钢带材或片材及其制造方法

发明领域

本发明涉及冷轧并退火的烘烤硬化性钢的热浸镀锌带材或片材以及用于制造该带材或片材的方法。

发明背景

在应用中，尤其是在运输应用中，日益增加的钢重量减轻的驱动力已经迫使钢铁工业提供改善钢的力学性能的方案。

钢铁工业利用各种强化手段，例如但不限于在退火之后增加平整轧制压下率、改变化学组成、改变加工条件(诸如施加在带材或片材上的冷轧压下率)或冷轧钢带材或片材的退火条件。

各种手段彼此影响并且可以改善一些特性并且不利地影响另一个。例如，增加平整轧制压下率改善屈服强度，但降低均匀伸长率值。

因此，任何改进都需要在改进某些应用的最重要性能之间进行仔细平衡，同时牺牲尽可能少的较不重要的性能。

增加强度而不使相关性能劣化的可能方式是调节化学组成。从文献(例如S.Hoile,“Materials Science and Technology，2000年10月，16卷，1079)已知，通常用于可烘烤硬化等级的超低碳钢的强度取决于合金的化学组成。调整化学组成不仅需要在性能之间进行仔细平衡，而且需要在加工参数之间进行仔细平衡。

JP06-322441公开了基于具有0.003至0.010％C的钢组合物生产具有可成形性和烘烤硬化性的高强度冷轧钢板的方法。

发明目的

本发明的目的是提供一种冷轧并退火的烘烤硬化性钢的热浸镀锌带材或片材，其提供至少270MPa//RD的屈服强度。

本发明的另一目的是提供一种冷轧并退火的烘烤硬化性钢的热浸镀锌带材或片材，其提供至少360MPa//RD的拉伸强度。

本发明的另一目的是提供一种冷轧并退火的烘烤硬化性钢的热浸镀锌带材或片材，其在80mm的标距长度下提供至少28％//RD的伸长率。

本发明的另一目的是提供一种冷轧并退火的烘烤硬化性钢的热浸镀锌带材或片材，其具有至少30MPa//RD的烘烤硬化潜力BH2。

发明描述

用具有以下化学组成的冷轧并退火的烘烤硬化性钢的热浸镀锌带材或片材实现了一个或多个所述目的，以重量％计，所述化学组成包含：

C：0.0022至0.0042；

Al_sol：0.027至0.066；

Nb：0.004至0.028；

B：0.0004至0.0017；

Ti：0.004至0.014；

N：0.0004至0.0033；

S：0.022或更小；

Cr：0.045或更小；

V：0.005或更小；

Cu：0.045或更小；

Ni：0.045或更小；

Mo：0.011或更小；

Ca：0至0.0100；

1.445≤Mn(重量％)+10*P(重量％)+Si(重量％)≤1.925；

其中硅含量为至少0.148和/或至多0.248重量％；

其余是Fe和不可避免的杂质，

其中屈服强度(Rp)//RD在270和330MPa之间，拉伸强度(Rm)//RD在360和460之间，总应变(A80)//RD为至少28％，n0值为至少0.13，r0值为至少1.10，和烘烤硬化指数(BH2)为至少30MPa。

所有化学组成均以重量％给出，除非另有说明。优选基于在碱性氧气炼钢(BOS)工艺中生产的钢熔体生产钢，优选也使用真空脱气技术。该工艺优于其他常用的炼钢工艺，即电弧炉(EAF)工艺，因为BOS工艺能够生产具有低杂质水平的钢。EAF工艺基于废料熔融，而BOS工艺从原始生铁开始，在生铁的精炼工艺期间，仅少量且仔细选择的废料作为冷却剂添加到准备在连续铸造工艺中铸造成厚板坯(t:150-350mm)或薄板坯(t:50-150mm)的钢熔体中，或添加到带材铸造工艺中的带材(t<20mm)中。铸造板坯或带材是热轧工艺的输入，其中所得的热轧带材是根据本发明的后续冷轧工艺的输入。

发明人发现，重要的是满足Mn、Si和P的以下标准：1.445≤(Mn(重量％)+10*P(重量％)+Si(重量％))≤1.925重量％。高水平的Mn导致对C水平的不良控制，因此导致力学性能(包括烘烤硬化响应)的大变化。高水平的Si可能导致不期望的氧化物类型，这进而将导致涂层附着问题。高水平的P可能引起由鼓胀而致的铸造问题，并且它也可能导致高的轧制力和轧制滚筒的高磨损。高P还可能导致焊接问题。如果数值太低，则将不满足强度要求。优选地(Mn(重量％)+10*P(重量％)+Si(重量％))为至多1.825重量％和/或至少1.525重量％。

发明人已经发现，使用元素Mn、Si和P之间的仔细平衡，结合仔细平衡的工艺，可以生产最小屈服强度为270MPa//RD、最小拉伸强度为360MPa//RD、最小伸长率A80为至少28％/RD、最小烘烤硬化响应BH2(根据EN10325:2002)为至少30MPa//RD的Ti稳定的超低碳钢。尽管在冷轧期间具有相对高的轧制力，但是轧制卷材的宽度可以高达2000mm。

应注意，根据VDA239-100:2016确定所要求保护的Rp、Rm、A80、n0、r0，并且根据EN10325:2002确定BH2。符号//RD意指在拉伸试样上测量性能，其纵向方向平行于轧制方向。n和r后面的0表示相同(0是与轧制方向的角度)。为了防止误解，应注意A80是在80mm的标距长度上测量的总伸长率。根据EN10325:2006，通过在170℃下的20分钟的烤漆循环之后加热所述冷轧、退火和热浸镀锌的材料之后测量Rp的增加来确定BH2。根据EN10002-1:2001进行拉伸测试。

在一个实施方案中，A80//RD为至少30％，且优选为至少32％。在一个实施方案中，n0为至少0.15，且优选为至少0.16。在一个实施方案中，r0值为至少1.20，且优选为至少1.30。在r0和n0的情况下，两个参数均较高的数值指示较好的可成形性。

在一个实施方案中，BH2//RD为至少40MPa，优选为至少45MPa。Rp//RD优选为至少280MPa，更优选为至少290MPa。

在根据本发明的钢中，添加钛(Ti)主要是为了确保所有N已作为TiN析出。游离N对力学性能是有害的。任何过量的Ti可作为TiC或Ti

在根据本发明的钢中，添加铌(Nb)以使得大部分C作为NbC析出。然而，为了获得所需的BH响应，在固溶体中的少量C是需要的。

在根据本发明的钢中，使用铝(Al)作为脱氧剂。然而，在并非所有N都已作为TiN析出的情况下，还添加Al作为合金化元素以促进氮化铝的形成，以便改善深拉延(deep-drawing)。因此，在钢中可以发现Al为铝氧化物(来自脱氧的残余物)、金属Al和AlN。Al和AlN都可以溶解在酸中，因此统称为Al_sol。因此钢的总铝含量表示为Al_tot＝Al_ox+Al_sol。

在本发明的一个实施方案中，P含量为至少0.054重量％，且优选为至少0.065重量％。优选地，P含量为至多0.099重量％，且更优选为至多0.085重量％。因此，优选的范围是0.065至0.085重量％。

在一个实施方案中，Mn含量为至少0.610重量％，且优选为至少0.660重量％。优选地，Mn含量低于0.880重量％，且更优选低于0.800重量％。

在根据本发明的钢中，Si含量为至少0.148。在一个实施方案中，Si含量为至少0.165重量％。在根据本发明的钢中，Si含量为至多0.248。在一个实施方案中，Si含量为至多0.225重量％。

在本发明的一个实施方案中，S含量为至少0.010重量％，更优选为至多0.005重量％。

在优选实施方案中，在5％的变形(根据SEP1941和SEP1942)之后的最大波纹度Wsa(1-5)是0.37μm。该值是以可再现和稳健的方式获得。Wsa(1-5)的值在很大程度上取决于冷轧机的最后冷轧机架中的工作辊的粗糙度。

在一个实施方案中，钢带材或片材具有0.80至1.50μm的粗糙度值(Ra)并且具有至多0.37μm的5％变形后的波纹度值(Wsa(1-5))。

优选地，5％变形后的波纹度值Wsa(1-5)为至多0.35μm，且更优选为至多0.34μm和/或Ra为至多1.45μm。

在本发明的另一个实施方案中，根据本发明的钢带材或片材在冷轧和退火之后提供以金属涂层，例如锌层，其可以含有少量Al以允许形成由约45％Al、35％Fe和20-35％Zn(Fe

本发明还体现在提供根据本发明的钢带材或片材的方法，其中所述带材依照本发明连续退火并随后电镀锌(eletro-galvanised)。

在另一实施方案中，钢带材或片材具有金属涂层，例如(商业纯)铝层或铝合金层。商业纯铝含有至少99重量％的Al(AA 1XXX系列)。具有铝合金层的用于热浸涂覆的典型金属浴包含与硅合金化的铝，例如与如下成分合金化的铝：8至11重量％的硅和至多4重量％的铁，任选的至多0.2重量％的一种或多种另外元素例如钙，不可避免的杂质，其余为铝。存在硅以防止形成厚的铁-金属间化合物层，该铁-金属间化合物层会降低粘附性和成形性。铁优选以1至4重量％、更优选至少2重量％的量存在。

虽然冷轧带材或片材的厚度没有特别限制，但仍然优选的是，钢带材或片材的厚度在0.50和1.20mm之间。

在一个实施方案中，根据本发明的冷轧钢带材和片材中的铁素体晶粒的晶粒度为9至13ASTM，且优选为9.5至12ASTM，更优选为至少10ASTM。

优选地，Cr、V、Cu、Ni和/或Mo中的一种、多种或全部仅作为不可避免的杂质存在于本发明的钢中，且更优选Cr、V、Cu、Ni和/或Mo中的一种、多种或全部完全不存在。

根据第二方面，本发明还体现在用于生产具有以重量％计的化学组成的冷轧并退火的烘烤硬化性钢的热浸镀锌带材或片材的方法，所述方法包括：

-生产钢熔体并连续铸造板坯或带材，以重量％计，所述板坯或带材具有包含以下成分的组成：

·C：0.0022至0.0042；

·Al_sol：0.027至0.066；

·Nb：0.004至0.028；

·B：0.0004至0.0017；

·Ti：0.004至0.014；

·N：0.0004至0.0033；

·S：0.022或更小；

·Cr：0.045或更小；

·V：0.005或更小；

·Cu：0.045或更小；

·Ni：0.045或更小；

·Mo：0.011或更小；

·1.445≤Mn(重量％)+10*P(重量％)+Si(重量％)≤1.925；

·其中硅含量为至少0.148重量％和/或至多0.248重量％；

·Ca：0至0.0100；

其余为Fe和不可避免的杂质；

-将板坯加热或再加热到至少1050℃的温度，然后热轧板坯以生产厚度为至多5.0mm的热轧带材，其中终轧温度高于Ar3，并且以至少40℃/s的冷却速率将热轧带材冷却到不低于650℃的卷取温度；

-通过酸洗对热轧带材进行后处理；

-用65至90％的冷轧压下率冷轧所述后处理的热轧带材；

-对所述冷轧带材进行连续退火以便将冷轧显微组织转变成再结晶显微组织，随后在热浸镀锌步骤中为退火带材提供金属涂层；

-以至少0.2％的平整轧制压下率对热浸镀锌钢带材进行平整轧制；

-任选地对平整轧制的钢带材进行后处理，例如卷取、切割成片材、成形等；

其中屈服强度(Rp)在270和330MPa之间，拉伸强度(Rm)在360和460之间，总应变(A80)为至少28％，n0值为至少0.13，r0值为至少1.10，以及烘烤硬化指数(BH2)为至少30MPa，所有测量均//RD。

在一个实施方案中，根据本发明的方法的工艺条件选择如下：

·将板坯加热或再加热到至少1100℃或甚至至少1150℃的温度；

·终轧温度为900至945℃；

·带材中部的卷取温度不低于710℃和/或不高于750℃；

·冷轧压下率为至少68％，优选70％，更优选至少75％和/或至多90％；

·将热浸镀锌的钢带材平整轧制0.2至2.5％，优选1.25至2.10％。

应注意，这些工艺条件可以彼此独立地选择，使得根据本发明的工艺体现这些工艺条件中的一个、多个或全部。

还应注意，头端和尾端的卷取温度可以高于带材中部的卷取温度，以补偿卷取后的头部和尾部的较快冷却速率。这种补偿对于促进某些冶金反应例如AlN或NbC的析出是重要的。在这种情况下，可以采用所谓的U型冷却，其中头部和尾部在较高温度下卷取(参见图3)。本领域技术人员可以容易地确定补偿尾部/头部效应所需的这种冷却的头部/尾部和中间部分之间的温度差，但是作为一般指示，头部和尾部的卷取温度可以比带材的中部高约30℃。应当注意，与中间部分相比，头端和尾端相对较短。与中间部分相比，头端和尾端的最佳长度、头部/尾部和中部之间的传递的长度以及在带材长度上的温差可以容易地利用热模型来确定，该热模型计算卷材中每个点的冷却并且与用于例如AlN的析出的冶金模型偶合，可以得出最佳温度路径(Metallurgy for Hoogovens’new CA line for tin plate,Th.M.Hoogendoorn,A.J.van den Hoogen,1991TMS Fall Meeting,Cincinnati(OH),October 22-24,1991)。

实施例

现在将通过下列非限制性实施例来进一步解释本发明

表1：测试材料的化学组成和主要工艺设置。

合金A至J是根据本发明。合金O至T处在本发明的权利要求之外，并且显示它们以证明化学组成和处理的效果。

这些钢均在碱性氧炼钢设备中生产并连续铸造为厚板坯(～225mm)。应当注意，也可以通过薄板坯铸造和直接热轧来生产所述钢，在这种情况下，铸造板坯的厚度通常在50和100mm之间。这不影响最终发明产品的性能。在图1中描绘了生产的非限制性示意概况。

在板坯再加热炉(SRF)中将钢板坯再加热到至少1050℃的温度，随后热轧到2.8、3.1和3.5mm的厚度。最终热轧温度(FRT)高于Ac3，因此在奥氏体状态进行热轧。使用约910℃至930℃的目标FRT。在输出辊道上冷却热轧带材(ROT)之后，以730℃的目标卷取温度(CT)将带材卷取。随后将热轧卷材(HRC)酸洗并冷轧到0.70mm的厚度，导致75％、77％和80％的冷轧压下率(取决于HRC的厚度)。随后将冷轧卷材(CRC)连续退火以获得完全再结晶，并进行1.4至2.0％的平整轧制。在退火和平整轧制之间，对卷材进行热浸镀锌，以便为带材提供金属涂层，从而生产冷轧的金属涂覆卷材(CRCC)。

冷轧金属涂覆的卷材的显微组织显示出完全再结晶的显微组织，其晶粒度在10和10.5ASTM之间。力学性能在表2中给出。

表2：测试材料的力学性能。

结果的分析显示强度确实取决于Mn、Si和P的水平。组成在所要求保护的范围之外的卷材无法保证270MPa的所需最小强度。

对随冷轧压下率变化的拉伸性能的进一步分析揭示：R

将冷轧的金属涂覆卷材生产为标准全精加工(FF)。冷轧机的最后机架(#5)中的轧制滚筒的粗糙度为约5.8μm EDT。在如SEP1942(草案，2017年5月)中所述的变形之后，根据SEP1941(2012年5月)在卷材的中部(长度上)测量粗糙度和波纹度。结果汇总在表3中，表3还包括一些相关的工艺设置。

表3：卷取温度、粗糙度和波纹度值。

附图说明

现在将通过以下非限制性附图来解释本发明。

图1：示意性生产过程。

图2：Rp(以MPa为单位)随Σ(Mn+Si+10·P)(以重量％)的变化。

图3：U型输出辊道冷却。

在图1中，示意性地示出了根据本发明的钢的生产过程。该过程开始于铸造并且结束于冷轧镀锌卷材(CRGC)。示意性地显示了中间步骤。

图2示出了力学性能之一(Rp，以MPa计)随Σ(Mn+Si+10·P)(以重量％计)的变化，其示出了根据本发明的钢和方法提供的改进。竖直虚线显示1.445和1.925重量％的值，水平虚线显示Rp＝270MPa。

图3示出了U型冷却的示意图，以及带材的头部、中部和尾部的规格。头部是首先热轧的部分，因此最终成为卷材的“眼”中的内部缠绕物；尾部是最后热轧的部分，因此最终成为卷材的外部缠绕物。中间部分的长度取决于带材的厚度、带材的宽度和卷材的重量。