具有优异可成形性和疲劳性能的高强度热轧钢带材或片材以及生产所述钢带材或片材的方法
【专利说明】具有优异可成形性和疲劳性能的高强度热轧钢带材或片材 以及生产所述钢带材或片材的方法
[0001] 本发明涉及一种具有570至870MPa的拉伸强度和总体延伸率、拉伸翻边可成形 性、以及耐疲劳性的高强度热轧钢带材或片材以及生产所述钢带材或片材的方法。
[0002] 在提高的强度下可成形性的提高对于广泛的市场来说是所需的。特别是在汽车工 业中（其中立法正在驱动燃料经济性和安全性的改进），有朝着较强的、可成形的高强度钢 的走向。高强度和超高强度钢带材为汽车制造商提供了重量下降的车辆结构的潜力以及对 抗由朝着电动和混合动力车辆的走向所引起的重量增加的可能。另外，高强度和超高强度 钢在决定现代乘用车的性能和防撞性中起到关键的作用。
[0003] 近些年来，已开发出所谓的多相钢以满足对于高强度和可成形性的需求。这种钢， 包括双相（DP)钢（包含铁素体和马氏体）和相变诱发塑性（TRIP)钢（包含铁素体、贝氏 体和残留奥氏体），提供了在高强度下高的均匀及总体的延伸率。
[0004] 尽管对于许多应用，可认为拉伸延伸率是可成形性的一个主要指标，但其它参数 对于一些成形路线和服务中的性能可为关键的。特别地，高的拉伸边缘延展性（可扩孔性 (hole expansibility))对于在白车身和底盘及悬架中的广泛应用可为至关重要的。常规 的多相显微组织（例如在DP和TRIP钢中发现的那些，包含硬相和软相的混合物同时提供 高的拉伸延伸率）通常在拉伸边缘延展性测试中表现差。
[0005] 更多最近的努力已致力于开发新种类的钢，为此显著改进拉伸边缘延展性。设计 此类钢包括纳米析出的铁素体钢、铁素体-贝氏体钢、复相钢和所谓的第三代AHSS (先进高 强度钢）以寻找拉伸延展性和拉伸边缘延展性之间的较好平衡。复相钢是这些变体在冷轧 退火和热轧条件下都被商业利用最多的钢。
[0006] 复相钢的显微组织包含铁素体与贝氏体和马氏体。与DP钢相比，这种组织展示出 极大改进的拉伸边缘延展性，但是以牺牲一些拉伸延展性为代价。然而，在一些情况下，用 拉伸延展性交换拉伸边缘延展性是许可的。实例包括辊轧成形的部件（其中需要可弯曲性 而不是可拉伸性）、由坯材成形的零件（其中已预冲孔）、用于在压锻成形期间导致高的边 缘变形的设计的部件。
[0007] 在成形前，复相钢还通常展示出比DP或TRIP钢更高的屈服强度。在成形前的高 屈服比对于辊轧成形中的形状控制、在经受有限的变形的成形零件中实现所需的强度以及 在整个成形零件中实现均匀的强度也可为有利的。高屈服强度在碰撞中也可为有益的。显 微组织的较大均匀性和高屈服强度在疲劳性能（其在底盘和悬架应用中特别重要）方面也 可为有益的。
[0008] 热轧CP钢的复杂性能要求热轧轧机工艺条件的严格控制。三种相必须在输出辊 道上或在盘管上成形。不能实现所需的复杂冷却方式可导致从卷材到卷材以及在卷材之中 的机械性质的不可接受的变化。对工艺变化不敏感并且能使卷材到卷材以及在卷材之中的 性质一致的化学组成对于商业CP钢的生产是主要的要求。
[0009] EP1338665公开了用于此目的的钛-钼钢。钼是一种昂贵的合金化元素，且需要 在集成的钢铁厂中分离废料，以防止含钼废料重新引入到钢循环中，这对于生产高r值的 冷轧包装钢是不利的。在EP 2267175中提供了仅钛的解决方案。然而，钛的使用对于常规 热轧制需要热装。此外，大的钛基夹杂物可能损害拉伸翻边可成形性以及劣化疲劳性能。 此外，钛基钢组合物对于在紧凑的生产（CSP)设备（其中整合了铸造和热轧）上钢生产不 太适合。原因是在CSP生产线铸造期间钛导致堵塞。
[0010] 本发明的目的是提供一种具有拉伸强度、总体延伸率、拉伸翻边可成形性和耐疲 劳性的优异组合而不用钼作合金化元素的高强度热轧钢带材或片材。关于拉伸强度，是指 极限拉伸强度，通常用TS或Rm表示。
[0011] 本发明的又一个目的是提供一种具有拉伸强度、总体延伸率、拉伸翻边可成形性 和耐疲劳性的优异组合而不用钛作合金化元素的高强度热轧钢带材或片材。
[0012] 本发明的又一个目的是提供一种具有拉伸强度、总体延伸率、拉伸翻边可成形性 和耐疲劳性的优异组合的高强度热轧钢带材或片材，其可在常规带钢热轧机（从厚板坯） 中，以及在薄板坯、直接轧制设备生产，而无需化学组成的改变。
[0013] 通过提供具有570至870MPa的最大拉伸强度以及总体延伸率、拉伸翻边可成形 性和耐疲劳性的高强度热轧钢带材或片材来达到一个或多个目的，该钢（以重量％计）包 含：
[0014] · 0. 015-0. 075% C ；
[0015] #1.0-2.0% Mn;
[0016] · 0. 02-0. 30% V ；
[0017] ?任选 0· 01-0. 08% Nb ;
[0018] 春至多 0.5% Si;
[0019] 春至多 0.06% P ;
[0020] ?至多 0.01% S ;
[0021] ?至多 0· 1% Al_sol ;
[0022] ?至多 0.020% N ;
[0023] ?任选的钙，其量与用于夹杂物控制的钙处理一致；
[0024] ?余量的Fe和不可避免的杂质；
[0025] 其中 Nb、V、Al_sol、C 和 N 的含量满足 <eq. 1> 和式 <eq.2>
[0028] 其中该钢片材具有析出强化和主要单相铁素体显微组织，其中铁素体的分数不小 于 97%。
[0029] 根据本发明的钢含有仅作为杂质的钛和钼。
[0030] 根据本发明的钢提供了高强度以及高拉伸延展性和高的扩孔能力（即拉伸翻边 可成形性）的组合。这是通过使用单相铁素体显微组织实现的。这意味着显微组织中的铁 素体体积分数不应低于97%。延展性铁素体显微组织能够容纳高拉伸延展率以及高扩孔能 力。高密度的V和/或（Nb, V)碳氮化物析出物提供了足够的强度。除了高拉伸延展性和 高扩孔能力的优异组合外，单相铁素体显微组织还提供优良的疲劳性能。高的总体延伸率 伸长和高扩孔能力的组合降低由于压制期间或服役期间的边缘开裂所导致的失效风险。
[0031] 常规的HSLA/AHSS (双相、铁素体-贝氏体或复相）具有包含铁素体基体和富碳相 成分的混合显微组织。基体和富碳相成分之间的硬度差别促进变形和随后的裂纹生长时的 微孔成核。因此，这些钢种具有较差的扩孔能力和疲劳性能。
[0032] 单相铁素体钢种（如EP1338665公开的那些）依赖于使用钼以达到高（析出）强 度。本发明避免了钼的使用，因为它是非常昂贵的合金化元素。
[0033] EP 2267175中公开的单相铁素体钢种依赖于钛而不使用钼的强度，并由TiC获得 了其析出强化。此专利中规定的拉伸强度范围是520-720MPa。故意保持氮水平低以避免的 大TiN夹杂物，这可损害拉伸翻边可成形性以及疲劳性能。
[0034] 本发明有意避免使用钛，且将析出强化依赖于使用钒或使用钒和铌。与EP 2267175的理念不同，本发明依赖于碳与氮，即碳氮化物的析出。使用氮增加析出效果（特 别是钒的）。优势还在于，相比碳化物，（碳）氮化物不易粗大化（即奥斯特瓦尔德成熟）， 减少卷曲或后续热处理期间的强度损失。
[0035] 固溶体的铝必须是低的，以防止因形成AlN导致的氮损失，且必须具有对于与钒 或钒和铌形成氮碳氮化物足够的氮。钢中的总铝含量（Al_tot)由因钢脱氧而结合到氧化 物的错（Al_ox)和固溶体的错（Al_sol)组成。Al_sol应该为最多0· lwt%，且优选最多 0. 03wt%，且更优选最多0.0 lwt%。Al_sol有时被称为酸溶性铝，因为它溶于酸，而结合到 氧化物的铝（氧化铝）不这样。
[0036] 为了提高钒对析出过程的效率和增加其对析出强化的贡献，高氮水平是优选的。 氮是重要的，因为它的存在促进氮化物形成。相比碳化物，氮化物不易粗大化，因此在卷 曲过程中将会损失更少的析出强度。必须注意，在析出过程中消耗所有氮以及所有碳。后 者对于防止渗碳体或珠光体成分的形成是重要的，这可损害拉伸翻边可成形性以及疲劳 性能。因此，N含量应该为最多0.02wt%。然而，为了优化析出强化，N含量应该优选为至 少 0· Olwt%。
[0037] 所述组成需要带有适量的C、N、Al_sol、V和任选Nb以及（C+N)和（Nb+V)之间的适 当平衡以得到足够的析出加强，且避免渗碳体和/或珠光体的形成。发明人发现，当组成 满足<eq. 1>和<eq. 2>时，该组成对