CN1190997A - 铁素体钢及其生产方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一双相钢,它具有主要为多边形铁素体和富碳无珠光体的第二相,包括马氏体和/或贝氏体和/或残余奥氏体的组织。这种钢在热加工后具有高的强度、好的加工性能和改善了的表面质量。本发明也涉及一生产这种钢的方法和这种钢的用途。

Description

铁素体钢及其生产方法和用途
本发明涉及一种铁素体钢，这种主要含有多边形铁素体组织和一个或多个富碳第二相的钢的一种生产方法，以及这种钢的主要用途。这种钢在最后生产阶段的热变形之后应有高的强度、好的变形性能及改善了的表面质量。
已知例如有最高到(体积％)80％的多边形较软的铁素体及其余为富碳马氏体组织的双相钢。少量存在的富碳第二相成岛状分布在先共析铁素体相中。这种钢具有好的力学性能和有利的冷变形性能。
已知的组织中主要为多边形铁素体及在其中分布的马氏体的钢，由(质量％)0.03-0.12％C、最多到0.8％Si和0.8-1.7％Mn(DE2924340C2)或者由0.02-0.2％C、0.05-2.0％Si、0.5-2.0％Mn、0.3-1.5％Cr、以及最多到1％Cu、Ni和Mo(EPO 072867B1)组成。这两种钢都是铝镇静的，并含有少于0.1％Al的可溶残余含量。硅在这些钢中促进铁素体转变，与锰配合、有时与铬配合，阻止珠光体形成。由此确保碳在第二相中足够的富集，并达到比第二相多得多的多边形铁素体的形成。然而，这些已知的钢具有在热变形中形成不均匀的表面组织的缺点，它们通过红色氧化铁皮舌片成为可见的，酸洗之后在表面上留下不平整性。这种材料对许多使用情况是无销售能力的。到目前为止，尚未能改善这些热轧钢的表面质量。此外，存在着对既有高的强度、又有好的冷变形性能的钢的需求。这一要求可通过抗拉强度与延伸率的乘积Rm·A5表征。这一乘积不论在沿轧制方向上，还是在横向上都应超过16000N/mm2％。
由此导出研制一种主要有多边形铁素体组织钢的任务，它应具有至少与已知的钢同样好的各种力学性能，抗拉强度Rm＞500N/mm2，延伸率A5＞16000/Rm％，与已知钢同样好的冷变形性能，但在通过最后生产阶段的热变形生产后，比已知钢具有更好的表面结构。
为解决这个任务，提出了一种钢，它含有(质量％)：
0.05-0.3％  碳
0.8-3.0％   锰
0.4-2.5％   铝
0.01-0.2％  硅
＜0.08％    磷
＜0.05％    硫
其余为铁及不可避免的杂质，组织主要由多边形铁素体和少量马氏体和/或贝氏体和/或残余奥氏体组成，它含有大于0.1到0.325的按下式计算的碳当量(Cqu)：
Cqu＝％C+1/20％Mn+1/20％Cr+1/15％Mo铝含量(质量％)为：
Al≥7.6·Cqu-0.36
力求达到的在先形成的铁素体中的贝氏体或马氏体转变，产生组织的有利的残余应力状态，对冷变形性能有好的影响。同时，与在已知的热轧结构钢(St 37至St 52)中的铁素体-珠光体组织相比，提高了抗拉强度。在对直接加工成几何要求苛刻的变形产品方面，与已知的结构钢有类似好的能力的情况下，较高的强度提供了减薄厚度、从而降低重量的可能。这种钢不仅达到了已知的硅合金化的双相钢的好的强度水平，而且在热变形后具有改善了的表面质量，比如像通过热轧的钢的冷变形生产汽车轮盘所要求的那样的表面质量。
这种钢还可用最多到下面给出的量(质量％)的其它元素附加合金化：
≤0.05％ 钛
≤0.8％  铬
≤0.5％  钼
≤0.8％  铜
≤0.5％  镍
用铝代替硅合金化的这种钢，在抗拉强度值Rm＝500N/mm2时，断裂延伸率达到A5＞34％，在抗拉强度值为700N/mm2时，断裂延伸率达到A5＞24％，即Rm·A5乘积不论在垂直于轧制方向、还是在沿轧制方向上，都确保在16000N/mm2·％以上。
按本发明的钢与已知钢相比的特征是含有0.4-2.5％的明显升高了的铝含量。为此，按本发明硅含量限制在0.2％以下。
这一类型的已知的钢与此相反，大多含有超过1％的硅含量。按本发明的用铝合金化的钢，具有所希望的无珠光体两相或多相组织，并有优越的强度性能，特别是热轧产品的表面质量比人们从硅合金化的钢到目前所知的好的多。铝在0.4-2.5％含量范围中确保广泛形成粒状铁素体，与硅合金化的钢相比，珠光体的形成强烈延缓，在遵守要求的过程参数下，能可靠阻止珠光体形成。
碳含量0.05-0.3％处于本类钢的一般范围。
锰在0.8-3.0％的范围加入是为了阻止珠光体形成和与碳一起增加奥氏体。锰起固溶强化作用，提高强度水平。碳和锰含量从阻止珠光体形成和影响铁素体形成的观点上，可在由碳当量确定的范围内互换。碳当量计算为：
Cqu＝％C+1/20％Mn+1/20％Cr+1/15％Mo
高于0.1％的碳当量值决定了较高的铝含量。碳当量值和与其相应的铝值的交点，按本发明应位于图1中阴影区域，以便在大生产条件下确保铁素体份额超过70％和阻止珠光体形成。为了确保焊接性能，碳当量值应限制在最大为0.325。
添加最多到0.05％的钛可保证固氮和阻止拉长的硫化锰的形成。
为了改善马氏体抗回火性和阻止珠光体形成，可添加最多到0.8％的铬。
钼在最多到0.5％的量内，可扩大要求的冷却速度的范围。
铜和镍在最多各到0.5％的量内可降低转变温度和避免珠光体。
用铝-钙处理金属熔液对影响硫化物的形成有意义。
热轧终轧温度ET应位于以下范围：
Ar3-50℃＜ET＜Ar3+100℃
应位于750℃-950℃范围内的Ar3温度，对Al含量到1％时如下计算：(方程1)Ar3[℃]＝900+60％Al-60％Mn-300％C当铝含量超过1％到2.5％时为：(方程2)Ar3[℃]＝900+100％Al-60％Mn-300％C
从按本发明的钢生产热轧带钢时，热轧终轧温度高于到目前为止大多仅到的850℃是允许的。在较高的终轧温度下轧制，对热轧带钢断面有有利影响，轧制可用较小的力进行，轧制速度可提高，可取消在精轧机组前为冷却而进行的粗轧带钢的摆动。总起来由此得到生产率提高。
从热轧终轧温度到位于室温与500℃之间的卷取温度的冷却，以15-70k/s的冷却速度加速进行。
在从热轧终轧温度的冷却中，可以在按本发明的方法中通过在从Ar3到Ar3-200℃的范围内***一个2-30s的冷却速度低于15k/s的冷却间歇来促进铁素体形成。
图2表示一个按本发明的钢在热轧中和热轧后的热轧带钢生产连同冷却过程的示意图。
从图中可以看出，当遵守给定的热轧终轧温度、冷却速度和卷取温度的条件时，能可靠地避免进入所不希望进入的珠光体区。
例1
一按本发明的、含根据表1成分的钢A，以热轧终轧温度875℃热轧到最终带钢厚度3.7mm，从这一温度起以30k/s冷却到表2给出的卷取温度(HT)。这一按本发明的钢A的性能按DIN EN 10002在扁平拉伸试样上测得。
沿长度方向和垂直于轧向的屈服限、抗拉强度、延伸率和屈强比等值，在表2中给出。
一个A试样在较高温度卷取(HT＝685℃)，这一试样中有珠光体，且没达到要求的性能。
为了比较，在表2中也列出了一从DE 34 40 752 C2中已知的、其成分根据表1的钢B的强度性能。
对按本发明的钢A，在80℃和350℃之间改变了卷取温度。为此每次测得的强度特征值表明，按本发明的钢在总的卷取区域中都有很好的性能，它们至少相当于已知的以硅合金化的对比钢B的性能。
在表2中也给出了一按本发明的根据表1成分的钢C的力学性能。结果是在直径为4mm的圆柱拉伸试样上测得的，热轧由扁平墩粗模拟，性能值在长度方向(材料流动方向)上测得，卷取温度在第一个试样上为200℃，在第二个试样上为400℃。这一钢也有好的各种力学性能，但比钢B有更好的表面质量。
在表2中给出的结果表明，在卷取温度的总区域中，屈强比低于0.8。
表1
(化学成分)
钢 C％ Mn％ Si％ P％ Al％ Cr％ N％ S％ Caqu
A 0.076 1.45 0.053 0.019 1.23 0.35 0.002 ＜0.001 0.16
B* 0.090 0.38 0.71 0.013 0.025 0.62 0.006   0.009 0.14
C 0.090 1.51 0.03 ＜0.005 1.19 0.50 0.005   0.004 0.19
D 0.20 1.49 0.04 ＜0.005 1.99 0.02 0.005   0.004 0.27
*)对比钢
                          表2
钢 与轧向的关系 ET[℃] HT[℃]  RP0.2，Reh[N/mm2] Rm[N/mm2] As(％) Rp0.2/RmReh/Rm RmA5N/mm2％
A L 860 80 372 639 30.3 0.58 19361.7
A Q 860 80 405 642 27.3 0.63 17526.6
A L 880 200 379 641 32.5 0.59 20832.5
A Q 880 200 402 640 25.6 0.63 16384
A L 880 280 320 588 36.3 0.54 21344.4
A Q 880 280 395 592 28.4 0.67 16812.8
A L 880 350 362 545 34.9 0.66 19020.5
A Q 880 350 363 542 34.8 0.67 18861.6
A** L 880 685 331 477 29.9 0.69 14262.3
A** Q 880 685 376 497 34.7 0.76 17245.9
B* L 200 368 579 28.5 0.64 16501.5
B* Q 200 388 570 26.4 0.68 15048
C L 910 400 380 506 37 0.48 18722
C L 880 350 417 524 33 0.72 17292
D L 910 350 447 569 35.5 0.79 20199.5
D L 880 400 440 561 37 0.78 20757
表2的注释*)对比钢                                  **)在要求范围之外(HT＞500℃)性能的测量按DIN EN 10002，扁平拉伸试样HT：卷取温度                               Rp0.2：0.02％屈服限，Rm：抗拉强度A5：断裂延伸率，                          L：沿轧制方向/Q：垂直于轧制方向。

Claims (5)

1.铁素体钢，含(质量％)
0.05-0.3％  碳
0.8-3.％    锰
0.4-2.5％   铝
＜0.2％     硅
＜0.08％    磷
＜0.05％    硫
其余为铁及不可避免的杂质，其按下式计算的碳当量大于0.1到0.325
Cqu＝％C+1/20％Mn+1/20％Cr+1/15％Mo含铝量为(质量％)：
Al≥7.6·Cqu-0.36
2.生产按权利要求1的钢的方法，该钢在热轧状态具有高的强度、好的冷变形性能和表面形貌，具有好的冷轧性能，具有主要由先共析铁素体和少量马氏体和/或贝氏体和/或残余奥氏体组成的组织，它经连续浇铸、以高于1000℃的热轧开轧温度和在以下范围的热轧终轧温度(ET)热轧
Ar3-50℃＜ET＜Ar3+100℃接着从热轧终轧温度(ET)以15-70k/s的冷却速度冷却到位于低于500℃的区域中的卷取温度并卷取。
3.按权利要求2的方法，其特征为：钢由以下元素单独地或几个元素共同地附加合金化(质量％)
＜0.05％ 钛
＜0.8％  铬
＜0.5％  钼
＜0.5％  铜
＜0.8％  镍
4.按照权利要求2的方法，其特征为：在Ar3和Ar3-200℃的温度区间***一个2-30s长的冷却间歇，在其中冷却速度小于15k/s。
5.按照权利要求1的钢的用途，将其用作生产冷变形的车轮盘材料。
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