专利名称：高延展性钢板及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种高延展性冷轧钢板以及该高延展性钢板的制备方法，所述高延展性冷轧钢板具有高的扩孔性。
背景技术：
用于形成汽车的车底架的钢板需要具有由扩孔性表示的高延展性。对钢板的延展性有不利影响的已知夹杂物是氧化物(如Al2O3)和硫化物(如MnS)。对于提供具有高延展性钢板而言，重要的是减少包含在钢板中的那些夹杂物的量。
在JP-A-2000-144230和2002-327239中公开的用于改善钢板延展性的技术试图减少氧化铝簇的量。在JP-A-2000-1736中公开的技术形成了高延展性的高张力钢板，该钢板包含具有预定化学组成和颗粒大小为1～50μm的氧化物夹杂物，并且包含TiO2、CaO和REM氧化物中的至少一种。
基本上，那些现有技术向钢板中加入Ti作为必要成分，以改善钢板的延展性。然而，在某些情况下，钢板中会产生硬的TiN夹杂物，并且该硬的TiN夹杂物会使钢板的延展性变差。
例如，在JP-A-2002-212674中公开的冷轧钢板(其中Ti不是必要成分)含有Mg。在这种含Mg的现有技术钢板中形成的穿孔边缘内所形成的裂缝微小且均匀，这说明该钢板的扩孔性获得了改善。虽然那些现有技术对于将钢板的延展性改善至一定程度是有效的，但是由那些现有技术产生的钢板延展性未必达到最近几年所需求那样高的延展性。
发明内容
因此，本发明目的是提供一种具有高扩孔性的高延展性钢板，以及制备高延展性钢板的方法。
在本发明第一方面的一种钢板，其碳含量在0.04～0.25质量％范围，Si含量在0.05～3质量％范围，Mn含量在0.1～3质量％范围，Al含量在0.01～2质量％范围，P含量为0.02质量％或更低且高于0质量％，而S含量在0～0.005质量％范围；其中包含在1kg钢板中的CaO·Al2O3夹杂物的数量为70或更低，所述CaO·Al2O3夹杂物含有CaO、Al2O3、SiO2和MgO，并且CaO含量为5％或更高，SiO2含量为0.1％或更高，Al2O3含量为60％或更高，而且分别具有30μm或更高的长轴。
在本发明第二方面的扁钢坯(steel slab)的制备方法，其包括如下步骤在脱碳炉中已脱碳的并且包含于钢包中的熔化钢上制备CaO炉渣，该CaO炉渣含CaO，Al2O3，SiO2，MgO，MnO和Fe，并且CaO含量为45％或更高，总Fe含量为5％或更低，而MnO含量为3％或更低；通过气体搅拌法搅拌熔化钢和CaO炉渣，使熔化钢脱硫，以使该熔化钢的S含量降低到0.005％或更低。脱硫后的熔化钢在真空循环脱气装置中循环10分钟或更长；将在真空循环脱气装置中循环后的熔化钢浇铸以形成扁钢坯。
本发明的钢板能够由这样形成的扁钢坯进行制备。
本发明通过使脱碳后(由脱碳炉脱碳)的熔化钢进行有效的脱硫(通过适当调节CaO夹杂物的组成)，有效降低了熔化钢的S含量，从而抑制了硫化物夹杂物的产生，并且降低了起源于CaO炉渣的氧化物夹杂物，因而对钢延展性的不利影响达到最小的可能程度。高延展性钢板能够通过加工扁钢坯进行制备，而该扁钢坯是由浇铸这样产生的熔化钢而制备的。
具体实施例方式
钢中包含的各种夹杂物是降低由加工钢所制备钢板的延展性的主要因素，并且加工钢板时会导致裂缝。这些夹杂物的减少会改善钢板的延展性。当S含量高的熔化钢浇铸产生扁钢坯时，MnS夹杂物在浇铸熔化钢的阶段沉析，而在钢中析出的MnS对钢的延展性有不利影响。因此，重要的是抑制MnS沉析，以使钢的延展性不会降低。
本发明人通过研究发现，MnS的沉析可以通过使钢的S含量降低到0～0.005质量％范围内的值获得有效抑制。下文中，“质量％”表示的含量将简单表述为“％”。从改善延展性的观点考虑，优选钢的S含量为0.004％或更低，更优选0.003％或更低。
为了使钢的S含量降低到0.005％或更低，熔化钢需要在精炼过程中进行脱硫，即将脱硫炉渣混合于熔化钢中。脱硫炉渣可以通过任何适当的传统混合方法混合于熔化钢中。例如，通过将气体由耐火长枪吹入熔化钢中以搅拌炉渣和熔化钢的搅拌方法或将气体由钢包底部管塞吹入熔化钢中以搅拌熔化钢和炉渣的搅拌方法，脱硫炉渣可以混合于熔化钢中。
在工业上，通常使用含CaO的脱硫炉渣。合适的脱硫炉渣是，例如CaO，CaO·CaF2炉渣，CaO·Al2O3炉渣，CaO·Al2O3·CaF2炉渣，CaO·Al2O3·MgO炉渣和CaO·Al2O3·SiO2炉渣。这些物质统称CaO炉渣。为了在熔化钢的表面上形成脱硫炉渣，即，CaO炉渣，向熔化钢中加入含CaO熔剂的上述炉渣。包含于炉渣中的CaO、总Fe和MnO的相应量需要适当控制。假设CaO，Al2O3，SiO2，MnO，MnO和总Fe(在某些情况下，称作“T·Fe”)的相应量的总和为100％(CaO+Al2O2+SiO2+MgO+MnO+总Fe＝100％)。那么，炉渣需要具有45％或更高的CaO含量。如果炉渣的CaO含量小于45％，则不能期望熔化钢具有有效的脱硫作用。优选地，炉渣的CaO含量为48％或更高，更优选为50％或更高。炉渣的CaO含量可以通过使用CaO含量为50％或更高的CaO熔剂而调节为45％或更高。
在包含于钢包中的熔化钢表面上形成的炉渣包含FeO和MnO，所述FeO和MnO是在氧化精炼炉如转炉或电炉中精炼过程中在熔化钢内产生的。如果炉渣包含过量的T·Fe含量和过量的MnO，则炉渣的脱硫效果降低。因此，包含于炉渣中的T·Fe含量和MnO的相应量必需合适调节。当含有的CaO+Al2O3+SiO2+MgO+MnO+总Fe＝100％时，T·Fe含量和MnO的相应量必需分别为5.0％或更低和3％或更低。优选地，包含于炉渣中的T·Fe量为4％或更低，包含于炉渣中的MnO的量为2％或更低。炉渣中，推荐的T·Fe含量和推荐的MnO含量分别为3％或更低以及1％或更低。为了还原炉渣，以使炉渣的T·Fe含量和MnO含量调节为在上述范围内的值，在氧化精炼炉中精炼过程中产生的炉渣在脱硫熔剂加入熔化钢中之前或者在Al、Si和C加入熔化钢或炉渣中或者加入在熔化钢和炉子中任一个之前被除去。
上述脱硫过程消除了降低钢板延展性的MnS夹杂物。然而，当熔化钢浇铸成扁钢坯时，起源于脱硫炉渣(下面，称作“夹渣“)并且当熔化钢和炉渣为钢包精炼而被搅拌时在熔化钢中产生的夹杂物残留在熔化钢中。包含于扁钢坯中的夹渣降低了通过轧制扁钢坯而形成的钢板的延展性。
夹渣通过下列条件识别。铸钢桶渣具有45％或更高的CaO含量以及10％以下的SiO2含量。当铸钢桶渣和熔化钢通过搅拌混合时，铸钢桶渣与包含在熔化钢中的Al反应，并转变成含CaO，Al2O3，SiO2和MgO并且CaO含量为5％或更高且SiO2含量为0.1％或更高(当含有的CaO+Al2O3+SiO2+MgO＝100％时)的炉渣。这样的一种炉渣被当作夹渣。本发明研究CaO·Al2O3夹杂物。CaO·Al2O3夹杂物含有CaO，Al2O3，SiO2和MgO，并且CaO含量为5％或更高，Al2O3含量为60％或更高。因此，在假定CaO·Al2O3夹杂物含有CaO，Al2O3，SiO2和MgO并且CaO含量为5％或更高，SiO2含量为0.1％或更高，Al2O3含量为60％或更高的基础上进行下列描述。
本发明的发明人研究了包含于钢板中的CaO·Al2O3夹杂物对于钢板延展性的影响，并且发现长轴为30μm或更高的CaO·Al2O3夹杂物会影响钢板的延展性以及包含于1kg钢板中的CaO·Al2O3夹杂物数为70或更低，优选60或更低，更优选50或更低时可显著改善钢板的延展性。
脱硫后需要进行真空循环脱气过程(下面，称作“RH过程”)，以减少由脱硫过程产生并且由于浮选而包含在钢中的夹渣量。真空循环脱气装置需要连续进行RH过程10分钟或更长，以除去由于浮选而导致的夹渣。优选地，RH过程的持续时间为15分钟或更长，更优选为20分钟或更长。
本发明通过热轧或冷轧扁钢坯提供例如厚度为约1～约3mm的高延展性钢板，所述扁钢坯是通过浇铸由脱硫过程和RH过程加工的熔化钢而制备的。高延展性钢板能够由上述扁钢坯制备，而与轧制的方法和条件无关。钢的化学组成需要适当调节。除S含量之外，本发明钢的化学组分含量范围由下列原因确定。
C含量0.04～0.25％，虽然，为改善钢板的延展性、尤其是扩孔性而希望C含量越小，但是当碳含量小于0.04％时，钢板强度显著降低。当C含量高于0.25％并且Mn含量在下面规定的范围内时，珠光体晶粒过渡出现，珠光体晶粒的层状间隔被拓宽，并且强度和局部延展性之间的平衡变差。因此，本发明钢板中的C含量必需在0.04～0.25％。优选的下限C含量约为0.05％，而优选的上限C含量约为0.22％。
Si含量0.05～3％Si是有用且有效的固溶增强元素。钢板的Si含量需要为0.05％或更高，以使Si发挥固溶增强作用。Si的固溶增强作用在Si含量达到一定程度时达到饱和，因此过高的Si含量在经济上是不利的。过高的Si含量会增加钢板的热脆性。因此，Si含量必需为3％或更低。Si含量的优选下限为0.1％，更优选0.2％或更高。Si含量的优选上限为2.5％，更优选2％或更低。
Mn含量0.1～3％包含在钢板中的锰使奥氏体相稳定，促进在冷却过程中形成硬相(hardphase)，并且增强钢板。如果Mn含过低，则不能形成增强钢板所需要的硬相。因此，Mn含量必需为0.1％或更高。如果Mn含量过高，则发展成带纹构造，并降低延展性。因此，Mn含量的上限必需为3％。优选地，Mn含量的下限为0.2％，更优选0.3％或更高。优选地，Mn含量的上限为2.8％，更优选2.5％或更低。
Al含量0.01～2％熔化钢的脱氧化需要铝，并且铝通过降低熔化钢中的氧电势而有效促进了钢包精炼时的脱硫作用。为使Al的这种作用有效，Al含量必需为0.01％或更高。优选地，Al含量为0.015％，更优选0.02％或更高。Al含量的作用在一定Al含量上达到饱和，因此过高的Al含量在经济上是不利的。因此，Al含量必需为2％或更低，优选1.5％或更低。
P含量0.02％或更低且高于0％磷使钢强度增强，同时使钢变脆，并使钢的延展性变差。P含量的上限须为0.02％，优选地，0.015％。P的作用随着P含量的增加而增加。为使P的该作用有效，优选地，P含量为0.003％或更高，更优选地为0.005％或更高。
除上述主要组分元素外，熔化钢包含Fe和不可避免的杂质，如Cr，Cu和Sn。需要时，钢板可以包含其它痕量元素，如Mo，V和Nb，这些痕量元素的含量范围在约0.01～约0.05％。
下面描述本发明钢板的实施例。但是，这些实施例是为了解释本发明，而不是用于限制本发明的范围。自然地，在没有背离本发明的范围和精神的情况下，此处具体描述的实施例可以进行各种改变和变化。
实施例在转炉中脱碳后的250吨熔化钢从转炉中放入钢包中。各种合金钢由钢包精炼装置加入到熔化钢中，以将熔化钢的化学组成调节成预定的化学组成，并且该熔化钢进行脱硫。表1示出了脱硫炉渣的相应组成。氩气(Ar气)由长枪吹入熔化钢中，以搅拌该熔化钢。钢包在完成组成调节和脱硫之后，带入真空循环除气装置中。通过真空循环除气装置循环该熔化钢进行RH过程。RH过程的时间，即，RH过程的持续时间在表1示出。在实施例3和4中的熔化钢没有通过钢包精炼处理，而在实施例5和6中的熔化钢没有经过RH过程的处理。
表1
扁钢坯通过连续浇铸法浇铸经过RH过程处理的熔化钢而制得。扁钢坯经过热轧过程，产生厚度范围在3～4mm的热轧钢板。该热轧钢板进行冷轧过程，产生厚度为2～3mm的冷轧钢板。
由冷轧钢板制备用于扩孔测试的样品件。样品件由下列测试方法测定，以评价它们的扩孔性。包含于钢板中的CaO·Al2O3夹杂物的数量通过下列计数方法测定。
扩孔性样品件冲击形成其中直径为10mm的孔径，并且冲孔后的样品件进行扩孔测试。在该扩孔测试中，样品件的孔径通过将锥尖角为60°的锥形冲子压入孔中使其扩展，当在孔边缘上形成贯串样品件整个厚度的裂缝时，测定由此扩展的孔的直径。极限扩孔性λ使用下列表达式计算λ(％)＝{(D1/D0)/D0}×100其中D0是孔的初始直径，而D1是扩展后孔的直径。延展性越高的钢板具有越高的极限扩孔性。
CaO·Al2O3夹杂物的数量包含于冷轧钢板中的夹杂物通过在JP-A-2002-340885中公开的方法提取。冷轧钢板加热并在1000℃保持30分钟，然后该钢板为溶液热处理快速冷却，以消除钢板中的碳化物。从冷轧钢板中切割出8个3.2mm×100mm×50mm的样品件，每一个都是1kg的重量。每个样品件浸渍在pH为6.0的氯化亚铁溶液中，以通过恒电流电解方法溶解1kg铁基体。然后，溶液通过具有直径为27μm的孔的过滤器过滤，获得含CaO夹杂物的残留物。使用连同有X线波长析谱仪的扫描电子显微镜(SEM·WDS)计算CaO·Al2O3夹杂物的数量，该CaO·Al2O3夹杂物含有CaO，Al2O3，SiO2和MgO，并且CaO含量为5％或更高，SiO2含量为0.1％或更高，而Al2O3含量为60％或更高，并且这些CaO·Al2O3夹杂物分别具有30μm或更高的长轴，而且被包含于残留物中。
表2示出了CaO·Al2O3夹杂物的计算数量以及钢板的化学组成。
表2
从表2示出的测定数据可知，样品9～12满足本发明的所有要求。包含于样品9～12中的CaO·Al2O3夹杂物数量较少，因而样品9～12具有高的扩孔性。
样品1～8中的每一个都不满足本发明的某些需要，并且具有低的扩孔性。至于样品1～5，虽然由RH过程处理钢板的处理时间在本发明规定的范围内以及CaO·Al2O3夹杂物的数量在本发明所需求的范围内，但是钢包精炼所使用的脱硫炉渣的组成不满足本发明规定的条件(样品1～3)或熔化钢没有进行钢包精炼处理(样品4和5)。因此，在样品1～8中的钢板具有大的S含量和低的延展性。
在样品6～8中的脱硫炉渣的组成满足本发明的需要，并分别具有0.0055或更低的S含量，所述脱硫炉渣用于熔化钢为形成钢板而进行的钢包精炼。然而，在样品6和7中用于形成钢板的熔化钢在钢包精炼后不进行RH过程的处理，而在样品8中用于形成钢板的熔化钢进行小于10分钟的RH过程处理。因此，在实施例6～8中，包含于1kg钢板中的CaO·Al2O3夹杂物的数量大于70，并且降低了扩孔性。
虽然，本发明在具有一定程度特殊性的优选实施方案中进行了描述，但是显然其中能够有很多改变和变化。应当理解为在没有背离其范围和精神的情况下，本发明可以在此处具体描述之外进行。
权利要求
1.一种钢板，其碳含量在0.04～0.25质量％范围，Si含量在0.05～3质量％范围，Mn含量在0.1～3质量％范围，Al含量在0.01～2质量％范围，P含量为0.02质量％或更低且高于0质量％，而S含量在0～0.005质量％范围；其中1kg钢板中所包含的CaO·Al2O3夹杂物的数量为70或更低，所述CaO·Al2O3夹杂物含有CaO、Al2O3、SiO2和MgO，并且在以包括CaO、Al2O3、SiO2和MgO的氧化物的总含量为100％计，CaO含量为5％或更高，SiO2含量为0.1％或更高，Al2O3含量为60％或更高，而且CaO·Al2O3夹杂物具有30μm或更高的长轴。
2.根据权利要求1所述的钢板，其中所述S含量在0～0.003质量％范围内。
3.一种制备用于形成权利要求1所述钢板的扁钢坯的方法，所述方法包括如下步骤通过向熔化钢中加入CaO熔剂，在脱碳炉中已脱碳并且包含于钢包中的熔化钢上制备CaO炉渣，所述CaO炉渣含CaO、Al2O3、SiO2、MgO、MnO和总Fe，并且CaO含量为45％或更高，总Fe含量为5％或更低，而MnO含量为3％或更低；通过气体搅拌法搅拌钢包中的熔化钢和CaO炉渣，使熔化钢脱硫，以使该熔化钢的S含量降低到0.005％或更低；包含于钢包中的已脱硫熔化钢在真空循环脱气装置中循环10分钟或更长时间；以及将在真空循环脱气装置中循环后的熔化钢浇铸，以形成扁钢坯。
4.根据权利要求3的方法，CaO炉渣含50质量％或更高的CaO含量。
5.根据权利要求3的方法，其中所述CaO炉渣具有2质量％或更低的MnO含量以及3质量％或更低的总Fe含量。
全文摘要
一种钢板，其C含量在0.04～0.25质量％范围，Si含量在0.05～3质量％范围，Mn含量在0.1～3质量％范围，Al含量在0.01～2质量％范围，P含量为0.02质量％或更低且高于0质量％，而S含量在0～0.005质量％范围。1kg钢板中所包含的CaO·Al
文档编号C22C33/00GK1786244SQ20051002289
公开日2006年6月14日 申请日期2005年12月9日 优先权日2004年12月9日
发明者木村世意, 中须贺贵光 申请人:株式会社神户制钢所