CN114585763A - 经热轧和热处理的钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及经热轧和热处理的钢板，所述经热轧和热处理的钢板具有按重量百分比计包含以下的组成：C：0.12％至0.25％、Mn：3.0％至8.0％、Si：0.70％至1.50％、Al：0.3％至1.2％、B：0.0002％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，以及所述经热轧和热处理的钢板具有由以下组成的显微组织：按表面分数计，5％至45％的铁素体；25％至85％的配分马氏体，所述配分马氏体具有小于2×106/mm2的碳化物密度；10％至30％的残余奥氏体；小于8％的新鲜马氏体，所述新鲜马氏体的一部分与残余奥氏体结合呈马氏体‑奥氏体岛的形状，所述马氏体‑奥氏体岛按总表面分数计小于10％，以及扁平化指数小于5。

Description

经热轧和热处理的钢板及其制造方法
本发明涉及具有高延性的经热轧和热处理的高强度钢板以及涉及用于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，汽车工业中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料效率。为了满足这些要求，炼钢工业持续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形性的板。
出版物WO2019123245描述了用于获得高强度和高可成形性的经冷轧的钢板的方法，所述经冷轧的钢板由于淬火和配分过程而具有1000MPa至1300MPa的屈服强度YS，1200MPa至1600MPa的抗拉强度TS，至少10％的均匀延伸率UE，至少20％的孔扩展率HER。经冷轧的钢板的显微组织由以下组成：按表面分数计，10％至45％的铁素体，所述铁素体的平均晶粒尺寸为至多1.3μm，铁素体的表面分数乘以铁素体的平均晶粒尺寸的乘积为至多35μm％；8％至30％的残余奥氏体，所述残余奥氏体的Mn含量大于1.1*Mn％，Mn％表示钢的Mn含量；至多8％的新鲜马氏体；至多2.5％的渗碳体以及配分马氏体。为了实现这样的机械特性以及为了获得该显微组织，经热轧的钢板必须进行第一次退火、冷轧和再次退火，然后进行淬火和配分步骤。这些过程，并且特别是再次退火允许控制残余奥氏体中的Mn含量，从而获得高延性和高强度的组合，但是使制造过程复杂。
因此，本发明的目的是提供这样的经热轧的钢板：具有大于950MPa的屈服强度YS、大于1180MPa的抗拉强度TS、大于10％的均匀延伸率UE和大于25％的扩孔率HER并且可在常规工艺路线上容易加工。
本发明的目的是通过提供根据权利要求1所述的钢板来实现。所述钢板还可以包括权利要求2至8中任一项的特征。另一个目的是通过提供根据权利要求9所述的方法来实现。本发明的另一个目的是通过提供根据权利要求10所述的钢板来实现。
现在将详细描述本发明并且通过实例举例说明本发明而不引入限制。
在下文中，Ae1表示平衡转变温度，低于该温度奥氏体完全不稳定，Ae3表示平衡转变温度，高于该温度奥氏体完全稳定，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，以及Tnr为非再结晶温度。这些温度可以基于相应元素的重量百分比由下式计算：
Ae1＝670+15＊％Si-13＊％Mn+18＊％Al
Ae3＝890-20＊√％C+20＊％Si-30＊％Mn+130＊％Al
Ms＝560-(30＊％Mn+13＊％Si-15＊％Al+12＊％Mo)-600＊(1-exp(-0，96＊％C))
Tnr＝825+2300＊％Nb+710＊％Ti+150＊％Mo+120＊％V+8＊％Mn
根据本发明的钢的组成按重量百分比计包含：
根据本发明，碳含量为0.12％至0.25％。添加高于0.25％，钢板的可焊接性可能降低。如果碳含量低于0.12％，则残余奥氏体部分不足够稳定以获得足够的延伸率。在一个优选实施方案中，碳含量为0.15％至0.25％。
根据本发明，锰含量为3.0％至8.0％以在奥氏体稳定的情况下获得足够的延伸率。添加高于8.0％，中心偏析的风险增加从而损害屈服强度和抗拉强度。低于3.0％，最终组织包含不足的残余奥氏体部分，使得无法实现期望的延性和强度的组合。在一个优选实施方案中，锰含量为3.0％至4.4％。在另一个优选实施方案中，锰含量为3.0％至4.3％。在另一个优选实施方案中，锰含量为3.0％至4.2％。在另一个优选实施方案中，锰含量为3.0％至4.1％。在另一个优选实施方案中，锰含量为3.0％至4.0％。
根据本发明的硅含量为0.7％至1.5％。至少0.7％的硅添加有助于使足够量的残余奥氏体稳定。高于1.5％，硅氧化物在表面处形成，这损害了钢的可涂覆性。在一个优选实施方案中，硅含量为0.8％至1.3％。
铝含量为0.3％至1.2％。铝是对加工期间使呈液相的钢脱氧非常有效的元素。铝含量不高于1.2％以避免夹杂物的出现并且以避免氧化问题。在一个优选实施方案中，铝含量为0.3％至0.8％。
根据本发明，硼含量为0.0002％至0.004％以增加钢的淬火性并且以改善可焊性。
任选地可以向根据本发明的钢的组成中添加一些元素：
任选地可以添加高至0.06％的铌以在热轧期间细化奥氏体晶粒并且以提供析出强化。优选地，所添加的铌的最小量为0.0010％。高于0.06％，无法确保屈服强度和延伸率处于期望的水平。
任选地可以添加高至0.5％的钼。钼使残余奥氏体稳定，因此减少配分期间的奥氏体分解。考虑到所需求的特性，高于0.5％，钼的添加是昂贵且无效的。
可以添加高至0.2％的钒以提供析出强化。
可以添加高至0.05％的钛以提供析出强化。如果钛水平高于或等于0.05％，则无法确保屈服强度和延伸率处于期望的水平。优选地，在硼的添加中添加最少0.01％的钛以保护硼不形成BN。
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，其为不可避免的杂质。它们的含量为S小于0.010％、P小于0.020％、以及N小于0.008％。
现在将描述根据本发明的经热轧和热处理的钢板的显微组织。
经热轧和热处理的钢板具有由以下组成的显微组织：按表面分数计，5％至45％的铁素体；25％至85％的配分马氏体，所述配分马氏体具有小于2×106/mm2的碳化物密度；10％至30％的残余奥氏体；小于8％的新鲜马氏体，一部分新鲜马氏体与残余奥氏体结合以形成马氏体-奥氏体(M-A)岛，所述马氏体-奥氏体(M-A)岛按总表面分数计小于10％，以及扁平化指数小于5。
经热轧和热处理的钢板的显微组织包含5％至45％的铁素体。该铁素体在(Ae1+Ae3)/2至Ae3的退火期间形成。铁素体分数小于5％，则均匀延伸率无法达到10％。如果铁素体分数大于45％，则无法实现1180MPa的抗拉强度和950MPa的屈服强度。优选地，显微组织包含10％或更多的铁素体。更优选地，显微组织包含15％或更多的铁素体。
经热轧和热处理的钢板的显微组织包含25％至85％的配分马氏体以确保钢的高延性。配分马氏体是在退火之后的冷却时形成然后在配分步骤期间配分的马氏体。所述配分马氏体的碳化物密度小于2×106/mm2。配分马氏体内部低密度的碳化物确保了良好水平的抗拉强度和延伸率的组合。
经热轧和热处理的钢板的显微组织包含小于8％的新鲜马氏体以及用于确保钢的高延性的10％至30％的残余奥氏体。新鲜马氏体在经热轧和热处理的钢板的冷却至室温期间形成。
新鲜马氏体的一部分与残余奥氏体结合以形成马氏体-奥氏体(M-A)岛，所述马氏体-奥氏体(M-A)岛按总表面分数计小于10％。在一个优选实施方案中，这些M-A岛具有低于或等于2的纵横比，纵横比定义为晶粒的最大长度与晶粒的在所述最大长度的90°处测量的最大宽度的比率。
经热轧和热处理的钢板的显微组织具有小于5的扁平化指数。扁平化指数(pancaking index)定义为轧制方向上的原始奥氏体晶粒尺寸PAGS轧制相对于法线方向上的原始奥氏体晶粒尺寸PAGS法线的比率。PAGS轧制为轧制方向上的原始奥氏体晶粒的最大长度。PAGS法线为法线方向上的原始奥氏体晶粒的最大长度。当扁平化指数大于5时，扩孔率可能无法达到目标。
根据本发明的钢板可以通过任何适当的制造方法来生产，并且本领域技术人员可以限定所述方法。然而，优选使用根据本发明的方法，所述方法包括以下步骤：
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T再加热，因此使得可以容易进行热轧以获得经热轧的钢板，其中最终热轧温度FRT为Tnr-100℃至950℃。选择FRT的最大值为以避免奥氏体晶粒的粗化并且使得PAGS轧制乘以PAGS法线的乘积小于1000μm2。当PAGS轧制乘以PAGS法线的乘积大于1000μm2时，强度可能无法达到目标。
FRT高于Tnr-100℃以产生具有小于5的原始奥氏体晶粒扁平化指数的显微组织，扁平化指数被定义为PAGS轧制相对于PAGS法线的比率。当扁平化指数大于5时，扩孔率可能无法达到目标。
然后使经热轧的钢冷却并在20℃至700℃的温度T卷曲下对其进行卷取。优选地，卷曲温度为20℃至550℃。
在卷取之后，可以对板进行酸洗以除去氧化。
在卷取并冷却至室温之后，经热轧和卷取的钢板的显微组织包含其总和大于80％的马氏体和贝氏体，严格小于20％的铁素体以及总和严格小于20％的马氏体-奥氏体(M-A)岛和碳化物，并且所述经热轧和卷取的钢板具有小于1000μm2的PAGS轧制乘以PAGS法线的乘积和小于5的扁平化指数。优选地，卷取和冷却之后的显微组织包含小于10％的铁素体，并且更优选地没有铁素体。优选地，卷取和冷却之后的显微组织包含总和小于10％的M-A岛和碳化物。
M-A岛的马氏体为最终冷却期间形成的新鲜马氏体。包含在总和大于80％的马氏体和贝氏体中的马氏体为自回火马氏体。通过扫描电子显微镜可以确定马氏体的类型并进行量化。
然后使经热轧的钢板经历淬火和配分过程(Q&P)。淬火和配分过程包括以下步骤：
-将经退火的钢板再加热至严格低于Ae3且高于(Ae1+Ae3)/2的温度TA1，并将其在所述退火温度TA1下保持3秒至1000秒的保持时间tA1以获得经热处理的钢板，为的是获得奥氏体和铁素体组织。
-将经热处理的钢板淬火至低于(Ms-50℃)的淬火温度TQ以获得经淬火的钢板。在该淬火步骤期间，奥氏体部分地转变为马氏体。如果淬火温度高于(Ms-50℃)，则最终组织中的回火马氏体的分数太低，导致最终新鲜马氏体分数高于8％，这对钢的总延伸率是不利的。
-将经淬火的钢再加热至350℃至550℃的配分温度TP，并将其在所述配分温度下保持1秒至1000秒的配分时间，然后将其冷却至室温，由此以获得经热轧和热处理的钢板。
根据本发明的经热轧和热处理的钢板具有大于1180MPa的抗拉强度TS，大于950MPa的屈服强度YS，大于10％的均匀延伸率UE，和大于25％的扩孔率HER。TS、YS、UE和总延伸率TE根据ISO标准ISO 6892-1测量。HER根据ISO标准ISO 16630测量。
在一个优选实施方案中，根据本发明的经热轧和热处理的钢板具有满足下式的以MPa表示的TS和YS，以％表示的UE、TE和HER：YS*UE+TS*TE+TS*HER＞65000。优选地，总延伸率TE大于14％。
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
将4种钢种(其组成汇总于表1中)铸造成半成品，并按照表2中汇总的工艺参数加工成钢板。
表1-组成
测试的组成汇总在下表中，其中元素含量以重量百分比表示。
Figure BDA0003609893890000061
钢A至D为根据本发明的。
表2-工艺参数
将铸造的钢半成品进行再加热、热轧和卷取，然后进行淬火和配分过程。样品2和5在温度T2下卷取之后经历了退火，然后以50％的压下率被冷轧。应用以下具体条件：
Figure BDA0003609893890000062
*：根据本发明的试验。
带下划线的值：不与本发明相对应
然后对经退火的板进行分析并且将Q&P之前、Q&P之后的相应显微组织元素以及Q&P之后的机械特性分别汇总在表3、表4和表5中。
表3-Q&P过程之前的钢板的显微组织
确定Q&P过程之前的经热轧和卷取的钢板的显微组织并汇总在下表中：
Figure BDA0003609893890000071
*：根据本发明的试验
带下划线的值：不与本发明相对应
B：代表贝氏体表面分数
F：代表铁素体表面分数
M：代表马氏体表面分数
MA：代表马氏体-奥氏体岛表面分数
表面分数通过以下方法确定：从经热轧和热处理中切割试样，并用本身已知的试剂进行抛光和蚀刻以露出显微组织。之后，通过光学或扫描电子显微镜，例如用耦接至BSE(背散射电子)装置的具有场发射枪的扫描电子显微镜(“FEG-SEM”)以大于5000倍的放大倍率来检测截面。
通过本身已知的方法利用图像分析来进行各构成要素的表面分数的确定。残余奥氏体分数例如通过X射线衍射(XRD)来确定。
轧制方向(RD)上的PAGS(PAGS轧制)和法线方向(ND)上的PAGS(PAGS法线)通过以下方法来确定：从经热轧的板上切割试样，用本身已知的试剂进行抛光和蚀刻以露出显微组织，尤其是原始奥氏体晶界。之后通过光学或扫描电子显微镜，例如用扫描电子显微镜以1000倍至5000倍的放大倍率来检测RD-ND平面的截面。测量RD上和ND上的原始奥氏体晶粒的最大长度。
表4-Q&P过程之后的钢板的显微组织
确定测试样品的显微组织并汇总在下表中：
Figure BDA0003609893890000081
*：根据本发明的试验
带下划线的值：不与本发明相对应
n.a：非评估值
γ：代表残余奥氏体表面分数
PM：代表配分马氏体表面分数
FM：代表新鲜马氏体表面分数
B：代表贝氏体表面分数
F：代表铁素体表面分数
MA：代表马氏体-奥氏体岛表面分数
表4-经淬火和配分的钢板的机械特性
确定测试样品的机械特性并汇总在下表中：
Figure BDA0003609893890000082
*：根据本发明的试验/带下划线的值：不与本发明相对应。
根据本发明的实施例1和3由于其特定的组成和显微组织而显示出全部的目标特性。
在试验2中，在Q&P过程之前对钢板进行退火和冷轧。因此Q&P之前的显微组织为80％铁素体，导致高含量的Q&P之后的新鲜马氏体。这种高分数的大尺寸新鲜马氏体导致扩孔率小于25％。
在试验4中，以低于Tnr-100的FRT对钢板进行热轧，导致Q&P之前和Q&P之后的扁平化指数大于5。因此，扩孔率无法达到目标。
在试验5中，在Q&P过程之前对钢板进行退火和冷轧。因此Q&P之前的显微组织为97％铁素体，导致Q&P之后的大尺寸新鲜马氏体。这种大尺寸新鲜马氏体导致扩孔率小于25％。

Claims (10)

1.一种经热轧和热处理的钢板，所述经热轧和热处理的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：0.12％至0.25％
Mn：3.0％至8.0％
Si：0.7％至1.5％
Al：0.3％至1.2％
B：0.0002％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：
Mo≤0.5％
V≤0.2％
Nb≤0.06％
Ti≤0.05％
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，
所述钢板具有由以下组成的显微组织：按表面分数计，
-5％至45％的铁素体，
-25％至85％的配分马氏体，所述配分马氏体具有小于2×106/mm2的碳化物密度，
-10％至30％的残余奥氏体，
-小于8％的新鲜马氏体，
-所述新鲜马氏体的一部分与残余奥氏体结合呈马氏体-奥氏体(M-A)岛的形状，所述马氏体-奥氏体(M-A)岛按总表面分数计小于10％，
-以及扁平化指数小于5。
2.根据权利要求1所述的经热轧和热处理的钢板，其中锰含量为3.0％至5.0％。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的经热轧和热处理的钢板，其中硅含量为0.8％至1.3％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的经热轧和热处理的，其中屈服强度大于950MPa。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的经热轧和热处理的，其中抗拉强度大于1180MPa。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的经热轧和热处理的，其中均匀延伸率大于10％。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的经热轧和热处理的，其中扩孔率大于25％。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的经热轧和热处理的钢板，其中新鲜马氏体和马氏体-奥氏体岛的尺寸小于0.7μm。
9.一种用于制造经热轧和热处理的钢板的方法，包括以下顺序步骤：
-对钢进行铸造以获得半成品，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再加热下对板坯进行再加热，
-以Tnr-100℃至950℃的精轧温度FRT对经再加热的板坯进行热轧以获得经热轧的钢板，为非再结晶温度的Tnr定义为：
825+2300＊％Nb+710＊％Ti+150＊％Mo+120＊％V+8＊％Mn
-在20℃至700℃的卷取温度T卷取下对所述经热轧的钢板进行卷取并冷却至室温以获得包含以下的显微组织：总和大于80％的马氏体和贝氏体，严格小于20％的铁素体，以及总和严格小于20％的马氏体-奥氏体(M-A)岛和碳化物，并且所述经热轧的钢板具有小于1000μm2的轧制方向上的PAGS乘以法线方向上的PAGS的乘积和小于5的扁平化指数，
-将所述经热轧的钢板再加热至严格低于Ae3且高于(Ae1+Ae3)/2的温度TA1，并将所述钢板在所述退火温度TA1下保持3秒至1000秒的保持时间tA1，Ae1和Ae3温度定义为：
Ae1＝670+15＊％Si-13＊％Mn+18＊％Al
Ae3＝890-20＊√％C+20＊％Si-30＊％Mn+130＊％Al
-将所述经热轧的钢板淬火至低于(Ms-50℃)的淬火温度TQ以获得经淬火的钢板，Ms定义为：
Ms＝560-(30＊％Mn+13＊％Si-15＊％Al+12＊％Mo)-600＊(1-exp(-0,96＊％C))
-将所述经淬火的钢板再加热至350℃至550℃的配分温度TP，并将所述经淬火的钢板在所述配分温度下保持1秒至1000秒的配分时间，
-将所述钢板冷却至室温以获得经热轧和热处理的钢板。
10.一种经热轧和卷曲的钢板，所述经热轧和卷曲的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：0.12％至0.25％
Mn：3.0％至8.0％
Si：0.70％至1.50％
Al：0.3％至1.2％
B：0.0002％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：
Mo≤0.5％
V≤0.2％
Nb≤0.06％
Ti≤0.05％
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，
所述钢板具有由以下组成的显微组织：按表面分数计，
-总和大于80％的马氏体和贝氏体，
-严格小于20％的铁素体，
-总和严格小于20％的马氏体-奥氏体(M-A)岛和碳化物，
以及具有小于1000μm2的轧制方向上的PAGS PAGS轧制乘以法线方向上的PAGS PAGS法线的乘积和小于5的扁平化指数。
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