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用于制造具有改进的强度、延展性和可成形性的经涂覆的钢板的方法与流程

文档序号:11109767
用于制造具有改进的强度、延展性和可成形性的经涂覆的钢板的方法与制造工艺

为了制造多种设备如机动车辆的车身结构构件和车身面板的部件,通常使用由DP(双相)钢或TRIP(相变诱导塑性)钢制成的经涂覆的板。

例如,包含马氏体显微组织和/或一些残留奥氏体并且含有约0.2%的C、约2%的Mn、约1.7%的Si的这样的钢的屈服强度为约750MPa,拉伸强度为约980MPa,总伸长率大于8%。这些板在连续退火线上通过从高于Ac3转变点的退火温度淬火至高于Ms转变点的过时效温度并将板保持在此温度下给定时间来制造。然后对板进行热浸镀锌或电镀锌。

鉴于全球环境保护,为了减轻汽车重量以改进汽车的燃料效率,希望使板具有改进的屈服强度和拉伸强度。但是这样的板还必须具有良好的延展性和良好的可成形性。

在这方面,希望使板的屈服强度YS为至少550MPa,拉伸强度TS为约980MPa,均匀伸长率为至少12%且总伸长率为至少18%。此外,还希望使板具有高抗损伤性,即,扩孔率HER为至少30%。在整个说明书和权力要求书中提及的扩孔率根据标准ISO16630:2009测量。因此,本发明的目的是提供这样的板及其制造方法。

因此,本发明涉及通过热处理钢板来制造具有显微组织的钢板的方法,所述显微组织包含5%至25%的亚温铁素体(intercritical ferrite)、至少10%的残留奥氏体、至少50%的配分马氏体、小于10%的新鲜马氏体,以及贝氏体,其中配分马氏体加贝氏体之和为至少60%,其中以重量%计,钢的化学组成包含:

0.15%≤C≤0.25%

1.2%≤Si≤1.8%

2%≤Mn≤2.4%

0.1%≤Cr≤0.25%

Al≤0.5%

余量为Fe和不可避免的杂质,并且其中热处理和涂覆操作包括以下顺序步骤:

-加热板并使其在TA1=Ac3-0.45*(Ms-QT)至TA2=830℃的退火温度TA下退火超过30秒的时间,其中QT是180℃至300℃的淬火温度,

-通过使板冷却至180℃至300℃的淬火温度QT来使板淬火,

-将板加热到380℃至480℃的配分温度PT保持10秒至300秒的配分时间Pt,

-使板以至少25℃/秒的冷却速率冷却至室温。

优选地,根据本发明的方法为使得0.17%≤C≤0.21%。

在另一个实施方案中,根据本发明的方法为使得1.3%≤Si≤1.6%。

在另一个实施方案中,根据本发明的方法为使得2.1%≤Mn≤2.3%。

在一个优选的实施方案中,根据本发明的方法为使得配分温度PT为430℃至480℃,保持10秒至90秒的配分时间。

在另一个实施方案中,根据本发明的方法为使得配分温度PT为380℃至430℃,保持10秒至300秒的配分时间。

在第一实施方案中,为了制造经涂覆的钢板,方法包括在将板加热至配分温度PT保持配分时间Pt的步骤与使板冷却至室温的步骤之间的对板进行热浸镀的步骤。

在一个优选实施方案中,根据本发明的方法为使得热浸镀步骤是镀锌步骤。

在另一个实施方案中,根据本发明的方法为使得热浸镀步骤使用Al或Al合金浴进行。

在第二实施方案中,为了制造经涂覆的钢板,方法包括在使板冷却至室温之后的通过电镀锌或真空镀来对板进行涂覆的步骤。

在一个优选的实施方案中,根据本发明的方法为使得马氏体加贝氏体之和为至少65%。

本发明的目的还涉及一种钢板,其中以重量%计,钢的化学组成包含:

0.15%≤C≤0.25%

1.2%≤Si≤1.8%

2%≤Mn≤2.4%

0.1≤Cr≤0.25%

Al≤0.5%

余量为Fe和不可避免的杂质。其中显微组织包含5%至25%的亚温铁素体、至少50%的配分马氏体、至少10%的残余奥氏体、小于10%的新鲜马氏体,以及贝氏体,其中配分马氏体加贝氏体之和为至少60%。

优选地,根据本发明的钢板为使得:0.17%≤C≤0.21%。

在另一个实施方案中,根据本发明的钢板为使得1.3%≤Si≤1.6%。

在另一个实施方案中,根据本发明的钢板为使得2.1%≤Mn≤2.3%。

在一个优选实施方案中,根据本发明的钢板涂覆有Zn或Zn合金或者甚至涂覆有Al或Al合金。

在一个优选实施方案中,根据本发明的钢板的屈服强度为至少550MPa、拉伸强度为至少980MPa、均匀伸长率为至少12%、总伸长率为至少18%,且扩孔率为至少30%。

在一个优选实施方案中,根据本发明的钢板为使得马氏体加贝氏体之和为至少65%。

本发明的目的还在于钢板或所述制造方法用于制造汽车白车身(body in white)部件的用途。

根据另一个方面,本发明涉及通过热处理和涂覆钢板来制造具有显微组织的经涂覆的钢板的方法,所述显微组织包含5%至25%的亚温铁素体、至少10%的残留奥氏体以及至少65%的马氏体和贝氏体,其中以重量%计,钢的化学组成包含:

0.15%≤C≤0.25%

1.2%≤Si≤1.8%

2%≤Mn≤2.4%

0.1%≤Cr≤0.25%

Al≤0.5%

余量为Fe和不可避免的杂质,并且其中热处理和涂覆操作包括以下顺序步骤:

-加热板并使其在TA1=Ac3–0.45*(Ms-QT)至TA2=830℃的退火温度TA下退火超过30秒的时间,其中QT是180℃至300℃的淬火温度,

-通过使板冷却至淬火温度QT来使板淬火,

-将板加热到380℃至480℃的配分温度PT保持10秒至300秒的配分时间Pt,

-通过在冷却至室温后电镀锌或真空镀来对板进行涂覆或者通过对板进行热浸镀然后使板冷却至室温来对板进行涂覆。

优选地,根据本发明的方法为使得0.17%≤C≤0.21%。

在另一个实施方案中,根据本发明的方法为使得1.3%≤Si≤1.6%。

在另一个实施方案中,根据本发明的方法为使得2.1%≤Mn≤2.3%。

在一个优选实施方案中,根据本发明的方法为使得配分温度PT为430℃至480℃,保持10秒至90秒的配分时间。

在另一个实施方案中,根据本发明的方法为使得配分温度PT为380℃至430℃,保持10秒至300秒的配分时间。

在一个优选的实施方案中,根据本发明的方法为使得热浸镀步骤是镀锌步骤或镀锌层扩散退火处理步骤。

在另一个实施方案中,根据本发明的方法为使得热浸镀步骤使用Al或Al合金浴进行。

根据该方面,本发明的目的还涉及一种钢板,其中以重量%计,钢的化学组成包含:

0.15%≤C≤0.25%

1.2%≤Si≤1.8%

2%≤Mn≤2.4%

0.1≤Cr≤0.25%

Al≤0.5%

余量为Fe和不可避免的杂质,其中显微组织包含5%至25%的亚温铁素体、至少10%的残余奥氏体和至少65%的马氏体加贝氏体之和。

优选地,根据本发明的钢板为使得0.17%≤C≤0.21%。

在另一个实施方案中,根据本发明的钢板为使得1.3%≤Si≤1.6%。

在另一个实施方案中,根据本发明的钢板为使得2.1%≤Mn≤2.3%。

在一个优选的实施方案中,根据本发明的钢板涂覆有Zn或Zn合金或者甚至涂覆有Al或Al合金。

在一个优选的实施方案中,根据本发明的钢板的屈服强度为至少550MPa,拉伸强度为至少980MPa,均匀伸长率为至少12%且总伸长率为至少18%。

现在将参照图1对本发明进行详细描述但不引入限制,图1例示了对于相同的钢组成,与不包括淬火和马氏体配分的步骤的工艺相比,可根据本发明的制造工艺获得的对(拉伸强度-扩孔率)。

根据本发明,通过热轧和冷轧半成品来获得板,以重量%计,半成品的化学组成包含:

-0.15%至0.25%的碳,并且优选0.17%至0.21%,以确保令人满意的强度和提高残留奥氏体的稳定性。该残留奥氏体含量是获得足够的均匀伸长率和总伸长率所必需的。如果碳含量高于0.25%,则热轧板太硬而不能冷轧并且可焊接性不足。如果碳含量低于0.15%,则屈服强度和拉伸强度水平将分别达不到550MPa与980MPa。

-1.2%至1.8%,优选1.3%至1.6%的硅以使奥氏体稳定,以提供固溶强化以及延迟过时效期间碳化物的形成而不在板的表面上形成对涂布性能不利的氧化硅。

-2%至2.4%并且优选2.1%至2.3%的锰。限定最小值以具有足够的淬透性以便获得含有至少65%的马氏体和贝氏体的显微组织,大于980MPa的拉伸强度,并且限定最大值以避免出现如果锰含量大于2.3%对延展性不利的偏析问题。

-0.1%至0.25%的铬是必需的。需要至少0.1%以增加淬透性和使残留奥氏体稳定,以便延迟过时效期间贝氏体的形成。允许最大0.25%的Cr,高于该含量,观察到饱和效应并且添加Cr既无用又昂贵。

-至多0.5%的铝,其通常被添加到液态钢中用于脱氧目的。优选地,Al含量限制为0.05%。如果Al的含量高于0.5%,则退火期间奥氏体化温度将太高而不能达到并且钢将变得在工业上难以生产。

余量为铁和由炼钢产生的残余元素。在这方面,Ni、Mo、Cu、Nb、V、Ti、B、S、P和N至少被认为是不可避免的杂质的残余元素。因此,它们的含量为Ni小于0.05%,Mo小于0.02%,Cu小于0.03%,V小于0.007%,B小于0.0010%,S小于0.005%,P小于0.02%且N小于0.010%。Nb含量限制为0.05%且Ti含量限制为0.05%,因为高于这样的值将形成大的析出物并且将降低可成形性,使得更加难以达到18%的总伸长率。

根据本领域技术人员已知的方法通过热轧和冷轧制备板。

任选地,在冷轧之前,使热轧板在550℃至650℃范围内的温度TBA下分批退火超过5小时以确保热轧板的更好的可冷轧性。

轧制之后,将板酸洗或清洁,然后进行热处理和热浸镀、电镀或真空镀。

优选在组合的连续退火和热浸镀线上进行的热处理包括以下步骤:

-使板在TA1=Ac3-0.45*(Ms-QT)至TA2=830℃的退火温度TA下退火,其中:

Ac3=910-203[C]1/2-15,2[Ni]+44,7[Si]+104[V]+31,5[Mo]+13,1[W]-30[Mn]-11[Cr]-20[Cu]+700[P]+400[Al]+120[As]+400[Ti]

Ms=539-423[C]-30.4[Mn]-17.7[Ni]-12.1[Cr]-11[Si]-7.5[Mo]

QT必须为180℃至300℃。

化学组成元素以重量%给出。

这是为了确保最大分数25%的亚温铁素体并且确保最小5%的亚温铁素体,即在约721℃与Ac3之间的临界区退火期间形成的铁素体。将板保持在退火温度(即,保持在TA-5℃与TA+10℃之间)下足以使化学组成和显微组织均匀的时间。该时间大于30秒但优选地不需要大于300秒。

-通过冷却到180℃至300℃的淬火温度QT来使板淬火。这样的温度低于Ms转变点并且以足够高以避免在冷却期间多边形铁素体和贝氏体形成的冷却速率而达到。Cr有助于避免这样的形成。淬火意指大于30℃/秒的冷却速率。淬火温度为180℃至300℃以在刚淬火之后具有由亚温铁素体、由马氏体和由奥氏体组成的显微组织。如果淬火温度QT低于180℃,则最终组织中的配分马氏体的分数太高而不能使大于10%的足够量的残留奥氏体稳定。此外,如果淬火温度QT高于300℃,则配分马氏体的分数太低而不能获得希望的拉伸特性和损坏特性。

然后,如果钢板待进行热浸镀,将板从该淬火温度再加热到380℃至480℃并且优选430℃至480℃的配分温度PT。在该配分步骤期间,碳从马氏体向剩余奥氏体扩散。因此,在该步骤期间,产生了碳含量低于板的标称含量的配分马氏体,同时产生了碳含量高于板的标称碳含量的富集奥氏体相。

例如,配分温度可等于必须对板进行加热以进行热浸镀的温度,即455℃至465℃。另一方面,如果板待进行进一步电镀锌或如果板未经涂覆,则可降低配分温度,即在380℃至430℃进行均热处理。当通过感应加热器进行再加热时,再加热速率可以是高的,但该再加热速率对板的最终特性没有影响。

-如果板待进行热浸镀,则将板保持在配分温度PT下10秒至300秒并且优选10秒至90秒的时间Pt。在经热浸镀的钢的情况下,配分温度PT优选为430℃至480℃。将板保持在配分温度下涉及在配分期间板的温度保持在PT-20℃与PT+20℃之间。

任选地,如果选择这样的涂覆方法,通过冷却或加热来调整板的温度以等于必须对板进行热浸镀的温度。

在这种情况下,热浸镀可以是例如镀锌但是所有的金属热浸镀都是可能的,前提条件是在涂覆期间板所处的温度保持小于480℃。当对板进行镀锌时,镀锌在通常条件下进行。根据本发明的钢还可以用锌合金例如锌-镁或锌-镁-铝镀锌。

-最后,使钢冷却至室温。在该步骤期间,在配分步骤中富集碳的一些奥氏体转变成新鲜马氏体。因此,新鲜马氏体具有比标称组成的碳含量更高的C含量。

冷却速率为至少25℃/秒以避免在最终冷却期间发生新鲜马氏体的自发回火效应。如果对钢进行热浸镀,然后根据已知技术使钢冷却至300℃以使涂层适当地固化,然后以至少25℃/秒的冷却速率冷却至室温以避免新鲜马氏体的自发回火。这样的效应可影响拉伸特性,并且特别是降低延展性。

如果不通过热浸镀对钢板进行涂覆,而是例如待通过电化学或真空工艺进行涂覆,或者保持未经涂覆,则在配分步骤之后使钢板直接以大于25℃/秒的冷却速率冷却,这同样出于避免新鲜马氏体的过度自发回火的原因。

在冷却步骤之后,可通过电化学方法(例如电镀锌)或通过任何真空镀工艺(如PVD或喷射气相沉积)代替使用热浸镀来对板进行涂覆。此外,可以使用任何种类的涂层并且特别是锌或锌合金,如锌-镍、锌-镁或锌-镁-铝合金。

在配分和冷却至室温后,无论上述涂覆方法如何,或者如果板未经涂覆,根据本发明的钢板应当包含:至少10%的残余奥氏体、5%至25%的亚温铁素体、至少50%的配分马氏体(即,碳含量低于标称碳含量的马氏体)、小于10%的新鲜马氏体(即,碳含量高于标称碳含量的马氏体)和贝氏体,其中配分马氏体加贝氏体之和(即,组合)为至少60%。

为了获得稳定的机械性能,马氏体(即,配分的和新鲜的)加贝氏体之和为至少65%。

根据本发明的钢板的屈服强度YS为至少550MPa,拉伸强度TS为至少980MPa,均匀伸长率UE为至少12%,总伸长率TE为至少18%且扩孔率HER为至少30%。

以下实施例出于说明目的并且不意欲说明为限制本文公开内容的范围:

作为一个实施例,厚度为1.2mm的板具有以下组成:C=0.19%、Si=1.5%、Mn=2.2%、Cr=0.2%、Al=0.030%,余量为Fe和杂质。所有杂质元素(例如Cu、Ni、B、Nb、Ti、V等)的含量低于0.05%。通过热轧和冷轧制造钢。该钢的理论Ms转变点为369℃并且计算的Ac3点为849℃。

通过退火、淬火和配分对板样品进行热处理,然后进行热浸镀锌或电镀锌,配分步骤之后的冷却速率高于25℃/秒。对显微组织进行量化并测量机械特性。

退火处理的条件列于表I中,所获得的显微组织概述于表II中,并且机械性能列于表III中。实施例1至实施例15已在退火后在460℃下通过镀锌进行热浸镀(GI),而实施例16至实施例30已在退火后进行电镀锌(EZ)。

加粗和加下划线的数字不符合本发明。

表I:

表II

表III

在这些表中,TA是退火温度,TA1是退火温度下限,QT是淬火温度,PT是配分温度,Pt是保持在配分温度下的时间,YS是屈服强度,TS是拉伸强度,UE是均匀伸长率,TE是总伸长率。

显微组织分数与板的最终(即,冷却至室温后)显微组织有关:F是亚温铁素体的分数,A是残留奥氏体的分数,FM是新鲜马氏体的分数,PM是配分马氏体的分数,M是马氏体,即,新鲜马氏体加配分马氏体之和,B是贝氏体的分数。

镀锌或电镀锌的样品1、2、4、5、6、16、17、18、20、21、22和23表明,为了获得希望的特性并且更特别是延展性特性,退火温度TA必须根据淬火温度QT进行相应地设定。无论所选择的配分温度PT如何,TA温度越低,QT温度越低。使TA温度与QT温度匹配使得在淬火之后相对于在临界区退火结束时获得的亚温铁素体的分数获得足够分数的配分马氏体,即,铁素体分数越高,配分马氏体分数越高,使板具有高的强度、足够的延展性以及高的扩孔特性。

样品7至15以及24至30表明,高于830℃的退火温度导致亚温铁素体分数太小而不能保证足够的延展性。另一方面,样品3和19表明,如果退火温度低于用关系TA1=Ac3-0.45*(Ms-QT)计算的退火温度,则YS低于550MPa。实际上,低的退火温度TA与高的淬火温度QT结合导致低的配分马氏体分数,因此,配分马氏体加贝氏体分数之和太低而不能确保高于550MPa的屈服强度。此外,减少配分马氏体分数使抗损伤性劣化,导致扩孔率低于30%。

样品31、32和33是能够获得希望的特性YS和TS但不能获得希望的扩孔率的不同显微组织的实例。在这些实施例中,热循环通过避免了在淬火温度QT下的淬火步骤而与本发明的热循环不同,即,在冷却至室温之前,使板直接冷却至配分温度PT并保持时间Pt。这样的热循环导致包含亚温铁素体F、贝氏体B、残留奥氏体A和新鲜马氏体FM的显微组织,所述显微组织表现出相似的拉伸特性,但损坏特性较低。实际上,显微组织中不存在配分马氏体使板的损坏特性劣化从而减小扩孔率,如图1所示,图1示出了本发明的实施例(样品1、2、4、5、6、16、17、18、20、21、22和23)以及样品31、32和33的扩孔率HER相对于拉伸强度TS的变化。

样品16、17、18、20、21、22和23表明,用460℃的配分温度和10秒至60秒的配分时间可以获得经镀锌的板的希望特性。

另一方面,样品1、2、4、5和6表明,用400℃的配分温度和10秒至300秒的配分时间也可以获得希望的特性。根据本发明的钢可用于制造汽车白车身部件。

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