高强度热浸镀锌钢带材的制作方法

高强度热浸镀锌钢带材的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种高强度热浸镀锌钢带材及其制造方法，该带才以质量百分比计由下列元素组成：0.13-0.19%C，1.70-2.50%Mn，最多0.15%Si，0.40-1.00%Al，0.05-0.25%Cr，0.01-0.05%Nb，最多0.10%P，最多0.004%Ca，最多0.05%S，最多0.007%N以及任选下列元素种的至少一种：最多0.50%Ti，最多0.40%V，最多0.50%Mo，最多0.50%Ni，最多0.50%Cu，最多0.005%B，余量为Fe和不可避免的杂质，其中0.40%<Al+Si<1.05%且Mn+Cr>1.90%。该钢材提供在高强度下改善的可成型性，具有良好的可焊接性和表面品质，以及良好的可生产性和可涂覆性。
【专利说明】高强度热浸镀锌钢带材
[0001]本发明涉及具有改善的可成型性的高强度热浸镀锌钢带材，例如用于汽车工业的钢带材。
[0002]已知这样的钢类型并以双相钢类型为名开发。这样的钢类型没有提供汽车工业的许多应用中所需的可成型性。出于这种原因，开发了 TRIP辅助双相钢类型。
[0003]描述这样的钢类型的一篇文献是EP I 889 935 Al。该文献描述了一种高强度热浸镀锌钢片材，其(以质量百分比计)含有:
[0004]0.05-0.3%C
[0005]0.08-3%Mn
[0006]最多1.4%Si[0007]0.1-2.5%A1
[0008]0.1-0.5%Cr
[0009]0.003-0.1%P
[0010]最多0.07%S
[0011]最多0.007%N
[0012]余量为Fe和偶存的杂质，并且其中Si+Al≥0.5%。任选可以存在许多其它元素。已经在实验室规模下测试了三十一种钢类型，其中十九种被认为是创造性的组成。这些实例显示了尤其是Si和Al宽范围的量满足根据EP I 889 935 Al的创造性要求。
[0013]但是，可成型性并非对TRIP辅助双相钢带材的唯一要求。合金化元素的量应当低得使钢材成本尽可能低，应当尽可能容易地制造该钢带材并对其进行涂覆，该钢带材必须具有高强度、良好的可焊接性并还应表现出良好的表面品质。这些要求对工业生产的TRIP辅助双相钢类型(其必须成形为例如将被点焊至白车身中的汽车部件)来说尤为重要。
[0014]因此，本发明的目的是寻找一种在带材的可成型性与可加工性之间取得平衡的高强度热浸镀锌钢带材的组成。
[0015]本发明进一步的目的是提供一种在热浸镀锌过程中具有良好可涂覆性的高强度热浸镀锌钢带材。
[0016]本发明的再一目的是提供一种具有良好的可焊接性的高强度热浸镀锌钢带材。
[0017]本发明的另一目的是提供一种具有良好的表面品质的高强度热浸镀锌钢带材。
[0018]本发明的又一目的是提供一种具有尽可能低的成本价格的高强度热浸镀锌钢带材。
[0019]根据本发明通过提供一种由下列元素组成(以质量百分比计)的高强度热浸镀锌钢带材来实现这些目的中的一种或多种:
[0020]0.13-0.19%C
[0021]1.70-2.50%Mn
[0022]最多0.15%Si
[0023]0.40-1.00%A1
[0024]0.05-0.25%Cr[0025]0.01-0.05%Nb
[0026]最多0.10%Ρ
[0027]最多0.004%Ca
[0028]最多0.05%S
[0029]最多0.007%N
[0030]以及任选下列元素中的至少一种:
[0031]最多0.50%Ti
[0032]最多0.40%V
[0033]最多0.50%Mo
[0034]最多0.50%Ni
[0035]最多0.50%Cu
[0036]最多0.005%B
[0037]余量为Fe和不可避免的杂质，
[0038]其中0.·40%〈A1+Si〈l.05% 且 Mn+Cr>l.90%。
[0039]本发明人发现，通过仔细地选择钢材的主要组成元素即碳、锰、硅、铝和铬的量，可以制造具有所需可成型性、可加工性、强度和延伸率并同时提供充足的可焊接性、可涂覆性和表面品质的高强度热浸镀锌钢带材。本发明人发现，现有技术中给出的实例都不能同时满足所有这些要求。
[0040]本发明人尤其发现，相对高的硅含量劣化了钢带材的可加工性。由于在Si的存在下延缓了碳化物形成，这导致碳富集并因此导致室温下奥氏体的稳定化，所以Si传统上用于实现TRIP效应。Si的缺点在于在非常高的数量(高于0.4重量％)下，其妨碍锌的润湿性，使在传统的连续退火作业线上镀锌成为不可能的。在EP1889935A1中还显示，可以用相对大量的Al代替Si。本发明显示了可以通过仔细地选择Cr含量并添加Nb来省略添加Si并使Al保持为最少。在这种情况下，制得具有允许更宽且更薄的尺寸能力的低热轧负荷的带材。但是，硅通常因添加锰而以痕量存在。出于这种原因，最大硅含量设定为0.15%Si。高于这个量的硅，带材热轧机中的轧制负荷高。低于0.15%的硅量能够制造宽且薄的钢带材。
[0041]此外，根据本发明的钢带材的组成使得该钢材的可成型性良好且不发生颈缩，并且压制部件的边缘延展性使得不发生开裂。
[0042]主要组成元素的量的原因如下:
[0043]C:0.13-0.19质量％。碳必须以足够高的量存在以确保淬透性并在常规退火/镀锌线作业中可得到的冷却速率下形成马氏体。需要马氏体以提供足够的强度。游离碳还能够稳定奥氏体，该奥氏体提供改善的加工硬化潜力和对所得强度水平而言良好的可成型性。出于这些原因需要0.13质量％的下限。发现0.19质量％的最大含量对确保良好的可焊接性而言是必要的。
[0044]Mn:1.70-2.50质量％。添加锰以提高淬透性，由此使得在常规连续退火/镀锌作业线的冷却速率能力内更容易形成马氏体。锰还有助于固溶强化，该固溶强化提高拉伸强度并强化铁素体相，由此有助于稳定残留奥氏体。锰降低了双相钢的转变温度范围，由此将所需退火温度降低到可以在常规连续退火/镀锌作业线中易于实现的水平。出于上述原因需要1.70质量％的下限。施加2.50质量％的最大含量以便通过确保双相钢充分转变为软转变产物(铁素体和珠光体)来确保在热轧机中可接受的轧制力并且确保在冷轧机中可接受的轧制力。还考虑到铸造过程中较强的偏析和在较高值下在带材中形成马氏体带而给出该最大含量。
[0045]Al:0.40-1.00质量％。出于脱氧目的将铝添加到液体钢材中。在适当的数量下，其还提供了贝氏体转变的加速，由此能够在常规连续退火/镀锌作业线的退火工段所施加的时间限制内形成贝氏体。铝还延缓了碳化物的形成，由此使碳保留在溶体中，从而在过时效过程中导致奥氏体分离，并促进奥氏体的稳定化。出于上述原因需要0.40质量％的下限含量。对于可铸性提供1.00质量％的最大含量，因为高铝含量导致铸造模具熔渣中毒并因此提高了模具熔渣粘度，导致铸造过程中不当的热传递和润滑。
[0046]Cr:0.05-0.25质量％。添加铬以提高淬透性。铬形成铁素体并抑制碳化物的形成，由此增加残留奥氏体的形成。出于上述原因需要0.05质量％的下限含量。提供0.25质量％的最大含量以确保该钢带材的令人满意的酸洗，并保持钢带材的成本足够低。
[0047]Ca:最多0.004质量％。钙的添加改变了硫化锰夹杂物的形态。当添加钙时，该夹杂物具有球形而不是细长的形状。细长的夹杂物，也称为串状夹杂物(stringer)，可以充当薄弱平面，沿该薄弱平面可发生层状撕裂与分层断裂。避免串状夹杂物有益于钢片材的成型过程，其使扩孔或凸缘拉伸成为必要并促进各向同性的成型行为。钙处理还防止在铝脱氧钢类型中形成坚硬、尖角、粗糙的氧化铝夹杂物，而是形成铝酸钙夹杂物，该铝酸钙夹杂物在轧制温度下较柔软且为球形，由此改善了该材料的加工特性。在连续铸造机中，在熔融钢中产生的某些夹杂物具有堵塞喷嘴的倾向，导致损失的产量和增加的成本。钙处理通过促进形成不会阻塞连铸机喷嘴的低熔点物质降低了堵塞的倾向。
[0048]P:最大0.10质量％。磷妨碍碳化物的形成，因此在钢材中一定程度的磷是有利的。但是，磷可使钢材在焊接时变脆，因此应仔细地控制磷的量，尤其是与其它脆化元素例如硫和氮组合时。
·[0049]硫和氮以少量存在，因为这些元素对可焊接性有害。
[0050]为了晶粒细化和可成型性，以0.01至0.05质量％的量添加铌。铌促进在输出辊道上的转变并由此提供较软且较均匀的中间产物。铌还抑制了在等温过时效温度下马氏体的形成，由此促进残留奥氏体的稳定化。
[0051 ] 主要添加任选元素以强化该钢材。
[0052]除了上面给出的原因以外，还选择铝、铬和锰的范围，使得找到提供在输出辊道上的完全转变以确保可以冷轧的钢带材并提供能够在退火作业线中快速溶解碳以促进淬透性和适当的铁素体/贝氏体转变行为的起始结构。此外，由于铝加速贝氏体转变，而铬减速贝氏体转变，因此铝和铬之间必须存在适当的平衡以便在具有受限过时效工段的常规热浸镀锌作业线所允许的时间范围内产生适当数量的贝氏体。
[0053]除了上面给出的元素的绝对含量以外，某些元素的相对量也是重要的。
[0054]招和娃一起应保持为0.4至1.05质量％，以便以适当的组成确保在最终广品中抑制碳化物并稳定足够量的奥氏体，从而提供所需的可成型性扩展。
[0055]锰和铬一起应高于1.90质量％以确保在常规连续退火作业线与热浸镀锌作业线中用于形成马氏体并且由此获得强度的充足淬透性。[0056]元素C优选以0.13-0.16%的量存在。在该范围内，钢材的淬透性是优化的，同时提高了钢材的可焊接性。
[0057]根据优选的实施方案，元素Mn以1.95-2.40%的量、优选以1.95-2.30%的量、更优选以2.00-2.20%的量存在。较高量的锰提供具有较高强度的钢材，因此将下限提高至1.95或甚至2.00质量％的锰是有利的。另一方面，对于较高量的锰，钢材的热轧和冷轧更加困难，因此将上限降低至2.40,2.30或甚至2.20质量％的锰是有利的。
[0058]元素Si优选以0.05-0.15%的量存在。并不反对在该钢材中存在一些Si，因为Si确保过时效过程中碳化物的较好延缓，这对钢材的可成型性来说是有利的。
[0059]根据优选的实施方案，元素Al以0.60-0.80%的量存在。铝提高的下限含量具有与较高的硅量相同的效果，但是还改善了贝氏体形成。铝较低的上限含量改善了钢材的可铸性。
[0060]元素Cr优选以0.10-0.25%的量存在。提高的下限含量提高了该钢材的淬透性。
[0061]根据优选的实施方案，元素Nb以0.01-0.04%的量存在。如上所述，铌改善了中间产物的均匀性。上限主要是考虑到铌的成本。
[0062]该钢材优选具有至少700MPa的极限拉伸强度Rm，更优选至少750MPa的极限拉伸强度Rm。由于仔细地选择存在于钢材中的元素的量，可以实现该强度，同时保持常规600MPa双相钢的可成型性。
[0063]根据优选的实施方案，该热浸镀锌钢带材具有至少400MPa的0.2%保证强度Rp，优选至少450MPa的0.2%保证强度Rp。同样由于仔细地选择存在于钢材中的元素的量，可以实现该强度。
·[0064]该热浸镀锌钢带材优选具有至少18%的总延伸率。这是通过选择钢材中存在的元素可以实现的高延伸率。
[0065]根据优选的实施方案，当Rm为750MPa且Rp为450MPa时，该热浸镀锌钢带材具有至少35%的孔膨胀系数。如下文将要描述的那样，这是良好的孔膨胀系数。该孔膨胀系数随强度升高而降低。
[0066]当Rm为750MPa且Rp为450MPa时，该热浸镀锌钢带材优选具有超过10.5mm的埃里克森杯突指数。对于钢材的可用性而言，这是令人满意的。该埃里克森杯突指数随强度升高而降低。
[0067]根据优选的实施方案，该热浸镀锌钢带材具有含8-12%的残留奥氏体、10-20%的马氏体、余量为铁素体与贝氏体的混合物的双相组织，该热浸镀锌钢带材优选含有不超过10%的贝氏体。具有此类显微组织，将实现高延伸率和高强度。
[0068]根据优选的实施方案，该热浸镀锌钢带材具有最多5微米的平均晶粒尺寸。这种小的晶粒尺寸有助于实现该钢材的上述机械性质。
[0069]根据本发明的第二方面，提供了一种用于制造如上定义的高强度热浸镀锌钢带材的方法，其中将铸钢热轧和冷轧成具有所需厚度的带材，随后将该带材在退火作业线上再加热至高于该钢类型的Acl温度且优选在Acl与Ac3温度之间的温度并以一定的冷却速率快速冷却以避免再转变为铁素体，随后施加等温过时效以形成贝氏体，并将该带材热浸镀锌。
[0070]在这种方法中，可以选择热轧过程中的变形进度、精轧温度和随后在输出辊道上的冷却制度(cooling pattern)以便在热轧产品中实现有助于在冷轧机中进一步降低厚度的显微组织。要特别注意的是限制热轧带材的强度以使所需的冷轧负荷最小。可以选择退火作业线中的温度以使得该钢带材同时包含铁素体与奥氏体。该冷却速率应使得在原则上不形成铁素体，并施加等温过时效以促进贝氏体的形成。可以以普通方式进行热浸镀锌。在该方法过程中，大多数步骤的温度与持续时间对实现最终产物中强度与延展性之间的所需平衡而言是重要的。
[0071]优选在750°C至850°C的温度下并且更优选在780°C至820°C的温度下进行退火。在这些温度下，该钢带材同时包含铁素体和奥氏体。
[0072]优选在360°C至480°C的温度下施加过时效。
[0073]如本领域技术人员已知的那样，铁-碳共析体系具有如下定义的多个临界转变温度。这些温度取决于化学组成和加工条件:
[0074]Al低于该温度，显微组织由铁素体(α -Fe)和Fe3C/珠光体的混合物组成；
[0075]A2居里温度:高于该温度，该材料不再为磁性的；
[0076]A3高于该温度，显微组织完全由奥氏体组成。
[0077]后缀c和r分别表示加热和冷却循环中的转变。
[0078]下面将阐述本发明；将针对首先阐述的一些公知可成型性参数来评估多个组成。
[0079]η-值:加工硬化系数或η-值与均匀延伸率密切相关。在大多数片材成型过程中，可成型性的极限由对局部减薄或“颈缩”的耐受性决定。在单轴拉伸试验中，颈缩以均匀延伸的程度开始。来自于拉伸试验的η-值与均匀延伸率可视为钢片材可成型性的量度。当目的在于改善钢带材的可成·型性时，η-值与均匀延伸率代表最适宜的优化参数。
[0080]孔膨胀系数(HEC):为了成功地用于工业冲压作业，片材金属必须具有一定的承受其剪切边缘拉伸的能力。这按照国际技术规范IS0/TS16630进行测试。在尺寸为90X90晕米的测试片中心制造直径为10晕米的孔。将具有60°维角的40晕米直径的维形冲头插入该孔中，同时用具有55毫米内径的模具将测试片固定。当裂纹穿过测试片的厚度扩展时，测量孔的直径。最大HEC由以下式子决定:最大册0%=((011-00)/1)0)\100，其中00为初始孔直径且Dh为开裂后的孔直径。在最大HEC基础上评估凸缘可伸展性(stretchflangeability)，并且当HEC>25%时，认为其是令人满意的。
[0081]埃里克森指数(EI):埃里克森试验描述了金属在拉伸成型中经受塑性形变的能力，并且根据国际标准试验IS020482:2003进行测试。驱动半球形冲头进入完全夹紧的片材中。在冲头顶部使用石墨膏作为润滑。当探测到穿过厚度的裂纹时，停止冲头行程。由于摩擦，裂缝并不在冲头顶部，而在侧部，因此并非为等双轴应变而是更接近平面应变。测量冲头穿透的深度。埃里克森杯突指数(IE)是三次独立测量的最小值的平均，以毫米表示，并且对本发明而言当EI>10毫米时认为其是令人满意的。
[0082]可焊接性:电阻点焊是汽车工业中使用的主要接合技术，平均每辆汽车包含约2000-3000次点焊。传统上，点焊通常是非常便宜且可靠的接合类型，然而由于引入了AHSS，这种可靠性已经打了折扣。通过材料被点焊的能力来测量可焊接性。尽管对于AHSS没有必要进行优化，但是焊接条件取自作为工业标准的BS1140:1993。通过所得的焊点(塞子)的失效模式来测量可点焊性。当不能焊接材料时，则塞子将沿两个接合表面的界面开裂。在完全焊接的材料中，失效将发生在母体金属中，在塞子外部并且还优选在热影响区域外部。这称为完整塞子失效，即从母体金属中拔出完整的塞子。可点焊性可以由完全界面失效与完整塞子失效之间的程度表示，前者被认为是不可焊接的。
[0083]本发明的目的之一是提供高强度热浸镀锌钢带材，其具有在600MPaAHSS热浸镀锌钢带材范围内的可成型性，但具有至少700MPa的强度水平。这可以通过实现均匀延伸率与η-值的适当提高来实现。
[0084]在开发根据本发明的高强度热浸镀锌钢带材的过程中，连同对比例一起制造了多个带材卷。在表1中给出了不同合金的化学组成(以10-3%计)。在表2中给出了加工条件以及所得的机械性质。在表2中，RA表示残留奥氏体，M表示马氏体，并且F表示铁素体加贝氏体。
[0085]
【权利要求】
1.一种高强度热浸镀锌钢带材，其以质量百分比计由下列元素组成:
0.13-0.19%C
1.70-2.50%Mn
最多 0.15%Si
0.40-1.00%A1
0.05-0.25%Cr
0.01-0.05%Nb
最多0.10%P
最多 0.004%Ca
最多0.05%S
最多 0.007%N 以及任选下列元素中的至少一种:
最多 0.50%Ti
最多0.40%V
最多 0.50%Mo
最多 0.50%Ni
最多 0.50%Cu
最多 0.005%B 余量为Fe和不可避免的杂质，
其中 0.40%〈A1+Si〈l.05% 且 Mn+Cr>l.90%。
2.如权利要求1所述的钢带材，`其中元素C以0.13-0.16%的量存在。
3.如权利要求1或2所述的钢带材，其中元素Mn以1.95-2.40%的量、优选以1.95-2.30%的量、更优选以2.00-2.20%的量存在。
4.如权利要求1、2或3所述的钢带材，其中元素Si以0.05-0.15%的量存在。
5.如前述权利要求任一项所述的钢带材，其中元素Al以0.60-0.80%的量存在。
6.如前述权利要求任一项所述的钢带材，其中元素Cr以0.10-0.25%的量存在。
7.如前述权利要求任一项所述的钢带材，其中元素Nb以0.01-0.04%的量存在。
8.如前述权利要求任一项所述的钢带材，其中该热浸镀锌钢带材具有至少700MPa的极限拉伸强度Rm，优选至少750MPa的极限拉伸强度Rm。
9.如前述权利要求任一项所述的钢带材，其中该热浸镀锌钢带材具有至少400MPa的0.2%保证强度Rp，优选至少450MPa的0.2%保证强度Rp。
10.如前述权利要求任一项所述的钢带材，其中该热浸镀锌钢带材具有至少18%的总延伸率。
11.如前述权利要求任一项所述的钢带材，其中当Rm为750MPa且Rp为450MPa时，该热浸镀锌钢带材具有至少35%的孔膨胀系数。
12.如前述权利要求任一项所述的钢带材，其中当Rm为750MPa且Rp为450MPa时，该热浸镀锌钢带材具有超过10.5mm的埃里克森杯突指数。
13.如前述权利要求任一项所述的钢带材，其中该热浸镀锌钢带材具有含8-12%的残留奥氏体、10-20%的马氏体、余量为铁素体与贝氏体的混合物的双相组织，该热浸镀锌钢带材优选含有不超过10%的贝氏体。
14.如前述权利要求任一项所述的钢带材，其中该热浸镀锌钢带材具有最多5微米的平均晶粒尺寸。
15.用于制造如前述权利要求任一项所述的高强度热浸镀锌钢带材的方法，其中将铸钢热轧和冷轧成具有所需厚度的带材，随后将该带材在退火线上再加热至高于该钢类型的Ac I温度且优选在Ac I与Ac3温度之间的温度，并以一定的冷却速率快速冷却以避免再转变为铁素体，随后施加等温过时效以形成贝氏体，并将该带材热浸镀锌。
16.如权利要求15所述的方法，其中在750°C至850°C、优选在780°C至820°C的温度下施加退火。
17.如权利要求15或16·所述的方法，其中在360°C至480°C的温度下施加过时效。
【文档编号】C22C38/04GK103857808SQ201280050757
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年9月12日 优先权日:2011年9月13日
【发明者】B·L·恩尼斯 申请人:塔塔钢铁艾默伊登有限责任公司