专利名称：固溶强化各向同性钢及其制造方法
技术领域：
本发明涉及各向同性钢的制造技术，特别涉及固溶强化的各向同性冷轧/电镀锌/热镀锌带钢及其制造方法。
背景技术：
汽车工业出于减重节能的需要，近年来对高成形性的钢板提出了更高的强度要求。各向同性钢是指钢板的Δr值趋近于0并且r值趋近于1。各向同性有利于成形时材料在各个方向上的稳定流动和相互协调，不受相邻硬化区阻碍，有利于获得良好的加工成形性、壁厚减薄均匀并且无制耳。
如专利号DE3843732，其公开的各向同性钢的化学成分为C0.03～0.10％，Si≤0.40％，Mn 0.10～1.0％，P≤0.08％，S≤0.02％，≤0.009％N，0.015～0.080％Al，Ti 0.01～0.04％，≤0.15％的Cu、V和Ni中的一种或几种，其它为Fe和不可避免杂质组成。通过Ar3以上温度热轧，低温卷取(420～620℃)，冷轧、分批退火(700℃保温数小时以上)和平整后，可以获得较低的Δr值。
还有如US5906690，其钢的化学成分为C 0.015～0.08％，Si≤1.0％，Mn≤1.8％，P 0.01-0.1％，S≤0.02％，N≤0.008％，Al≤0.080％，另外含有Ti、V、Nb、Zr中的一种或几种，其它为Fe。通过Ar3以下温度终轧(≤850℃)，高温卷取(＞650℃)，冷轧(55-85％)、连续退火(800℃保温几十秒)和平整后，可以获得较低的Δr值。
专利号US2004/0112483A1，其钢的化学成分为C 0.03～0.06％，Si0.08～0.20％，Mn 0.5～1.10％，P≤0.015％，S≤0.015％，N≤0.007％，Al 0.015～0.07％，Ni≤0.04，Cu≤0.04，Mo≤0.008，Ti≤0.005。B/N0.65～1.60，Mn/Si4～15，其它为Fe和杂质。通过Ar3以上温度终轧，卷取(500～700℃)，冷轧(50-80％)、分批退火(700℃保温数小时以上)、退火后经过30小时的慢速冷却到室温，经平整后，可以获得较好的强度和成形性。
但是，上述公开的钢存在如下问题专利号DE3843732的钢，采用加Ti阻碍再结晶的方法，细化晶粒，改善织构，可以获得较好的各向同性。但由于加Ti后，屈服延伸变长，变形抗力大，会造成平整工序生产的很大难度，板形难控制。另外，采用较大平整率后，钢板的塑性降低。屈强比高是微合金钢的特性，因此，以这种方法制造的钢板，由于屈强比高，加工硬化率低，成形性较差，加之制造困难，对设备要求高，因此具有明显的缺点。
专利号US5906690，采用加Ti的成分设计方案，具有和上述DE3843732同样的技术缺点，并且，为了适应连续退火工艺的特点，在前工序采用了两相区轧制的工艺。由于两相区轧制时，钢处于相变进行阶段，变形抗力不稳定，难控制板形，因此，制造可行性较低。可见，该发明无论从工序可行性到最终产品的质量都存在较大缺陷。
专利号US2004/0112483A1的钢采用了C-Si-Mn的固溶强化技术方案，制造的产品主要用于镀有机膜，具有较低的屈强比。但该发明中，需要控制B/N比，同时希望控制Mn/Si比。由于N在冶金过程中，难以控制稳定，因此给实际实施会带来较大难度。该各向同性钢制造方法要求加入Si，Si容易形成氧化物夹杂，对于冲压性能不利，尤其对于薄板，影响尤其严重。Si还降低液锌在钢板表面的润湿性，不利于热镀锌时锌层的附着。此外，该发明要求再结晶退火后以一种准静态的超慢冷却速率冷却，不利于节约能源，降低了设备的生产效率。因此，该技术方案也有如上所述的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于设计一种固溶强化各向同性钢及其制造方法，通过合理的成分和工艺设计，获得冷轧、电镀锌和热镀锌的具有低碳高强度高成形性和优良的各向同性的钢板。
为达到上述目的，本发明的技术方案是，固溶强化各向同性钢，其成分质量百分比为C0.03～0.07Si≤0.03Mn0.4～1.0
P0.02～0.08S≤0.02N≤0.005B0.002-0.005Al0.015-0.05其余为Fe和不可避免杂质。
进一步，其成分质量百分比为C0.04～0.06Si≤0.01Mn0.5～0.7P0.03～0.07S≤0.005N≤0.004B0.0025-0.004其余为Fe和不可避免杂质。
进一步，上述成分中，杂质Ti+Nb≤0.004。
本发明的固溶强化各向同性钢的制造方法，包括如下步骤，1)冶炼，浇铸成钢坯；2)钢坯热轧，终轧温度830-930℃，卷取温度520～620℃；3)酸洗，常规酸洗工艺；4)冷轧，压下率为50～80％；5)退火，保温温度630-720℃，保温时间4-30小时在炉中冷却到200℃以下出炉，进行风冷或空冷；6)平整，平整得到冷轧产品。
又，步骤6)1.2-1.6％平整后得到冷轧产品，再电镀锌，获得电镀锌产品。
步骤6)平整为0.3-0.8％的平整，平整后连续热镀锌机组镀锌，采用全硬退火工艺，退火温度550-650℃，然后经过1.0～1.6％平整，得到热镀锌产品。
在本发明中，
C对钢的r值有一定影响，当C很低时，r值一般较高，各向异性很大；C含量过高则不利于焊接性和成形性。因此，本发明中，选取碳量区间有可能获得较低的r值，为获得各向同性的基础，同时兼顾量焊接和成形。
Si在钢中有强化作用也降低r值，但Si易形成氧化物，不利于成形性，还降低钢板的涂镀性，因此本发明不添加Si并限制钢中的Si含量。
Mn起到固溶强化作用，降低r值，但Mn明显降低钢的塑性。如果单独添加Mn达到1.0％以上，钢的塑性就会受到较大影响。本发明选取Mn做为主要固溶强化元素之一，并起降低r值的作用，但单独凭Mn不足以得到理想的各向同性，因为一般低碳钢的r90＞r0＞r45，Mn虽然降低了r90和r0同时也降低r45，造成r90和r0高于1，而r45低于1，由于r90和r0比r45高得多，通常Δr值在0.4以上。因此，还需要P综合起作用，才能获得理想的各向同性。
P起到固溶强化作用，并且微量的P就有很明显的强化效果，从而对塑性影响小，所以本发明选取P做另一主要固溶强化元素。P更为重要的作用就是和Mn一起调节r值，促进获得各向同性。当P在0.02％以下时，对Δr值的改善通常不明显，当添加P达到0.02％以上时，r0和r90就会在原来只加Mn的基础上进一步降低，降低到非常接近于1，而此时已经小于1的r45并不进一步下降，从而使得三个方向的r值更加接近，从而r平均值趋近于1而Δr值趋近于0。按照本发明的成分和工艺设计，可以将Δr值控制在0.1-0.3之间，各向同性非常理想。P在提高强度的同时，对钢的塑性有一定降低，因此限制其添加上限。
B在钢中和N结合，起到提高抗时效性的作用。
S在钢中为杂质元素，含量应当尽量低。
Al在钢中起到了脱氧作用的作用。
N在钢中是固有元素，易引起钢的时效，可按照炼钢设备条件，将其控制在较低的水平。
杂质元素Ti、Nb在钢中也对性能有影响，尽量将残留含量控制在较低的水平，本发明中Ti+Nb≤0.004或≤0.003。
工艺流程和主要参数控制范围如下
1、冶炼，浇铸成钢坯→热轧→酸洗→冷轧→退火→平整→冷轧产品；2、冶炼，浇铸成钢坯→热轧→酸洗→冷轧→退火→平整→电镀→电镀锌产品；3、冶炼，浇铸成钢坯→热轧→酸洗→冷轧→退火→平整→热镀锌→热镀锌产品。
热轧830-930℃终轧，520～620℃卷取；采用常规的终轧温度，有利于工艺的稳定性，采用较低的卷取温度，有利于获得细小的晶粒，促进无序分布，从而降低各向异性。热轧后采用快速冷却，各向同性的效果更理想。
酸洗常规，充分洗去氧化铁皮；冷轧压下率为50～80％；在本发明中，冷轧压下率对r值对影响不大，可以在50～80％范围任意选择适当的冷轧压下率；退火630-720℃保温，保温时间应保证充分再结晶，根据带钢重量控制在4-30小时范围内，然后在炉中冷却到200℃以下出炉，进行风冷或空冷。过低的保温温度会造成再结晶不完全，塑性低；过高的保温温度则会破坏热轧低温卷取的组织遗传效果。
退火后的带钢，经过1.2-1.6％平整后得到冷轧产品，如果去电镀锌，则获得电镀锌产品。平整量低于1.2％不能有效消除屈服延伸，平整率高于1.6％一方面导致轧制负荷过大，另外还降低塑性。
退火后的带钢，经过0.3-0.8％的平整后，去连续热镀锌机组镀锌，采用全硬退火工艺，退火温度550-650℃，然后经过1.0～1.6％平整，得到热镀锌产品。采用0.3-0.8％的平整率，可以改善板形，有利于热镀锌机组的运行稳定，同时基本不影响钢的塑性；热镀锌退火550-650℃，既可以还原表面氧化膜，有利于涂镀性能，同时不影响钢板在前面退火工序得到的力学性能。热镀锌退火温度低会造成还原不充分，影响涂镀；热镀锌退火温度高会影响前面退火工序获得的力学性能。
发明钢经上述处理后，可以获得屈服强度在200-300Mpa之间，抗拉强度在350-450Mpa之间的具有良好各向同性的带钢。
本发明的有益效果本发明采用固溶强化思路，利用Mn降低r值的总体水平，并通过加P调节3个方向r值的相对差异，辅助以适当的工艺，获得理想的各向同性，具有低碳高强度高成形性并且具有各向同性特点(r值趋近于1，Δr值趋近于0)。并且利用本发明，可以同时获得冷轧、电镀锌和热镀锌三种产品，无论从制造便利性、经济性和环保等角度而言，均具有鲜明的特点，优于现有发明。
本发明钢经冶炼、热轧、冷轧、退火、平整、电镀锌或热镀锌后，制成冷轧、电镀锌或热镀锌成品可以用于汽车制造和其它对强度和成形性都有较高需求的零件，具有较好的应用前景。
具体实施例方式
实施例参见表1，表1 wt％
表2
表3发明钢的性能
表2所示为本发明钢的工艺参数及力学性能对照。本发明钢经冶炼、热轧、冷轧、退火和平整后(或电镀或热镀锌后)得到的强度见表3所示。
从表3可以看出，按照本发明可以制造出屈服强度在200～300Mpa之间的钢板，具有良好的成形性和各向同性。可见，通过本发明适当的成分设计，合理的热轧、冷轧和退火工艺，及镀锌工艺，可以获得成形性优良的各向同性钢板。和其它发明相比，无论从实施难度，到节能和环保都有较大提高。并且，热镀后可以获得热镀锌的产品，大大有利于提高耐蚀性，降低产品成本。从这些角度而言，本发明在成分设计和工艺设计上综合优于原有发明。
权利要求
1.固溶强化各向同性钢，其成分质量百分比为C0.03～0.07Si≤0.03Mn0.4～1.0P0.02～0.08S≤0.02N≤0.005B0.002-0.005Al0.015-0.05其余为Fe和不可避免杂质。
2.如权利要求1所述的固溶强化各向同性钢，其特征是，其成分质量百分比为C0.04～0.06Si≤0.01Mn0.5～0.7P0.03～0.07S≤0.005N≤0.004B0.0025-0.004其余为Fe和不可避免杂质。
3.如权利要求1或2所述的固溶强化各向同性钢，其特征是，所述的杂质中，Ti+Nb≤0.004。
4.如权利要求1所述的固溶强化各向同性钢的制造方法，包括如下步骤，1)按权利要求1所述的成分冶炼，浇铸成钢坯；2)钢坯热轧，终轧温度830-930℃，卷取温度520～620℃；3)酸洗，常规酸洗工艺；4)冷轧，压下率为50～80％；5)退火，保温温度630-720℃，保温时间4-30小时在炉中冷却到200℃以下出炉，进行风冷或空冷；6)平整，平整得到冷轧产品。
5.如权利要求4所述的固溶强化各向同性钢的制造方法，其特征是，步骤6)1.2-1.6％平整后得到冷轧产品，再电镀锌，获得电镀锌产品。
6.如权利要求4所述的固溶强化各向同性钢的制造方法，其特征是，步骤6)平整为0.3-0.8％的平整，平整后连续热镀锌机组镀锌，采用全硬退火工艺，退火温度550-650℃，然后经过1.0～1.6％平整，得到热镀锌产品。
全文摘要
固溶强化各向同性钢，其成分质量百分比为C0.03～0.07、Si≤0.03、Mn0.4～1.0、P0.02～0.08、S≤0.02、N≤0.005、B0.002－0.005、Al0.015－0.05、其余为Fe和不可避免杂质。其制造方法，包括如下步骤，1)冶炼，浇铸成钢坯；2)钢坯热轧，终轧温度830－930℃，卷取温度520～620℃；3)酸洗，常规酸洗工艺；4)冷轧，压下率为50～80％；5)退火，保温温度630－720℃，保温时间4－30h，冷却到200℃以下出炉；6)平整，得到冷轧产品。本发明采用固溶强化思路，利用C、Mn降低r值的总体水平，并通过加P调节3个方向r值的相对差异，辅助以适当的工艺，获得理想的各向同性钢。
文档编号B21B37/58GK101078085SQ200610026898
公开日2007年11月28日 申请日期2006年5月25日 优先权日2006年5月25日
发明者朱晓东, 戴学诚, 徐嘉春, 郑建忠, 黄胜标, 刘建一, 张兰 申请人:宝山钢铁股份有限公司