物和β-Mn相。
表4–特性
实施例表明，根据本发明的钢板由于其特定的组成和显微组织而是仅有的表现出所有目标特性的钢板。

Claims (14)

1.一种经冷轧和退火的钢板，按重量计包含：
0.6≤C≤1.3％，
15.0≤Mn≤35％，
5≤Al≤15％，
Si≤2.40％
S≤0.03％，
P≤0.1％，
N≤0.1％，
可能的选自各自量为最高至4.0％、最高至3.0％和最高至3.0％的Ni、Cr和Cu中的一种或更多种任选的元素，以及可能的累积量为最高至2.0％的选自B、Ta、Zr、Nb、V、Ti、Mo和W中的一种或更多种元素，组成的剩余部分由铁和由加工产生的不可避免的杂质构成；所述板的显微组织包含任选的最高至3％的卡帕碳化物、任选的最高至10％的粒状铁素体，剩余部分由奥氏体形成，所述奥氏体的平均粒度和平均纵横比分别为低于6μm和1.5至6，以及当存在时所述铁素体的平均粒度和平均纵横比分别为低于5μm和低于3.0。
2.根据权利要求1所述的钢板，其中碳含量为0.8％至1.0％。
3.根据权利要求1或2所述的钢板，其中锰含量为20％至30％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的钢板，其中铝含量为8.5％至10％。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的钢板，其中所述钢板的极限抗拉强度为至少900MPa、屈服强度为至少700MPa以及均匀延伸率为至少28％。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的钢板，其中所述钢板被金属涂层覆盖。
7.根据权利要求6所述的钢板，其中所述钢板被基于铝的涂层或基于锌的涂层覆盖。
8.一种用于制造钢板的方法，包括以下步骤：
-提供根据权利要求1至4所述的组成的板坯；
-在高于1000℃的温度下再加热这样的板坯，以及以至少800℃的轧制终了温度对其进行热轧；
-在低于600℃的温度下卷取经热轧的钢板；
-以30％至80％的压下率冷轧这样的经热轧的钢板；
-通过将这样的经冷轧的板加热至700℃至1000℃的退火温度、将其在小于5分钟期间保持在这样的温度下以及以至少30℃/秒的速率对其进行冷却来对其进行退火。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述退火温度为800℃至950℃。
10.根据权利要求8至9中任一项所述的方法，其中所述卷取温度为350℃至500℃。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，还包括最终涂覆步骤。
12.根据权利要求1至7中任一项所述的钢板或者能够根据权利要求8至11中任一项所述的方法获得的钢板用于制造车辆的结构或***件的用途。
13.根据权利要求12所述的部件，通过所述钢板的柔性轧制来获得。
14.一种车辆，包括根据权利要求12或13中任一项所述的部件。
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