高強(qiáng)度無(wú)晶隙低密度鋼及所述鋼的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度無(wú)晶隙低密度鋼及所述鋼的制備方法。
【專利說(shuō)明】高強(qiáng)度無(wú)晶隙低密度鋼及所述鋼的制備方法
[0001] 本發(fā)明涉及高強(qiáng)度無(wú)晶隙低密度鋼及所述鋼的制備方法。
[0002] 在減少車輛的碳排放的持續(xù)努力中，鋼鐵行業(yè)連同汽車制造商持續(xù)尋求允許重量 降低而不影響鋼的加工性能和乘客的安全性的鋼。為了滿足未來(lái)的CO2排放要求，必須減 少機(jī)動(dòng)車的燃料消耗。為了這種減少的一種方法是降低車體的重量。具有低密度和高強(qiáng)度 的鋼可以有助于此。在相同厚度下，低密度鋼的使用降低汽車部件的重量。伴隨著已知高 強(qiáng)度鋼的一個(gè)問(wèn)題是它們的高強(qiáng)度損害了在片材成形為汽車部件過(guò)程中材料的可成形性。
[0003] 普通高強(qiáng)度鋼例如雙相鋼，允許使用較薄的片材并且因此降低重量。但是，較薄的 零件將對(duì)其它性質(zhì)例如剛度、防撞性和抗凹陷性產(chǎn)生負(fù)面影響。這些負(fù)面影響只能通過(guò)增 加鋼的厚度來(lái)解決，這從而否定了降低厚度（downgauging)的效果，或通過(guò)改變部件的幾 何形狀來(lái)解決，這也是不希望的。
[0004] 本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種低密度鋼，其在成品部件中具有高強(qiáng)度，并結(jié)合具 有優(yōu)良的可成形性。
[0005] 本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種在成形后具有優(yōu)良的表面品質(zhì)的高強(qiáng)度鋼。
[0006] 可以通過(guò)提供一種無(wú)晶隙鐵素體鋼帶材或片材來(lái)實(shí)現(xiàn)這些目的中的一個(gè)或多個(gè)， 所述的無(wú)晶隙鐵素體鋼帶材或片材以重量百分比計(jì)包括：
[0007] ?最多 0.01%C_ 總量；
[0008] ?最多 0.2%Si;
[0009] ?最多I. 0%Mn;
[0010] ?從6到最多9%的Al;
[0011] ?最多 0.010%N;
[0012] ?最多 0.080%Ti;
[0013] ?最多 0.080%Nb;
[0014] ?最多 0· 1%Zr;
[0015] ?最多 0· 1 %V;
[0016] ?最多 0.01%S;
[0017] ?最多 0.1%P;
[0018] ?最多 0.01%B;
[0019] ?余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)；
[0020] 其中C_總量〈=最小值[X，Y]
[0021] + 最大值[Z，0]
[0022] +12/93*Nb
[0023] +12/91*Zr
[0024] +12/51*V；
[0025] 其中
[0026] ·X= 2*12/(2*32)*S ；
[0027] .γ= 2*12/(4*48) *(Ti-48/14*N)；
[0028] ·Z= 12/48*(Ti-48/14*N-4*48A2*32)*S);
[0029]其中，
[0030] 最小值[X，Y] =X和Y的較低值，并且如果Y是負(fù)數(shù)，那么最小值[X，Y] = 0 ;
[0031] 最大值[Z，0] = 0和Z的較高值；
[0032] 其中C_溶質(zhì)=C_總量
[0033] -最小值[X，Y]
[0034] -最大值[Z, 0]
[0035] -12/93*Nb
[0036] -12/91*Zr
[0037] -12/51*V;
[0038] 并且其中C_溶質(zhì)〈=0。
[0039] 所有組分百分比均以重量百分比計(jì)，除非另有說(shuō)明。C_總量是鋼中的總碳含量。 根據(jù)本發(fā)明的鋼具有特制的化學(xué)組成，從而消除固溶體中的碳（C_溶質(zhì)）和固溶體中的氮。 將這種在固溶體中不具有碳或氮的鋼稱為無(wú)晶隙鋼。這種無(wú)晶隙鋼是抗應(yīng)變時(shí)效的，在將 片材成形成汽車部件過(guò)程中不形成所謂的LUders線并且具有高的可成形性。其中C_溶質(zhì) 為負(fù)數(shù)的情況表明存在過(guò)量的結(jié)合碳的元素，并且實(shí)際上固溶體中游離碳的量（=(：_溶 質(zhì)）為零。
[0040] 為了避免任何不清楚，應(yīng)注意以下內(nèi)容：
[0041] X= 2*12A2*32)*S還可以寫(xiě)成X= 2*((12A2*32))*S);
[0042] Y= 2*12/(4*48) * (Ti-48/14*N)還可以寫(xiě)成Y= 2* (12/ (4*48)* (Ti-((48/14) *N))
[0043] Z= 12/48*(Ti-48/14*N-4*48A2*32)*S)還可以寫(xiě)成2=(12/48)*(11-(48/14*N) - ((4*48/(2*32))*S))
[0044] 93、91和51分別是Nb、Zr和V的原子質(zhì)量，并且12是C的原子質(zhì)量。使用 比率12/93U2/91和12/51來(lái)計(jì)算多少碳被Nb、Zr或V消耗為碳化物，并且因此（例 如）12/93*Nb的比率必須讀作（12/93)*Nb。圖1顯示了基于來(lái)自JP2005 - 120399的現(xiàn)有 技術(shù)鋼CA的計(jì)算實(shí)例。
[0045] 鈦?zhàn)鳛楹辖鸹鼗蜃鳛椴豢杀苊獾碾s質(zhì)將首先形成TiN。如果存在過(guò)量的氮，那 么殘留的氮將與鋁結(jié)合。如果存在過(guò)量的鈦，那么殘留的鈦將形成Ti4C2S2。在形成TiN和 Ti4C2S2后，殘留的Ti將形成TiC。最小值[X，Y]因子計(jì)算了在將所有游離氮結(jié)合為T(mén)iN以 后通過(guò)形成Ti4C2S2消耗了多少碳。如果對(duì)于Y該計(jì)算導(dǎo)致負(fù)值，那么將該因子設(shè)置為零。 最大值[Ζ，0]因子計(jì)算了通過(guò)形成TiC消耗了多少碳。
[0046] 如果完全不存在鈦，那么將不會(huì)形成TiN或Ti4C2S2或TiC并且最小值[X，Υ]和最 大值[Ζ，0]等于零。
[0047]其它三個(gè)因子考慮了NbC、ZrC和VC的形成，并且由此連同最小值[Χ，Υ]因子和最 大值[ζ，0]因子一起確定鋼中溶質(zhì)碳的量。
[0048] 通過(guò)不添加或僅添加少量的鈦和/或指定量的Nb,將消除溶質(zhì)碳。
[0049] 本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，為了制備無(wú)晶隙鋼，應(yīng)將所有碳和氮與碳化物和氮化物形成元素 結(jié)合。
[0050] JP2005 - 120399 公開(kāi)了 一種鋼，其具有 0· 0015 %C、0. 05 %Si、0. 45 %Μη、 0. 008%Ρ、7. 5%Al和0. 005%Ν，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。圖1顯示根據(jù)這種鋼的發(fā) 明的C_溶質(zhì)的計(jì)算，發(fā)現(xiàn)C_溶質(zhì)為0. 0015,因?yàn)椴淮嬖诮Y(jié)合碳的元素，如Nb、Zr或V。C_ 溶質(zhì)因此不等于或小于零，相反其大于零。在兩種情況下最小值[X，Y]和最大值[Z，0]均 產(chǎn)生零值。
[0051] 總碳（C_總量）優(yōu)選為至多0. 005%，并且更優(yōu)選至多0. 004%且甚至更優(yōu)選至多 0.003%?？偺荚降?，需要的碳化物形成元素的量越小。然而，較低的(：_總量變得越來(lái)越難 以實(shí)現(xiàn)，因此在用于將碳含量降低至較低值的成本與用于消除固溶體中的碳而需要添加的 昂貴的碳化物形成元素的量之間存在平衡。
[0052] 氮，尤其是游離氮（即固溶體中的氮）在煉鋼中不需要但不可避免。因此應(yīng)將其 保持盡可能地低以減少用于使鋼基體不含游離氮而需要的結(jié)合氮的元素的量并且減少基 體中氮化物的量，因?yàn)橐恍┑锾貏e是氮化鈦的形狀被認(rèn)為是不需要的。因此，本發(fā)明人 發(fā)現(xiàn)50ppm的最大值是優(yōu)選的。優(yōu)選地，氮含量為至多40ppm，并且更優(yōu)選地氮含量為至多 30ppm〇
[0053] Ti的添加有益于結(jié)合氮，但不是嚴(yán)格必要的。鈦不論作為合金化元素或還是作為 不可避免的雜質(zhì)將首先形成TiN。如果存在過(guò)量的氮，那么殘留的氮將與鋁結(jié)合。然而，鋼 中大量的鋁也可以確保結(jié)合所有氮。這意味著該基體在固溶體中基本上不含氮。TiN是立 方硬質(zhì)析出物并且可形成裂紋萌生。因此，優(yōu)選將鈦的量保持盡可能地低以防止TiN析出 物不需要的影響。可向該鋼添加最多〇. 08%Ti,以將氮結(jié)合為T(mén)iN并且控制溶質(zhì)碳的量。
[0054] 在一個(gè)實(shí)施方案中，鈦含量為0.019%或更低，例如至多0.018%或0.015%或甚 至至多0.012%。如上文所描述的，對(duì)于一些應(yīng)用可優(yōu)選限制TiN析出物的量。特別但非僅 有的是，優(yōu)選低鈦含量與低氮含量組合。如果鈦的量不足以結(jié)合所有氮，那么鋼中的鋁將取 而代之并且將氮結(jié)合為氮化鋁。
[0055] 向高強(qiáng)度晶隙鋼添加硼以降低冷加工脆化和/或有助于強(qiáng)度。
[0056] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，根據(jù)本發(fā)明的鐵素體鋼的組成具有基本組成：
[0057] ?最多 0.2%Si;
[0058] ?最多I. 0%Mn;
[0059] ?從6到最多9 %的Al;
[0060] ?最多 0.010%N ;
[0061] ?最多 0· 08%Nb ;
[0062] ?最多 0· 1%Zr;
[0063] ?最多 0.1%V;
[0064] ?最多 0.01%S;
[0065] ?最多 0· 1 %P;
[0066] ?最多 0· 01%B;
[0067] ?余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)；
[0068] 在這個(gè)實(shí)施方案中，沒(méi)有將鈦?zhàn)鳛楹辖鸹靥砑又猎撲摬⑶乙院哿看嬖诘娜魏?鈦是由煉鋼過(guò)程所致的不可避免的雜質(zhì)。這個(gè)實(shí)施方案覆蓋了其中將TiN顆粒的量保持為 最少的情況。
[0069] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，錳含量為至少0.1%。在另一個(gè)實(shí)施方案中，鋁含 量為至少6%和/或至多9%，優(yōu)選至多8. 5%。優(yōu)選地，鋁含量為至少6. 5%和/或至多 8. 0%。
[0070] 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，娃含量為至多0. 05%。在退火過(guò)程期間娃可在鋼表 面上偏析以形成納米尺寸的氧化物。因?yàn)檫@些氧化物顯示與液體鋅差的潤(rùn)濕性，所以在將 它們熱浸鍍鋅后在這樣的鋼表面上有時(shí)發(fā)現(xiàn)未涂覆（裸露）的點(diǎn)。因此，例如對(duì)于這些應(yīng) 用優(yōu)選將硅含量限制為至多0. 05%。
[0071] 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)的鋼，其中該鋼的比密度為6800 - 7300kg/m3。由于添 加錯(cuò)，降低了該鋼的比密度。
[0072] 優(yōu)選對(duì)該鋼進(jìn)行鈣處理。因此，化學(xué)組成還可以包含與鈣處理一致的量的鈣。
[0073]在根據(jù)本發(fā)明的鋼中，通過(guò)添加微合金化元素（Ti、Nb、V、Zr)結(jié)合在該鋼中總碳 含量的優(yōu)良控制來(lái)控制固溶體中的碳量。
[0074] Ti或Nb的量應(yīng)該嚴(yán)格控制。太多的鈦或鈮將增加成本并且太少的鈦或鈮不能將 所有的氮和碳結(jié)合成氮化物和碳化物。
[0075] 如果作為合金化元素添加鈦，那么對(duì)于鈦含量合適的最小值為0. 005%。對(duì)于Nb 合適的最小值為0. 004%。對(duì)于V和Zr合適的最小值分別為0. 002 %和0. 004%。
[0076] 根據(jù)第二方面，提供了一種用于制備無(wú)晶隙鐵素體鋼帶材的方法，其包括步驟：
[0077] ?通過(guò)以下方式提供鋼板坯或厚帶材：
[0078] O連鑄，或
[0079] 〇通過(guò)薄板坯連鑄，或
[0080] 〇通過(guò)帶式連鑄，或
[0081] 〇通過(guò)帶坯連鑄；
[0082] ?任選地隨后通過(guò)在至多1250°C的再加熱溫度下再加熱該鋼板坯或帶材；
[0083] ?熱軋?jiān)摪迮骰蚝駧Р牟⑶以谥辽?50°C的熱終軋溫度下完成熱軋過(guò)程；
[0084] ?在500 - 75(TC的卷繞溫度下卷繞該熱乳帶材。
[0085] 在優(yōu)選的實(shí)施方案中，該卷繞溫度為至少60(TC和/或該熱終軋溫度為至少 900。。。
[0086] 隨后可以在包括下述步驟的方法中進(jìn)一步處理該熱軋帶材：
[0087] ?以40 - 90%的冷軋壓下量冷軋?jiān)摕彳垘Р囊灾苽淅滠垘Р模?br> [0088] ?在700 - 900°C的峰值金屬溫度下的連續(xù)退火過(guò)程中或在650 - 800°C的爐頂溫 度下的分批退火過(guò)程中退火該冷軋帶材；
[0089] ?任選地在熱浸鍍鋅或電鍍鋅或加熱涂覆（heat-to-coat)過(guò)程中將該退火的帶 材鍍鋅。
[0090] 在冷軋步驟前通常酸洗和清洗該熱軋帶材。在一個(gè)實(shí)施方案中，連續(xù)退火過(guò)程中 的峰值金屬溫度為至少750°C，優(yōu)選至少800°C。
[0091] 在一個(gè)實(shí)施方案中，該冷軋壓下量為至少50%。
[0092] 在一個(gè)實(shí)施方案中，該冷軋帶材的厚度為0. 4 - 2mm。
[0093] 現(xiàn)在通過(guò)下述的非限制性實(shí)施例進(jìn)一步解釋本發(fā)明。
[0094] 將鋼制備和處理成厚度為Imm的冷軋鋼片材。該冷軋帶材的厚度為3.0mm。在表 1中給出了該鋼的化學(xué)組成。
[0095] 表1-以l/1000wt· %計(jì)的化學(xué)組成（除了Al以wt. %計(jì)）（I=發(fā)明，R=參比） (tr=痕量，不可避免的雜質(zhì)，C_溶質(zhì)=固溶體中的碳）。
【權(quán)利要求】
1. 無(wú)晶隙鐵素體鋼帶材或片材，以重量百分比計(jì)包括： ?最多0.01%c_總量； ?最多 0. 2%Si; ?最多I. 0%Mn; ?從6到最多9%的Al; ?最多 0. 010%N; ?最多（λ080%Ti; ?最多 0· 080%Nb; ?最多 0· 1%Zr; ?最多 0. 1%V; ?最多 0· 01%S; ?最多 0.1%P; ?最多 0· 01%B; ?余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)； 其中C_總量〈=最小值[X，Y] +最大值[Ζ，0] +12/93*Nb+12/91*Zr +12/51*V; 其中 X= 2*12/(2*32)*S； Y= 2*12/(4*48)*(Ti-48/14*N); Z= 12/48*(Ti-48/14*N-4*48A2*32)*S); 其中， 最小值[X，Y] =X和Y的較低值，并且如果Y是負(fù)數(shù)，那么最小值[X，Y] = 〇 ; 最大值[Z，0] = 0和Z的較高值； 其中C_溶質(zhì)=C_總量 -最小值[X，Y] -最大值[Z，0] -12/93*Nb-12/91*Zr -12/51*V; 并且其中C_溶質(zhì)等于或小于零。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼，其包括至多0. 019%鈦。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋼，其中該鋼包括僅作為不可避免的雜質(zhì)的鈦。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鋼，其中Al為至少6. 5%和/或至多8. 5%。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鋼，其中N為至多0.004% (40ppm)，優(yōu)選至多 0.003% (30ppm)。
6. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鋼，其中Mn為至少0. 1 %和/或Si為至多 0· 05%。
7. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鋼，其中該鋼的比密度為6800 - 7300kg/m3。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的鋼，其中該鋼為冷軋鋼片材。
9. 制備鐵素體鋼帶材的方法，包括步驟： ?通過(guò)以下方式提供鋼板坯或厚帶材，任選地進(jìn)行鈣處理： ?連鑄，或 ?通過(guò)薄板坯連鑄，或 ?通過(guò)帶式連鑄，或 ?通過(guò)帶坯連鑄； 該鋼以重量百分比計(jì)包括： ?最多0.01%c_總量； ?最多 0. 2%Si; ?最多I. 0%Mn; ?從6到最多9%的Al; ?最多 0. 010%N; ?最多（λ080%Ti; ?最多 0· 080%Nb; ?最多 0· 1%Zr; ?最多 0. 1%V; ?最多 0· 01%S; ?最多 0.1%P; ?最多 0· 01%B; ?余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)； 其中C_總量〈=最小值[X，Y] +最大值[Ζ，0] +12/93*Nb+12/91*Zr +12/51*V; 其中 X= 2*12/(2*32)*S； Y= 2*12/(4*48)*(Ti-48/14*N); Z= 12/48*(Ti-48/14*N-4*48A2*32)*S); 其中， 最小值[X，Y] =X和Y的較低值，并且如果Y是負(fù)數(shù)，那么最小值[X，Y] = 〇 ; 最大值[Z，0] = 0和Z的較高值； C_溶質(zhì)=C_總量 -最小值[X，Y] -最大值[Z，0] -12/93*Nb -12/91*Zr-12/51*V; 并且其中C_溶質(zhì)等于或小于零； ?任選地隨后通過(guò)在至多1250°C的再加熱溫度下再加熱該鋼板坯或帶材； ?熱軋?jiān)摪迮骰蚝駧Р牟⑶以谥辽?50°C的熱終軋溫度下完成熱軋過(guò)程； ?在600 - 750°C的卷繞溫度下卷繞該熱軋帶材。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中該鋼包括至多0.019%鈦。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中該鋼包括僅作為不可避免的雜質(zhì)的鈦。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9 一 11中任一項(xiàng)所述的方法，其中在下述步驟中再加熱該熱軋帶 材： ?連續(xù)退火步驟，任選隨后熱浸鍍鋅接著快冷，或 ?加熱涂覆步驟，隨后熱浸鍍鋅和快冷。
13. 根據(jù)權(quán)利要求9 一 11中任一項(xiàng)所述的方法，包括步驟： ?以40 - 90%的冷軋壓下量冷軋權(quán)利要求9或10所述的熱軋鐵素體鋼帶材以制備冷 乳帶材； ?在具有700 - 900°C的峰值金屬溫度的連續(xù)退火過(guò)程中或在650 - 800°C的爐頂溫度 下的分批退火過(guò)程中退火該冷軋帶材； ?任選地在熱浸鍍鋅或電鍍鋅或加熱涂覆過(guò)程中將該退火的帶材鍍鋅。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中在連續(xù)退火過(guò)程中的峰值金屬溫度為至少 750°C，優(yōu)選為至少800°C。
15. 根據(jù)權(quán)利要求9 一 14中任一項(xiàng)所述的方法，其中冷軋壓下量為至少50%，和/或 冷軋帶材的厚度為〇· 4 - 2mm。
【文檔編號(hào)】C22C38/04GK104220609SQ201380019217
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月11日
【發(fā)明者】劉成, R·拉娜 申請(qǐng)人:塔塔鋼鐵荷蘭科技有限責(zé)任公司