专利名称：通过焙烧制备硬化钢板的方法及由此获得的钢板和钢材的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过焙烧制备硬化钢板的方法，即英文所谓“bakehardening(焙烧硬化法)”，以及由此获得的钢板和钢材。
这些钢板和钢材可具有防腐蚀保护层，比如通过热镀锌、或电镀锌而获得的保护层。这种钢板特别用于汽车表面部件的生产，比如发动机罩，而厚度大于钢板的钢材则特别用于汽车的结构部件。
事实上，汽车表面部件采用的材料应易于冲压，并在冲压后具有很强的抗压痕性，且应尽可能轻巧以减少车辆的消耗。
然而，这些不同的特性却是相互矛盾的具有良好可冲压性的材料其弹性较差，而抗压痕性则要求较好的弹性和较大的厚度。
我们因此开发了称作“焙烧硬化(bake hardening)”的钢材(也叫BH钢材)，在成型前，其弹性较差因此易于冲压。但是，冲压完毕后立即以涂料包裹并进行焙烧热处理(例如在170摄氏度下持续20分钟)，我们可以发现BH钢板或钢材的弹性大大增强，因此具有了良好的抗压痕能力。
对于汽车结构部件来说，在保护层的焙烧中获得硬化特性特别有利于降低厚度，因此也就减轻了这些部件的重量。
从冶金学的角度来解释，这些性质的改变是由于钢材中的碳变为固溶体。这种碳天然就有在钢材的位错上固定直到其饱和的趋势，由此使钢材硬化。通过在工艺过程中控制固溶体碳的数量和在钢材中出现的位错的密度，我们就可以在我们需要时，采用创造新的位错并用保持固溶体态且在热激活作用下迁徙的碳使这些位错饱和的方法，使钢材硬化。但是，应该避免固溶体碳的量过多，因为这样在冲压前可能以偶然硬化的形式引起钢材老化，冲压的效果就可能与预定目标相反。
我们很了解某些焙烧硬化钢材，它们含有锰、硅及较大量的磷(质量约占0.1％)。这些钢材在45MPa的焙烧(BH)处理后拥有良好的机械特性和较大的弹性，但其自然老化很严重。
因此，本发明的目的在于制备具有良好机械特性，在至少40MPa的焙烧(BH)处理后有良好弹性且比上述工艺所制备钢材更抗自然老化的焙烧硬化钢。
为实现本发明的目的，本发明首先提供了一种通过焙烧制备硬化钢板的方法，它包括—一种钢材的冶炼，其包括以重量％表示的下述成分0.03≤C≤0.060.50≤Mn≤1.100.08≤Si≤0.200.015≤Al≤0.070N≤0.007Ni≤0.040Cu≤0.040P≤0.035S≤0.015Mo≤0.010Ti≤0.005可以理解它还含有硼，其含量为0.64≤BN≤1.60]]>余量为铁和冶炼产生的杂质；—对该种钢材的板坯进行浇铸，而后为得到钢板而对板坯进行热轧，热轧末期的温度应高于Ar3点的温度；—在500至700摄氏度条件下对该钢板进行卷制；然后—对该钢板冷轧，其缩减率在50％到80％之间；—进行不间断退火的热处理，持续时间在15分钟以内；以及—进行缩减率在1.2％和2.5％之间的冷锻。
在本发明的第一实施方案中，不间断退火的热处理包括—加热钢材，直到使其温度达到750至850摄氏度；—保持恒温；—首次冷却直至温度降至380到500摄氏度之间；以及—保持恒温；和—第二次冷却直至降至周围环境温度。
在本发明的第二实施方案中，首次冷却包括一个缓慢的第一阶段，以低于每秒10摄氏度的速度进行，然后是较快的第二阶段，以每秒20至50摄氏度的速度进行。
该方法也可包含以下改变，可单独或同时采用—钢材中锰和硅的含量如下所示4≤%Mn%Si≤15]]>—钢材中锰的含量占0.55％到0.65％重量比之间，硅的含量在0.08％到0.12％重量比之间；—钢材中锰的含量占0.95％到1.05％重量比之间，硅的含量在0.16％到0.20％重量比之间；—钢材中氮的含量在0.005％重量比以下；—钢材中磷的含量在0.015％重量比以下。
根据本发明，组分中碳的含量应在0.03％和0.06％重量比之间，因为该成分显著降低延展性。但为避免老化问题，最低0.03％的含量还是必要的。
根据本发明，组分中锰的含量应在0.50％和1.10％重量比之间。锰改善了钢材的弹性但大大降低了延展性。如含量在0.50％以下，我们会发现老化的问题，而如果含量超过1.10％，则会过分降低延展性。
根据本发明，组分中硅的含量应在0.08％和0.20％重量比之间。硅大大改善了钢材的弹性，略微降低了其延展性，但增加了其抗老化性。如果它的含量在重量上低于0.08％，钢将表现不出良好的机械特性，然而如果它在重量上超过0.20％，则表面将遇到出现虎纹裂纹的问题。
在本发明的优选技术方案中，锰元素的含量与硅元素的含量配比的关系被设定在4和15之间，以此避免所有闪光焊接的脆度问题。事实上，如果我们不考虑这些数值，我们会观察到在焊接操作过程中致使脆度增加的氧化物的形成。
硼元素的主要作用是通过初期沉淀氮化硼的方式固定氮元素。所以应该加足量硼以避免大量氮元素保持自由态。不过也不要过量，因为多余的自由态氮可能导致比如筒管边缘染色之类的冶金上的问题。我们要指出，经过严格化学计算后得知B/N的关系为0.77是最合适的比例。
根据发明，组分中铝元素的含量应在0.015％到0.070％重量比之间，但并不存在一个临界值。根据本发明，在浇铸的过程中会使用铝，我们在此过程中加入此元素是为了使钢脱氧。然而，重要的是重量上不要超过0.070％，否则可能会碰到氧化铝夹杂物的问题，对钢的机械特性会产生有害的影响。
根据本发明，钢中磷的含量应限制在低于0.035％重量比，优选低于0.015％重量比。这样可以提高其弹性极限，但这样同时会提高其在受热处理中的老化趋势，这也是其局限性所在。磷同样对钢材的延展性有害。
组分中钛元素的含量应低于0.005％重量比，硫的含量应低于0.015％重量比，镍的含量应低于0.040％重量比，铜的含量应低于0.040％重量比，钼的含量应低于0.010％重量比。这些不同的元素事实上组成了在此中钢材制造过程中最常碰到的残余元素。我们限制其含量因为他们可能形成夹杂物以致降低钢材的机械特性。在这些残余元素中同样可以发现一些铌，我们并没有加入这成份，但它可以以痕量状态出现，即含量低于0.004％，优选低于0.001％，也可以通过特殊处理使其达到0。
本发明的另一目的在于提供一种采用本发明方法制备的焙烧硬化钢板，其弹性极限(limite d’élasticité)为260至360MPa，抗拉强度极限为320至460Mpa，BH2值高于40MPa，优选高于60MPa，其弹性极限平台(palier de limited’élasticite)等于或小于0.2％。
本发明将通过下列例子证明。下面的图表给出了不同钢材的组成，检测结果用重量百分比(％)标出，在此之中，浇铸1至4符合本发明，5号浇铸用作对照组
1至5号浇铸的余量部分由铁和可能在冶炼过程中产生的杂质组成。焙烧后弹性极限增加的测量为了定量测量钢在焙烧后的弹性极限的可能增加，我们进行了一些常规试验，模拟了现实使用，在此过程中我们冲压一块钢板，然后将其焙烧。
我们用一个试件承受2％的单轴拉力，然后进行170℃，20分钟的热处理。
在此过程中，我们连续的测量—从刚接受过连续焙烧的钢板上剪下的试件的弹性极限Re0，然后—承受2％的单轴拉力的试件的弹性极限Re2％，以及然后—接受170℃，20分钟的热处理后的弹性极限ReTT。
在此常规试验中通过Re0和Re2％的差别可以计算试件的硬化(workhardening或WH)，同时通过Re2％和ReTT的差别可算出利用BH2的常规试验中的焙烧硬化。
使用的缩写A以百分比(％)计断裂延伸Re以MPa计弹性极限Rm以MPa计抗拉强度n冷锻系数P以百分比(％)计的弹性极限平台实施1我们从1号到4号浇铸制造一些初轧板坯，然后把它们在高于Ar3的高温中热轧。对于这些浇铸，最终轧制温度为854到880℃。我们绕制这样得到的钢板，对于这些浇铸，绕制温度为580到620℃。然后将它们冷轧，缩减率在70％到76％。
然后钢板要接受连续的退火，分以下几个步骤—重新加热钢板到750℃，重新加热速度为6℃/s，然后—保持此温度50秒，—将温度缓慢降低到650℃，降温速度为4℃/s，然后
—快速冷却到400℃，冷却速度为28℃/s，—保持此温度170秒，然后—冷却至常温，冷却速度为5℃/s.
然后我们在这些钢板上切割下试件，测量其弹性极限Re0。然后，我们使这些试件承受2％的单轴拉力，然后测量它们的弹性极限Re2％以及其他机械特性。接下来，我们让它们接受一个170℃，20分钟的常规热处理，测量它们新的弹性极限ReTT。然后计算它们的BH2。
获得的结果如下表所示
然后我们在接受持续退火处理的钢板上割下新的试件，使其接受75℃，10小时的热处理。此热处理等同于常温下6个月的自然老化。我们会得到以下结果
模拟6个月自然老化后，我们观察到，按照发明，浇铸1至3在Z面上没有表现出严重老化的迹象(小于或等于0.2％)。
实施例2我们从1号到5号浇铸制造一些初轧板坯，然后把它们热轧，最终轧制温度为850/880℃。我们绕制这样得到的钢板，绕制温度为580/620℃然后将它们冷轧，缩减率在70/76％。
然后接下来，对钢板要进行连续退火的过程，具体步骤如下—将钢板再加热直至820℃，升温速率应为7℃/秒，然后—将820℃的温度保持30秒，然后—将钢板缓慢冷却至650℃，降温速率应为6℃/秒，然后—将钢板迅速冷却至470℃，降温速率应为45℃/秒—将这一温度保持20秒，然后—将钢板降温至常温，降温速率应为11℃/秒。
接下来，我们从钢板上切割下一些试件，测量它们的弹性极限为Re0。然后对这些试件进行单轴拉伸，拉伸率为2％，测量此时的弹性极限为Re2％，同时记录它们的其他机械特性。接下来，对这些试件进行受热试验，将它们加热到170℃，并保持这一温度20分钟，然后测量它们新的弹性极限ReTT，并计算它们的BH2。
将计算结果记录在以下表格中
我们可以看到，采用本发明的浇铸1至4表现出良好的机械特征，在BH2上表现优秀，并且没有表现出或只表现出微小的弹性值上升，这与浇铸5的表现大相径庭，浇铸5的弹性值上升了1.2％。
我们接下来在经历了连续退火处理的钢板上重新采取试件，同样对它们进行受热试验，将它们加热到75℃，并保持这一温度10小时。这一受热试验的效果相当于在常温下6个月的自然老化。试验结果列于下表中
在模拟了6个月的自然老化效果后，我们可以看出采用新方法的浇铸1至4在Z面并没有表现出严重老化现象(低于或等于0.2％)，而浇铸5则出现了1.8％的老化幅度。
权利要求
1.通过焙烧制备硬化钢板的方法，其包括—一种钢材的冶炼，所述钢材包括以重量％表示的下述成分0.03≤C≤0.060.50≤Mn≤1.100.08≤Si≤0.200.015≤Al≤0.070N≤0.007Ni≤0.040Cu≤0.040P≤0.035S≤0.015Mo≤0.010Ti≤0.005其还含有硼，含量为0.64≤BN≤1.60]]>余量为铁以及以冶炼产生的杂质；—对该种钢材的板坯进行浇铸，而后为得到钢板而对板坯进行热轧，热轧末期的温度高于Ar3点的温度；—在温度500-700℃之间对钢板进行卷制；然后—对上述钢板进行冷轧，其缩减率在50％至80％之间；—进行连续退火处理，处理时间低于15分钟；以及—对钢材进行冷锻，其间缩减率在1.2-2.5％之间。
2.权利要求1所述的方法，其特征在于所述连续退火热处理包括—加热钢材，直到使其温度达到750至850摄氏度；—保持恒温；—首次冷却直至温度降至380到500摄氏度之间；以及—保持恒温；和—第二次冷却直至降至周围环境温度。
3.权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述首次冷却包括两部分第一部分为慢降温，降温速率低于10℃/秒，第二部分为快速降温，降温速率在20-50℃/秒之间。
4.权利要求1至3任意一项所述的方法，其特征还在于所述钢材中锰与硅的含量关系为4≤%Mn%Si≤15]]>
5.权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征还在于所述钢材中锰的含量在0.55-0.65％重量比之间，硅含量在0.08-0.12％重量比之间。
6.权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征还在于所述钢材中锰的含量在0.95-1.05％重量比之间，硅含量在0.16-0.20％重量比之间。
7.权利要求1至6任意一项所述的方法，其特征还在于所述钢材中氮含量低于0.005％重量比。
8.权利要求1至7任意一项所述的方法，其特征还在于所述钢材中磷含量低于0.015％重量比。
9.按照权利要求1至8任意一项方法制备得到的焙烧硬化钢板，其特征在于所述钢板的弹性极限在260-360MPa之间，抗拉伸能力在320-460MPa之间，BH2值在40MPa以上，而且弹性极限平台低于或等于0.2％。
10.权利要求9所述的钢板，其特征在于所述硬化钢板的BH2值在60MPa以上。
11.一种部件，其采用从权利要求9或10所述的硬化钢板切割粗坯并在200℃以下的温度进行焙烧而得到。
全文摘要
该发明涉及一种通过焙烧制备硬化钢板的方法，其中包括一种钢材的冶炼，所述钢材的组成如下(％重量比)0.03≤C≤0.06，0.05≤Mn≤1.10，0.08≤Si≤0.02，0.015≤Al≤0.070，N≤0.007，Ni≤0.040，Cu≤0.040，P≤0.035，S≤0.015，Mo≤0.010，Ti≤0.005；需要注意其中也包括硼元素，其含量为0.64≤B/N≤1.60，余量组分为铁和冶炼产生的杂质；对该种钢材的板坯进行浇铸，而后为得到钢板而对板坯进行热轧，热轧末期的温度应高于Ar3点的温度；在500至700摄氏度条件下对该钢板进行卷制，然后对该钢板进行冷轧，其缩减率在50％到80％之间；进行不间断退火的热处理，持续时间在15分钟以内，随后进行缩减率在1.2％和2.5％之间的冷锻，如此得到硬化钢板和钢材。
文档编号C21D8/04GK1705757SQ200380101406
公开日2005年12月7日 申请日期2003年10月10日 优先权日2002年10月14日
发明者若埃尔·马萨尔, 费尔南德·基尔希, 多米尼克·梅斯科利尼 申请人:法国北方钢铁联合公司