CN114585762A - 高韧性热轧钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热轧钢板，所述热轧钢板具有以下组成，所述组成按重量百分比计包含：C：0.10％至0.25％、Mn：3.5％至5.0％、Si：0.80％至1.60％、B：0.0003％至0.004％、S≤0.010％、P≤0.020％、N≤0.008％，所述组成的剩余部分为铁和由熔炼产生的不可避免的杂质，并且所述热轧钢板具有按表面分数计由以下组成的显微组织：50％至80％的板条贝氏体，低于30％的粒状贝氏体，其余为马氏体、马氏体‑奥氏体岛和奥氏体膜，并且小于20％的马氏体和M‑A岛的晶粒最大长度L_最大与晶粒最大宽度W_最大的乘积大于1μm²。

Description

高韧性热轧钢板及其制造方法

本发明涉及具有高韧性和良好可焊性的高强度钢板并且涉及获得这样的钢板的方法。

为了制造各种零件例如用于机动车辆的车身结构构件和车身板件的部件，已知使用由DP(双相)钢或TRIP(相变诱导塑性)钢制成的板。

考虑到全球环境保护，汽车工业的主要挑战之一是在不忽略安全要求的情况下减轻车辆的重量以提高其燃油效率。为了满足这些需求，炼钢工业不断开发新的高强度钢，以得到具有改善的屈服强度和抗拉强度以及良好的延性和可成型性的钢。

进行改善机械特性的一项开发是增加钢中的锰含量。锰的存在由于使奥氏体稳定而有助于提高钢的延性。但这些中锰钢存在脆性的弱点。

公开WO2007101921描述了获得钢“多相”的热轧板的方法，其中特别地，锰含量为1％至3％。显微组织由至少75％的贝氏体、量大于或等于5％的残余奥氏体和大于或等于2％的马氏体组成。为了获得大于28J(对应于0.52J/mm²)的夏比V型缺口断裂能和目标显微组织，必须控制热轧钢板的冷却。实际上需要两个冷却阶段以获得期望的特性，这使制造过程复杂化。

因此，本发明的目的是解决上述问题并提供具有高韧性的钢板，所述钢板具有大于0.50J/mm²的在20℃下的夏比冲击能、大于或等于1450MPa的抗拉强度TS、大于或等于5％的高的均匀伸长率，并且易于在常规工艺路线上加工。本发明的另一个目的是提供具有良好可焊性的钢板。

本发明的目的通过提供根据权利要求1的钢板来实现。所述钢板还可以包括权利要求2至6中任一项的特征。另一个目的通过提供根据权利要求7的方法来实现。本发明的其他目的通过提供包括权利要求8的特征的钢板来实现。

现在将通过实例对本发明进行详细描述和举例说明而不引入限制。

在下文中，Ms表示马氏体开始温度，即在冷却时奥氏体开始转变为马氏体的温度。该温度可以基于相应元素的重量百分比根据以下公式进行计算：

Ms＝560-(30＊％Mn+13＊％Si-15＊％Al+12＊％Mo)-600＊(1-exp(-0,96＊％C))

现在将描述根据本发明的钢的组成，含量以重量百分比计表示。

碳含量为0.10％至0.25％。如果碳含量太高，则钢板的可焊性不足。如果碳含量低于0.10％，则奥氏体分数对于获得目标特性是不足够稳定的。在本发明的一个优选实施方案中，碳含量为0.15％至0.20％。

锰含量为3.5％至5.0％。添加超过5.0％，中心偏析的风险增加，从而损害韧性。低于3.5％，最终组织包含对于获得期望特性而言不足的残余奥氏体分数。在本发明的一个优选实施方案中，锰含量为3.5％至4.5％。

根据本发明，硅含量为0.80％至1.60％。添加至少0.80％的硅有助于使足够量的残余奥氏体稳定。高于1.60％，硅对于韧性有害。此外，在表面处形成硅氧化物，这损害了钢的可涂覆性。在本发明的一个优选实施方案中，硅含量为1.00％至1.60％。

根据本发明，硼含量为0.0003％至0.004％。硼的存在延迟了向较低温度的贝氏体转变，并且在低温下形成的贝氏体具有板条形态，这增加了韧性。此外，硼使钢板的可焊性改善。高于0.004％，促进了硼碳化物在原奥氏体晶界处的形成，使钢更脆。低于0.0003％，不存在足够浓度的在原奥氏体晶界处偏析以增加钢的韧性的游离B。在本发明的一个优选实施方案中，硼含量为0.001％至0.003％。

任选地，可以将一些元素添加到根据本发明的钢的组成中。

可以任选地添加至多0.04％的钛以提供析出强化。优选地，除硼之外还添加最小0.01％的钛，以保护硼免于BN的形成。

可以添加至多0.05％的铌以在热轧期间精炼奥氏体晶粒并提供析出强化。优选地，添加的铌的最小量为0.0010％。

可以以最大0.3％的限度任选地添加钼。钼使奥氏体稳定并增加钢的韧性。此外，钼改善钢板的可焊性。考虑到所需求的特性，超过0.3％，钼的添加是昂贵且无效的。

可以任选地添加铝至多0.90％，因为铝是精炼期间对处于液相的钢脱氧非常有效的元素。此外，铝改善钢板的可焊性。铝含量低于0.90％以避免夹杂物的出现并且避免氧化问题。优选地，铝含量为0.10％至0.90％。更优选地，铝含量为0.20％至0.90％。更优选地，铝含量为0.30％至0.90％，甚至更为0.40％至0.90％。

根据本发明，允许最大0.80％的铬。以上，注意饱和效应，并且添加铬既无用又昂贵。

钢的组成的剩余部分为铁和由熔炼产生的杂质。在这方面，P、S和N至少被认为是残余元素，它们是不可避免的杂质。它们的含量为S小于0.010％、P小于0.020％、以及N小于0.008％。

特别地，磷在晶界处偏析，并且磷含量高于0.020％，钢的韧性降低。

现在将描述根据本发明的热轧钢板的显微组织。在下文中，纵横比是晶粒的最大长度L_最大与在所述最大长度的90°处测量的晶粒的最大宽度W_最大之比。

按表面分数计，热轧钢板的显微组织由以下组成：50％至80％的板条贝氏体、低于30％的粒状贝氏体、以及其余为总和为15％至35％的马氏体、马氏体-奥氏体岛(MA)和奥氏体膜。此外，小于20％的马氏体和M-A岛的晶粒最大长度L_最大与晶粒最大宽度W_最大的乘积大于1μm2。

由于使贝氏体转变延迟的硼的存在以及由于低温卷取，因此获得了板条贝氏体形态。根据本发明，板条贝氏体将是纵横比大于或等于3的贝氏体。50％至80％的板条贝氏体的存在对于热轧钢的韧性是有利的。粒状贝氏体呈现出低于3的纵横比。

其余显微组织包括总和为15％至35％的马氏体、M-A岛和奥氏体膜，以确保高于5％的均匀伸长率。马氏体、M-A岛和奥氏体膜的总和高于35％，M-A岛和奥氏体膜中的奥氏体变得不稳定并转变为马氏体，这导致伸长率下降。

小于20％分数的马氏体和M-A岛的L_最大与W_最大的乘积大于1μm²。高于20％，M-A岛转变为新鲜马氏体，导致伸长率的下降。

马氏体-奥氏体(M-A)岛的纵横比小于或等于2。这些M-A岛在卷取期间形成。奥氏体的一部分转变为如上所述的板条贝氏体。奥氏体的一部分在卷取期间转变为马氏体，从而产生M-A岛。奥氏体的最后部分保留在最终显微组织中。奥氏体膜是纵横比大于或等于2的在贝氏体板条之间的奥氏体。M-A岛和奥氏体膜二者对热轧钢板的韧性是有益的。

根据本发明的热轧钢板的根据标准ISO 148-1:2006(F)和ISO 148-1:2017(F)测量的在20℃下的夏比冲击能严格大于0.50J/mm²。根据本发明的热轧钢板具有大于或等于1450MPa的抗拉强度TS以及大于或等于5％的均匀伸长率UE。优选地，根据本发明的热轧钢板具有严格大于7％的总伸长率TE。TS、UE和TE是根据ISO标准ISO 6892-1测量的。

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，该方法包括以下步骤：

提供具有上述钢组成的能够进一步热轧的半成品。将半成品加热至1150℃至1300℃的温度，以便使得可以容易地进行热轧，其中最终热轧温度FRT为750℃至900℃，优选地，FRT为800℃至900℃。当FRT高于900℃时，贝氏体转变动力学在卷取期间显著减慢，导致在最终显微组织中形成高分数的马氏体、M-A岛和奥氏体。此外，大分数的L_最大*W_最大高于1μm²的马氏体和M-A岛的存在导致伸长率下降。

然后将热轧钢冷却并在(Ms-100℃)至550℃的温度T_卷取下进行卷取。

然后将热轧钢板冷却至室温。

在卷取之后，可以对板进行酸洗以除去氧化层。

本发明的其他目的是提供具有良好可焊性的钢板。

通过生产两个热轧钢板并将两个钢部件电阻点焊来制造焊接组合件。

在热轧钢板上进行标准ISO 18278-2条件下的点焊。

在所使用的测试中，样品由以交叉焊接等效物形式的两个钢板构成。施加力以破坏焊接点。这个力(称为交叉抗拉强度(CTS))以daN表示。其取决于焊接点的直径和金属的厚度，换言之，取决于钢和金属涂层的厚度。这使得其可以计算系数α，α为CTS的值与焊接点的直径乘以基底的厚度的乘积的比值。这个系数以daN/mm²表示。

***比(plug ratio)等于***直径除以熔融区直径。

使第一板接合至第二板的电阻点焊缝的特征在于在交叉抗拉测试中的高抗性，所述高抗性由至少50daN/mm²的α值和至少80％的***比限定。

现在将通过以下实施例来举例说明本发明，所述实施例决不是限制性的。

实施例1

将4个钢种(其组成汇总于表1中)铸造成半成品，并加工成钢板。

表1-组成

下表中汇总了测试的组成，其中元素含量以重量百分比表示。

钢A和B根据本发明，C和D在本发明之外。

表2-工艺参数

将经铸造的钢半成品在1200℃下再加热，对其进行热轧和卷取。应用以下具体条件：

带下划线的值：与本发明不对应。

然后对经热轧的板进行分析，并在表3、4和5中分别汇总了相应的显微组织元素、机械特性和可焊性特性。

表3–热轧钢板的显微组织

确定所获得的热轧钢板的显微组织的相百分比：

带下划线的值：与本发明不对应

n.a:未评估的值

显微组织中相的表面分数通过以下方法确定：从热轧中切割试样，并用本身已知的试剂进行抛光和蚀刻，以露出显微组织。此后，在通过扫描电子显微镜例如用放大倍率大于5000×的带有场发射枪的扫描电子显微镜(“FEG-SEM”)在二次电子模式下检查该截面。

奥氏体膜和M-A岛的表面分数的测定是在Nital或Picral/Nital试剂蚀刻之后由SEM观察来进行的。

根据本发明，板条贝氏体将是纵横比大于或等于3的贝氏体。根据本发明，M-A岛的纵横比小于或等于2。

表4-热轧钢板的机械特性确定测试的样品的机械特性并汇总在下表中：

带下划线的值：与目标值不匹配

n.a：未评估的值

表5-热轧钢板的可焊性特性

确定一些样品的可焊性特性并汇总在下表中：

试验	α(daN/mm<sup>2</sup>)	***比(％)
			1	66	84
<u>5</u>	<u>45</u>	<u>77</u>
			<u>6</u>	<u>47</u>	<u>70</u>

带下划线的值：与目标值不匹配

实施例表明根据本发明的钢板(即实施例1至3)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。

在试验4中，以910℃的FRT对钢板进行热轧，产生高分数的马氏体和M-A岛。这产生低于5％的均匀伸长率。

在试验5和6中，钢C和D中硼的不存在导致低水平的夏比冲击能，其中形成超过30％的粒状贝氏体，从而降低了钢的断裂韧性。关于可焊性参数，硼、钼和铝的不存在对α和***比是有害的。

Claims (8)

1.一种热轧钢板，由具有以下组成的钢制成，所述组成按重量百分比计包含：

C：0.10％至0.25％

Mn：3.5％至5.0％

Si：0.80％至1.60％

B：0.0003％至0.004％

S≤0.010％

P≤0.020％

N≤0.008％

以及所述组成任选地按重量百分比计包含以下元素中的一者或更多者：

Ti≤0.04％

Nb≤0.05％

Mo≤0.3％

Al≤0.90％

Cr≤0.80％

所述组成的剩余部分为铁和由熔炼产生的不可避免的杂质，

按表面分数计，所述钢板具有包含以下的显微组织：

-50％至80％的纵横比大于或等于3的板条贝氏体，

-低于30％的纵横比小于3的粒状贝氏体，

-其余为总和为15％至35％的马氏体、纵横比小于或等于2的马氏体-奥氏体M-A岛、和奥氏体膜，

-并且小于20％的所述马氏体和所述M-A岛的晶粒最大长度L_最大与晶粒最大宽度W_最大的乘积大于1μm²。

2.根据权利要求1所述的热轧钢板，其中锰含量为3.5％至4.5％。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的热轧钢板，其中硅含量为100％至160％。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的热轧钢板，其中所述热轧钢板在20℃下的夏比冲击能严格高于0.50J/mm²。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的热轧钢板，其中所述热轧钢板的抗拉强度TS大于或等于1450MPa。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的热轧钢板，其中所述热轧钢板的均匀伸长率UE大于或等于5％。

7.一种用于制造热轧钢板的方法，包括以下顺序的步骤：

-铸造钢以获得半成品，所述半成品具有根据权利要求1所述的组成，

-在1150℃至1300℃的温度T_再加热下将所述半成品再加热，

-以750℃至900℃的精热轧温度对所述半成品进行热轧以获得热轧钢板，

-冷却所述热轧钢板，

-在(Ms-100℃)至550℃的卷取温度T_卷取下对所述热轧钢板进行卷取，从而获得卷取的钢板。

8.一种根据权利要求1至6中任一项所述的热轧钢板的两个钢部件的电阻点焊缝或者通过根据权利要求7所述的方法获得的热轧钢板的两个钢部件的电阻点焊缝，所述电阻点焊缝具有至少50daN/mm²的α值和至少80％的***比。