本發(fā)明涉及一種用于生產(chǎn)具有權(quán)利要求1的特征的滲氮的包裝鋼的方法以及用該方法以具有權(quán)利要求16的特征的冷軋扁鋼產(chǎn)品的形式生產(chǎn)的包裝鋼。

背景技術(shù)：

由現(xiàn)有技術(shù)已知，通過并入溶解于鋼中的未結(jié)合的氮來增加鋼的強(qiáng)度。在鋼中并入未結(jié)合的氮稱為滲氮，并代表了用于硬化鋼和鋼產(chǎn)品的已知方法。

規(guī)定用于生產(chǎn)包裝的扁鋼產(chǎn)品(下文稱為包裝鋼)，如鋼片或鋼帶的滲氮也是由現(xiàn)有技術(shù)已知的。例如，EP 0 216 399 B1中描述了用于包裝目的的鋼片及其生產(chǎn)方法，鋼片由鋁鎮(zhèn)靜的，連續(xù)澆鑄的碳錳鋼生產(chǎn)并通過滲氮獲得了一定量的未結(jié)合的溶解氮，其中未結(jié)合氮的最小量定義為鋼片的期望硬度類別(例如，歐洲標(biāo)準(zhǔn)145-78的硬度類別T61)的函數(shù)，并且具有至少5ppm的未結(jié)合氮的量。關(guān)于碳和錳的含量，所公開的鋼片的化學(xué)組成對應(yīng)于通常的軟鋼，并具有0.03wt％至0.1wt％范圍內(nèi)的碳含量和0.15wt％至0.5wt％范圍內(nèi)的錳含量。該鋼片的特征在于在350至550N/mm²范圍內(nèi)的高屈服點(diǎn)。對于溶解于鋼中的未結(jié)合氮的量所述的最大值為100ppm，并且由具有高含量的未結(jié)合氮的鋼片由于與其相關(guān)的強(qiáng)度增加而不能再冷軋的事實(shí)證明，而因此不適合建議用作冷軋包裝鋼。

在用于生產(chǎn)這種已知的包裝鋼的方法中，首先連續(xù)澆鑄鋼，然后熱軋，冷軋，重結(jié)晶退火，而最后回火軋制。在回火軋制之后進(jìn)行熱后處理，其中由回火軋制在該鋼中形成的自由位錯通過由滲氮引入的未結(jié)合氮固定，以增加硬度和屈服點(diǎn)至回火軋制后的值以上。然后可以方便地將熱后處理與回火軋制鋼的另一熱處理相結(jié)合，其無論如何是在包裝鋼的生產(chǎn)的背景下進(jìn)行的，例如，在電解施加到鋼片表面的錫層的熔融期間或在施加到鋼片表面的涂層的燒制期間。

由于EP 0 216 399 B1中對于溶解于鋼中的未結(jié)合氮量提出的100ppm的上限，這種已知的包裝鋼的強(qiáng)度是有限的。理論上看起來有可能生產(chǎn)在鋼中具有更加高含量的未結(jié)合氮的鋼片，以實(shí)現(xiàn)高于600MPa的拉伸強(qiáng)度。例如，在EP 1 342 798 B1和DE 1 433 690 A1中描述了具有至多達(dá)250ppm和至多達(dá)400ppm的氮含量的滲氮鋼。然而，在實(shí)際中，鋼中這樣高的未結(jié)合氮含量是還不是可達(dá)到的。

鋼的滲氮可以通過在鋼熔體中并入氮，例如通過吹入氮?dú)釴₂來引入鋼的生產(chǎn)過程。例如，在DE 2 237 498中描述了用于在基本的氧煉鋼過程中，在鋼生產(chǎn)中的鋼熔體的滲氮的方法。扁鋼產(chǎn)品，特別是鋼帶，可以通過表面處理，例如通過使氮擴(kuò)散到鋼片表面中來滲氮，這可以通過例如在略微超壓下在氨氣氛下氣體滲氮，通過在含氮的鹽浴中的浴滲氮，或通過等離子體滲氮而發(fā)生。通過氮的擴(kuò)散，在鋼片表面上形成硬的表面結(jié)合層和其中氮并入到(鐵素體)鋼基體中達(dá)一定深度的下層擴(kuò)散區(qū)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的問題是提供用于生產(chǎn)包裝的扁鋼產(chǎn)品(鋼片或鋼帶)，其具有盡可能高的強(qiáng)度，同時具有良好的斷裂伸長率和良好的形變性能。使得可獲得在至少5％的斷裂伸長率下具有至少600MPa的強(qiáng)度的包裝鋼。因此，更高強(qiáng)度的包裝鋼必須同時具有足夠的可變形性以用于所提出的應(yīng)用，例如，作為深拉或熨燙過程中的包裝鋼，而使預(yù)期的包裝可以由扁鋼產(chǎn)品生產(chǎn)，例如，食品罐或飲料罐。因此作為扁鋼產(chǎn)品存在的包裝鋼應(yīng)當(dāng)具有薄板和超薄板范圍內(nèi)的通常厚度，其通常處于0.1至0.5mm(超薄板)或0.5至3mm(薄板)的范圍內(nèi)，并通過冷軋生產(chǎn)。

這些問題通過具有權(quán)利要求1的特征的方法以及具有權(quán)利要求16的特征的扁鋼產(chǎn)品的形式的滲氮包裝鋼來解決。根據(jù)本發(fā)明的方法及包裝鋼的優(yōu)選變體在從屬權(quán)利要求中發(fā)現(xiàn)。

使用根據(jù)本發(fā)明的方法可以生產(chǎn)具有400至1200ppm的碳含量和大于100ppm，且優(yōu)選大于150ppm，且尤其是大于210ppm的溶解于鋼中的未結(jié)合氮的量的滲氮包裝鋼，在這種情況下，首先將熱軋的和可選已經(jīng)滲氮的鋼產(chǎn)品冷軋成扁鋼產(chǎn)品，然后將冷軋的扁鋼產(chǎn)品在退火爐中進(jìn)行重結(jié)晶退火，在這種情況下，將含氮?dú)怏w引入退火爐中并引導(dǎo)至扁鋼表面上，使得以對應(yīng)于大于100ppm的濃度的量將未結(jié)合的氮引入扁鋼產(chǎn)品中，或?qū)⒈怃撝形唇Y(jié)合氮的量增加至大于100pm的濃度。直接在退火后，將該扁鋼產(chǎn)品以至少100K/s的冷卻速率冷卻。在一方面，在該過程中在扁鋼產(chǎn)品中形成多相結(jié)構(gòu)，其包括鐵素體和結(jié)構(gòu)組分馬氏體、貝氏體、屈氏體/珠光體中的至少一種和/或殘余的奧氏體。具有這種結(jié)構(gòu)的鋼產(chǎn)品具有相對于單相鋼增加的強(qiáng)度。另一方面，通過在重結(jié)晶退火期間扁鋼產(chǎn)品的滲氮，鋼中的氮含量增加到導(dǎo)致強(qiáng)度增加的值范圍(大于100ppm)。

已經(jīng)顯示，為了形成多相結(jié)構(gòu)，鋼的碳含量必須為至少0.04wt％。碳含量的上限由約0.12wt％的包裝鋼的標(biāo)準(zhǔn)要求的上限(如在ASTM標(biāo)準(zhǔn)A623-11中的定義)規(guī)定，且另一方面，在技術(shù)上由冷軋能力規(guī)定，其中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，具有大于0.12wt％的碳含量的熱軋鋼產(chǎn)品僅可以相當(dāng)困難地進(jìn)行冷軋。

鋼的滲氮然后可以方便地在兩個階段中進(jìn)行。在第一階段中，通過向鋼熔體，以例如含氮?dú)怏w和/或含氮固體的形式提供氮，來將鋼熔體滲氮至最大160ppm的氮含量。由如此滲氮并熱軋成熱軋帶的鋼熔體澆鑄板坯。如果需要(在冷卻至環(huán)境溫度后)，然后酸洗熱軋帶，并冷軋成扁鋼產(chǎn)品(鋼片或鋼帶)。然后將冷軋的扁鋼產(chǎn)品在退火爐中進(jìn)行重結(jié)晶退火。然后，在退火爐中通過將含氮?dú)怏w并入退火爐中并將其引導(dǎo)至扁鋼產(chǎn)品上來進(jìn)行第二階段滲氮，以進(jìn)一步增加鋼中的未結(jié)合氮的量至第一階段滲氮中已經(jīng)引入鋼熔體中的氮含量以上。

包裝鋼的兩階段退火確保使用通常用于包裝鋼生產(chǎn)的冷軋設(shè)備(軋機(jī)機(jī)組)，熱軋帶可以毫無問題地冷軋成扁鋼產(chǎn)品，特別是鋼帶。通過以下事實(shí)使其可能：在滲氮的第一階段期間將至多160ppm的未結(jié)合氮含量引入鋼熔體中。通過由滲氮鋼熔體熱軋制生產(chǎn)的熱軋帶在這些氮含量下保持可冷軋制，從而可以以通常厚度通過由熱軋帶的冷軋生產(chǎn)薄板或超薄板用于包裝目的。鋼熔體中更高的氮含量還會導(dǎo)致由鋼熔體澆鑄的板坯中的不期望的缺陷。在冷軋期間和在重結(jié)晶退火期間扁鋼產(chǎn)品滲氮的第二階段中實(shí)現(xiàn)優(yōu)選大于600MPa的包裝鋼的期望強(qiáng)度。因此，可以生產(chǎn)出具有薄板和超薄板范圍，特別是0.1至0.5mm范圍內(nèi)的厚度的扁鋼產(chǎn)品，特別是鋼帶，用作同時具有非常高的拉伸強(qiáng)度和優(yōu)選至少5％的高斷裂伸長率而不會經(jīng)受形變性能的限制的包裝鋼。

在根據(jù)本發(fā)明方法的優(yōu)選實(shí)施方式實(shí)例中，在第一階段中的鋼熔體的滲氮通過將氮?dú)?N₂)和/或氰氨化鈣(CaCN₂)和/或氮化錳(MnN)引入鋼熔體中來發(fā)生。

在第二階段中的扁鋼產(chǎn)品滲氮優(yōu)選通過將氨氣(NH₃)引入退火爐中來發(fā)生，其中將扁鋼產(chǎn)品重結(jié)晶退火。然后，將氨氣通過噴嘴方便地施加到扁鋼產(chǎn)品的表面上。優(yōu)選地調(diào)節(jié)引入到退火爐中的氨氣的量，使得在退火爐中設(shè)定具有0.05％至15％范圍內(nèi)的氨濃度的氨平衡(相對于退火爐中的氣體氣氛，以wt％計)。退火爐中有效地滲氮所需的氨濃度則取決于退火爐中的溫度。在600至650℃范圍內(nèi)的理想溫度下，0.05wt％至1.5wt％范圍內(nèi)氨濃度已經(jīng)足以在滲氮期間將期望的量的未結(jié)合氮(間隙氮)并入扁鋼產(chǎn)品中。在更高的溫度下，特別是在700℃以上，退火爐中的氨濃度必須相應(yīng)地選擇較高(至多達(dá)15wt％)，以便以有價值的量將氮并入扁鋼產(chǎn)品中。退火爐中的氨濃度優(yōu)選通過氨傳感器檢測，且檢測的氨平衡濃度的測量值用于控制每單位時間引入退火爐的氨氣量。因此，可以確保退火爐中相等的氨氣濃度，并因此確保鋼帶生產(chǎn)時間內(nèi)具有同等質(zhì)量的扁鋼產(chǎn)品的均勻滲氮和在鋼帶長度內(nèi)的均勻的氮濃度。

為了避免氧化過程，除了用于滲氮的氨氣之外，在退火爐中的重結(jié)晶退火期間將惰性氣體，例如，氮?dú)夂?或氫氣或它們的混合物，例如，以95wt％氮?dú)夂?wt％氫氣的組成引入退火爐中。退火爐因此也用作密封的惰性室。因此，通過退火階段的鋼帶在重結(jié)晶退火和滲氮直至冷卻的期間并不與氧化環(huán)境，特別是大氣氧接觸，因此可以避免在鋼帶表面上形成氧化物層。

通過包裝鋼的兩階段滲氮引入的未結(jié)合氮的總量處于100至500ppm之間，優(yōu)選在150ppm以上，且特別是處于210至350ppm之間。在兩階段滲氮期間，在鋼熔體的滲氮期間的第一階段中將最大160ppm的氮含量引入鋼熔體中。保持鋼熔體中未結(jié)合氮的含量的約160ppm的上限，會確保由鋼熔體生產(chǎn)的板坯上沒有形成例如孔隙和裂紋形式的缺陷，其可以由環(huán)境氧而氧化。由板坯生產(chǎn)的熱軋帶在至多160ppm的氮含量下仍然是可冷軋的?？商鎿Q地，滲氮也可以在一個階段中發(fā)生，在這種情況下，冷軋扁鋼產(chǎn)品的滲氮僅通過在重結(jié)晶退火期間在連續(xù)爐中暴露于含氮?dú)怏w來發(fā)生。

(可選地，作為第二階段)在通過暴露于含氮?dú)怏w使扁鋼產(chǎn)品在退火爐中滲氮期間可以并入的未結(jié)合氮的量(可選地，另外地)處于100至350ppm的范圍內(nèi)。當(dāng)使用兩個滲氮階段時，根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的包裝鋼中未結(jié)合氮的總量優(yōu)選大于150ppm，且特別是大于210ppm，因此可以引入至多達(dá)500ppm。由此可以實(shí)現(xiàn)大于650MPa并至多達(dá)1000MPa的拉伸強(qiáng)度，其中已經(jīng)建立了未結(jié)合氮的含量和拉伸強(qiáng)度之間的線性關(guān)系，并且，例如，約650MPa的拉伸強(qiáng)度需要約210ppm的未結(jié)合氮含量。

通過根據(jù)本發(fā)明的熱處理生產(chǎn)的鋼的多相結(jié)構(gòu)有助于除了滲氮之外增加冷軋扁鋼產(chǎn)品的強(qiáng)度。為了形成多相結(jié)構(gòu)，將重結(jié)晶退火期間的冷軋扁鋼產(chǎn)品在加熱步驟中加熱到高于Ac1溫度(在所采用的鋼的合金組成下通常位于約723℃)的溫度。已經(jīng)表明，扁鋼產(chǎn)品必須至少短暫地加熱至高于Ac1溫度的溫度，以形成多相結(jié)構(gòu)。然后可以通過退火爐中的熱輻射，或也可以感應(yīng)地或傳導(dǎo)地加熱，其中通過感應(yīng)或傳導(dǎo)加熱可以實(shí)現(xiàn)大于500K/s的非常高的加熱速率。在其加熱期間，冷軋扁鋼產(chǎn)品在高于重結(jié)晶溫度的溫度下保持足夠長的加熱時間，以便使扁鋼產(chǎn)品重結(jié)晶退火，從而恢復(fù)冷軋扁鋼產(chǎn)品的可變形性。在(至少短暫的)加熱至高于Ac1溫度的溫度之后，將扁鋼產(chǎn)品快速冷卻，其中應(yīng)當(dāng)保持至少100K/s且優(yōu)選大于150K/s的冷卻速率，以便在鋼中形成多相結(jié)構(gòu)。

為了確保退火爐中對于重結(jié)晶退火和形成多相結(jié)構(gòu)以及對于滲氮的最佳熱條件，使扁鋼產(chǎn)品有利地在退火爐中經(jīng)受具有規(guī)定的溫度分布的退火循環(huán)。在用于這種退火循環(huán)的第一實(shí)施方式實(shí)例，將冷軋扁鋼產(chǎn)品在連續(xù)退火爐中(通過熱輻射)在第一加熱步驟中首先從環(huán)境溫度以有利地15至25K/s且特別是20K/s的加熱速率加熱至高于重結(jié)晶溫度但仍低于Ac1溫度的保持溫度，且特別是600至650℃的溫度范圍，并然后在該保持溫度(T_h)下保持一段保持時間。在保持階段期間，其有利地處于80至150秒的范圍內(nèi)，并例如為約100至110秒，將扁鋼產(chǎn)品在保持溫度(T_h)下暴露于使用含氮?dú)怏w的滲氮。然后有利地選擇保持溫度(T_h)，使得可以確保扁鋼產(chǎn)品中盡可能最有效地并入氮。已經(jīng)表明，在600至650℃之間的溫度范圍內(nèi)特別如此。然后可以將退火爐中的氨濃度設(shè)定于0.05wt％至1.5wt％范圍內(nèi)的低值。

在退火爐中滲氮之后，立即在第二加熱步驟中將扁鋼產(chǎn)品加熱至高于Ac1溫度的退火溫度(T_g)，且優(yōu)選為740℃≤Tg≤760℃，并隨后以大于100K/s的冷卻速率冷卻。第二加熱步驟中的加熱速率優(yōu)選大于100K/s，特別是大于500K/s，其中加熱有利地在第二加熱步驟中感應(yīng)地或傳導(dǎo)地進(jìn)行，以實(shí)現(xiàn)這樣高的加熱速率。大于1000K/s的加熱速率可以通過感應(yīng)或傳導(dǎo)加熱實(shí)現(xiàn)。

以大于100K/s的優(yōu)選冷卻速率冷卻可以通過冷氣流(優(yōu)選惰性氣體，如氫氣或氮?dú)?或通過將扁鋼產(chǎn)品引入淬火液體(例如，水箱)來進(jìn)行，在這種情況下將扁鋼產(chǎn)品優(yōu)選冷卻至環(huán)境溫度。

在退火循環(huán)的第二實(shí)施方式實(shí)例中，將冷軋扁鋼產(chǎn)品首先在連續(xù)退火爐中(通過熱輻射)在(單個)加熱步驟中首先從環(huán)境溫度以有利地大于15K/s的加熱速率初始加熱至高于Ac1溫度的保持溫度(T_h)，且特別是740至760℃的范圍，并且在隨后的保持步驟中保持于該保持溫度(T_h)下一定的保持時間，其中將冷軋扁鋼產(chǎn)品在加熱步驟期間和/或在保持步驟期間用含氮?dú)怏w滲氮。在加熱步驟期間的扁鋼產(chǎn)品優(yōu)選暴露于含氮?dú)怏w，因?yàn)橐呀?jīng)表明在低于約700℃的溫度下，特別是600至660℃的溫度范圍內(nèi)，滲氮是最有效的。扁鋼產(chǎn)品保持于高于Ac1溫度的溫度下的保持時間有利地處于80至150秒的范圍內(nèi)，并且，例如，處于約100-110秒的范圍內(nèi)。

在退火爐中使用各種噴嘴用于對扁鋼產(chǎn)品滲氮，使用該噴嘴可以將含氮?dú)怏w如氨氣均勻地施加到通過退火爐的扁鋼產(chǎn)品的表面上。在以至少200m/min的帶材速度通過退火爐的鋼帶生產(chǎn)期間，多個噴嘴橫跨帶材的運(yùn)行方向排布且優(yōu)選彼此等距。由此可以在整個表面上對扁鋼產(chǎn)品均勻滲氮。

通過記錄引入到退火爐中的含氮?dú)怏w的濃度，可以確保在鋼帶通過退火爐期間，在退火爐中保持相同的氮?dú)鈿夥铡＿@允許鋼帶在其長度上均勻的滲氮。

通過比較實(shí)驗(yàn)可以確立的是，通過根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的包裝鋼的滲氮，不僅可以增加其強(qiáng)度，而且因?yàn)殇撝形唇Y(jié)合氮的含量更高，另外觀察到改善的可變形性。這尤其發(fā)現(xiàn)于涂有清漆的根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的包裝鋼中。在常規(guī)的清漆涂覆的包裝鋼中，在涂覆期間的烘烤所需的熱處理之后觀察到更高強(qiáng)度下的扁鋼產(chǎn)品的斷裂伸長率急劇降低。在根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的滲氮扁鋼產(chǎn)品中不會觀察到這種現(xiàn)象。在這種情況下，即使在大于650MPa的非常高的強(qiáng)度下，在涂覆期間的熱處理(烘烤硬化)后也沒有觀察到斷裂伸長率降低。這或許是由以下事實(shí)是可解釋的：由于兩階段滲氮和鋼塊中氮的非常均勻的分布阻擋了任何存在的位錯，且一旦所施加的拉伸應(yīng)力增加超過極限值時，這些由游離氮原子阻擋的位錯在扁鋼產(chǎn)品的形變期間會大量突然溶解。因此，由來自氮?dú)庾钃醯男巫冡尫诺拇罅课诲e在鋼中遷移，使得可變形性改善。

附圖說明

根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的包裝鋼的這些和另外的優(yōu)點(diǎn)由參照附圖描述的以下實(shí)施方式實(shí)例將是顯而易見的。附圖顯示：

圖1：退火爐的第一實(shí)施方式實(shí)例的示意圖，其中根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行扁鋼產(chǎn)品的滲氮和重結(jié)晶退火；

圖2：退火爐的第二實(shí)施方式實(shí)例的示意圖，其中根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行扁鋼產(chǎn)品的滲氮和重結(jié)晶退火；

圖3：在本發(fā)明方法的實(shí)施期間在圖1的退火爐中進(jìn)行的退火循環(huán)的時間溫度分布的圖形描繪。

具體實(shí)施方式

在根據(jù)本發(fā)明的方法的第一實(shí)施方式實(shí)例中，使用具有2至15mm范圍內(nèi)的厚度和400至1200ppm的碳含量的在連續(xù)澆鑄中生產(chǎn)和熱軋鋼產(chǎn)品作為起始產(chǎn)品。因而鋼的合金組成有利地滿足由包裝鋼的標(biāo)準(zhǔn)(例如，在ASTM標(biāo)準(zhǔn)A623-11“鍍錫鋼板軋機(jī)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格(Standard Specification for Tin Mill Products)”或歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 10202中)規(guī)定的限值。用作起始產(chǎn)品的鋼產(chǎn)品優(yōu)選具有以下的合金組分的重量分?jǐn)?shù)的上限(以使最終產(chǎn)品與包裝鋼的所引述標(biāo)準(zhǔn)一致)：

-C：最大0.12％，

-Mn：最大0.4％，

-Si：最大0.04％，優(yōu)選小于0.02％；

-Al：最大0.1％，優(yōu)選小于0.08％；

-Cr：最大0.1％，優(yōu)選小于0.08％；

-P：最大0.03％，優(yōu)選小于0.02％；

-Cu：最大0.1％，優(yōu)選小于0.08％；

-Ni：最大0.15％，優(yōu)選小于0.08％；

-Sn：最大0.04％，優(yōu)選小于0.02％；

-As：最大0.02％，

-S：最大0.03％，優(yōu)選小于0.02％；

-Mo：最大0.05％，優(yōu)選小于0.02％；

-V：最大0.04％；

-Ti：最大0.05％，優(yōu)選小于0.02％；

-Nb：最大0.05％，優(yōu)選小于0.02％；

-B：最大0.005％；

-其他合金成分，包括雜質(zhì)：最大0.05％；

-余量的鐵。

具有這樣的合金組成的鋼產(chǎn)品在根據(jù)本發(fā)明的方法中冷軋至扁鋼產(chǎn)品(鋼薄板或鋼帶)，初始具有50％至96％的厚度降低至薄板或超薄板范圍(約0.1至0.5mm)。將鋼產(chǎn)品有利地軋制成鋼帶并卷繞成卷材。根據(jù)本發(fā)明，然后將扁鋼產(chǎn)品引入退火爐中一方面重結(jié)晶退火，另一方面滲氮至大于100ppm，且優(yōu)選大于210ppm的氮濃度。在重結(jié)晶退火之后，立即根據(jù)本發(fā)明以至少100K/s的冷卻速率將扁鋼產(chǎn)品有利地冷卻至室溫。

為了恢復(fù)在鋼產(chǎn)品冷軋期間破壞的鋼的晶體結(jié)構(gòu)，冷軋鋼帶必須重結(jié)晶退火。這根據(jù)本發(fā)明通過使冷軋的鋼帶通過退火爐進(jìn)行，退火爐有利地設(shè)計為連續(xù)退火爐，有利地作為鋼帶存在的扁鋼產(chǎn)品以大于200m/min的速度通過該退火爐。隨后稱為鋼帶的扁鋼產(chǎn)品在退火爐中加熱到高于鋼的重結(jié)晶點(diǎn)的溫度并且至少短暫地高于Ac1溫度。在根據(jù)本發(fā)明的方法中與重結(jié)晶退火同時完成鋼帶的滲氮。這也在退火爐中通過將含氮?dú)怏w，優(yōu)選氨(NH₃)引入退火爐中并將其傳送到鋼帶的表面來進(jìn)行。為了在用于重結(jié)晶退火和滲氮的退火爐中創(chuàng)建最佳(溫度)條件，使鋼帶在退火爐中經(jīng)受退火循環(huán)(鋼帶的溫度趨勢隨時間交替的退火過程)。下面參照圖3解釋優(yōu)選的退火循環(huán)：

在圖3(a)中示出了以通過退火爐的鋼帶的溫度(T)的時間曲線形式的合適的退火循環(huán)的第一實(shí)施方式實(shí)例。鋼帶在退火爐中的該退火循環(huán)中首先在第一加熱步驟I中從室溫加熱至保持溫度(T_h)。在第一加熱步驟中的鋼帶的加熱隨后通過加熱的退火爐中的熱輻射以15至25K/s，特別是約20K/s的(相對受限的)加熱速率發(fā)生。因而保持溫度(T_h)有利地恰好高于鋼的重結(jié)晶溫度，并優(yōu)選處于600至650℃的范圍內(nèi)。在保持溫度(T_h)下的第一加熱步驟I之后的保持步驟II中保持鋼帶的溫度約60至200秒，優(yōu)選約80至150秒，特別是約100至110秒的第一保持時間(t_h1)。在保持步驟II期間，將鋼帶在滲氮階段A，優(yōu)選在整個保持時間(t_h1)中暴露于含氮?dú)怏w，以使鋼帶滲氮(即，將在鋼中的未結(jié)合氮的濃度增加至高于100ppm，優(yōu)選高于210ppm的值)。在第一保持時間(t_h1)完成之后，鋼帶在第二(短)加熱步驟III中以大于100K/s，優(yōu)選大于500K/s的加熱速率非?？焖俚?優(yōu)選在0.1s至10s的短加熱時間內(nèi))，加熱至高于鋼的Ac1溫度的溫度，特別是725至800℃范圍內(nèi)的溫度。然后在退火爐中進(jìn)行第二加熱步驟III，用于鋼帶的感應(yīng)或傳導(dǎo)加熱。為此目的，在退火爐內(nèi)排布設(shè)置感應(yīng)或傳導(dǎo)加熱，在第二加熱步驟III中將鋼帶通過該退火爐。第二加熱步驟III之后為短暫的第二保持步驟IV，其中使鋼帶通過感應(yīng)或傳導(dǎo)加熱，并且將其溫度保持高于Ac1溫度(短暫的)第二保持時間(t_h2)，其處于幾秒的范圍內(nèi)(0.1至10秒，特別是約2秒)。

在退火后，將鋼帶從退火爐中移出并在退火爐外部在冷卻步驟V中以至少100K/s的冷卻速率冷卻至室溫。冷卻步驟V之后緊接(短暫的)第二保持時間(t_h2)。然后可以通過引導(dǎo)到鋼帶表面上的冷氣流，或通過將鋼帶引入冷卻液體，例如，引入到水浴中來發(fā)生冷卻。當(dāng)使用冷卻液體時，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)大于1000K/s的范圍內(nèi)的更高冷卻速率。然而，用冷卻液體淬火鋼帶在設(shè)備方面要求更高。

在高于Ac1溫度(約723℃)的溫度下的扁鋼產(chǎn)品的至少短暫的加熱確保了鋼在圖3(a)的退火循環(huán)期間進(jìn)入兩相區(qū)域(α-和γ-鐵)，這再次允許在隨后的(快速)冷卻期間形成多相結(jié)構(gòu)。同時，在該退火循環(huán)中在第一保持步驟II期間可以在低得多的溫度(600至650℃的范圍內(nèi))下進(jìn)行滲氮，這使更高滲氮效率和更低含氮?dú)怏w消耗是可能的。

在圖3(b)和3(c)中顯示了合適的退火循環(huán)的兩個另外的實(shí)施方式實(shí)例。在這些退火循環(huán)中，將鋼帶在退火爐中首先在(單個)加熱步驟I中從室溫加熱至保持溫度(T_h)，其中不同于第一實(shí)施方式實(shí)例圖3(a)，保持溫度(T_h)隨后處于高于鋼的Ac1溫度的溫度，且優(yōu)選處于740至800℃的范圍內(nèi)。然后再次通過在加熱的退火爐中的熱輻射以15至25K/s，特別是約20K/s的(相對受限的)加熱速率完成鋼帶在(單個)步驟I中的加熱。鋼帶的溫度在(單個)加熱步驟I之后在保持步驟II中以保持溫度(T_h>Ac1)保持約60至200秒，且優(yōu)選80至150秒的保持時間(t_h1)。然后如圖3(a)的實(shí)施方式實(shí)例，將鋼帶在退火爐中在冷卻步驟V中以至少100K/s的冷卻速率冷卻至室溫。保持步驟II后緊接冷卻步驟V。

在(單個)加熱步驟I期間，鋼帶已經(jīng)在根據(jù)圖3(b)的退火循環(huán)中暴露于含氮?dú)怏w。因此，在該退火循環(huán)中的滲氮階段A與鋼帶在(單個)加熱步驟I中的加熱同時發(fā)生。鋼帶優(yōu)選至少基本上在加熱步驟I的整個加熱時間中暴露于含氮?dú)怏w以使鋼帶滲氮。

與此相反，根據(jù)圖3(c)的退火循環(huán)中的鋼帶僅在保持步驟II期間暴露于含氮?dú)怏w。因此，該退火循環(huán)中的滲氮階段A與保持步驟I同時發(fā)生。

已經(jīng)示出，在鋼帶冷卻之前，將鋼帶在用含氮?dú)怏w(例如，NH₃處理)氣體處理之后在高于600℃的溫度下保持優(yōu)選大于5秒的保持時間是有利的。從而在鋼帶的截面內(nèi)發(fā)生氮分布的均勻化并改善鋼帶的形變性能。具體地，也可以避免烘烤硬化期間伸長率的降低。因此，根據(jù)圖3(a)和3(b)的退火循環(huán)是優(yōu)選的，并且在根據(jù)圖3(c)的退火循環(huán)中，滲氮階段有利地在保持時間結(jié)束之前結(jié)束。

用于進(jìn)行重結(jié)晶退火和滲氮的連續(xù)退火爐的兩個實(shí)施方式實(shí)例示意性地示于圖1和圖2中，其僅在冷卻裝置的設(shè)計上彼此不同。在連續(xù)退火爐中在入口E和出口A之間形成不同的區(qū)域，這些區(qū)域在通過連續(xù)退火爐的鋼帶S的行進(jìn)方向(圖1中從右到左的鋼帶行進(jìn)方向v)上一個接一個地排布。使連續(xù)鋼帶S在各個區(qū)域中達(dá)到不同的溫度，以使之通過上述的退火循環(huán)。

在圖1和圖2的實(shí)施方式實(shí)例中，加熱區(qū)1在連續(xù)退火爐的入口E之后，其中鋼帶S至少在前部區(qū)域(僅)通過熱輻射以至多達(dá)25K/s的加熱速率，并取決于所選擇的退火循環(huán)，加熱至剛好低于或剛好高于Ac1溫度的溫度，且特別是處于600至800℃的范圍內(nèi)。加熱區(qū)1之后是保持區(qū)2，其中將鋼帶S的溫度保持于保持溫度(T_h)下，保持溫度低于或高于Ac1溫度，取決于所選擇的退火循環(huán)。

氣體處理區(qū)4形成在保持區(qū)2中，其中將連續(xù)鋼帶暴露于含氮?dú)怏w。氣體處理區(qū)4具有幾個噴嘴系列3，其在鋼帶的移動方向上一個接一個地布置。在圖1的實(shí)施方式實(shí)例中，噴嘴系列3(僅)布置于保持區(qū)域2的區(qū)域中。然而，它們也可以布置于加熱區(qū)1的區(qū)域中，而使氣體處理區(qū)4僅在加熱區(qū)1中延伸或在加熱區(qū)1和保持區(qū)2內(nèi)延伸。為了進(jìn)行根據(jù)圖3(b)的退火循環(huán)，噴嘴系列3有利地布置于加熱區(qū)1中。為了進(jìn)行根據(jù)圖3(a)和3(c)的退火循環(huán)，噴嘴系列3有利地布置于保持區(qū)2中。為了進(jìn)行根據(jù)圖2(a)的退火循環(huán)，感應(yīng)或傳導(dǎo)加熱5另外布置于保持區(qū)域2的下游區(qū)域中。

每個噴嘴級聯(lián)3然后包括多個橫跨帶材行進(jìn)方向相對于彼此以一定間距布置的噴嘴。噴嘴連接到氣體供應(yīng)管線，噴嘴通過該管線暴露于含氮?dú)怏w。證明氨氣特別適合于鋼帶的滲氮。這通過系列3的噴嘴施加至連續(xù)鋼帶S的表面上，其中其滲透鋼帶的近表面區(qū)域并在退火爐的高溫下均勻擴(kuò)散到鋼帶中。因此，在鋼帶的厚度上均一地形成均勻的氮分布，其在厚度小于0.4mm的厚度的鋼片中的片材厚度內(nèi)的濃度分布相對于平均值偏差最多±10ppm，并且一般僅偏差±5ppm。

噴嘴系列3的優(yōu)選噴嘴的設(shè)計描述于2014年4月30日的德國專利申請DE 102014106135中，其公開內(nèi)容包括于此。在該專利申請中描述了用于處理扁鋼產(chǎn)品的噴嘴裝置，其中噴嘴裝置包括外管和布置于其中的內(nèi)管，具有供給流過噴嘴裝置進(jìn)入外管的氣體的主開口，且外管設(shè)置有次開口，氣體可通過次開口涌出。內(nèi)管的主開口和外管的次開口然后相對于彼此偏移布置。由此使得扁鋼產(chǎn)品表面上非常均勻的氣流是可能的。當(dāng)在根據(jù)本發(fā)明的方法中使用這種類型的噴嘴裝置時，可以用含氮?dú)怏w(例如，氨)在連續(xù)退火爐中實(shí)現(xiàn)鋼帶表面的均勻氣體處理，使得可以在鋼帶的表面上，特別是在其的寬度上可以實(shí)現(xiàn)氮均勻擴(kuò)散到鋼片中，并且在其中間隙地添加氮。

通過噴嘴將鋼帶直接暴露于含氮?dú)怏w的方法(氣體處理)因而具有兩個主要優(yōu)點(diǎn)：首先，僅需要有限的氮濃度(NH₃濃度)，這導(dǎo)致含氮?dú)怏w的有限消耗(例如，NH₃消耗)。第二，由于非常短的暴露時間，而不會發(fā)生氮化物層的形成。

為了也確保鋼帶S長度的富氮表面層盡可能最均勻形成，在鋼帶S通過連續(xù)退火爐的氣體處理區(qū)4期間，含氮?dú)夥毡仨殤?yīng)盡可能保持最均勻的氮平衡濃度。為了確保這點(diǎn)，記錄噴嘴系列3的區(qū)域內(nèi)形成的氮濃度。當(dāng)使用氨作為含氮?dú)怏w時，為了這個目的，在氣體處理區(qū)4中測定通過引入氨產(chǎn)生的氨濃度。為此目的，提供了布置于連續(xù)退火爐外部的濃度傳感器，其可以是激光光譜傳感器。從氣體處理區(qū)4采集的氣體樣品進(jìn)料于其中，以測定氣體處理區(qū)中氣體氣氛的氨濃度和氮濃度。由濃度傳感器記錄的氣體處理區(qū)4的氣體氣氛中的氮濃度提供至控制裝置并由其使用，以便將經(jīng)由系列3的噴嘴噴入到氣體處理區(qū)4中的含氮?dú)怏w(氨)的量恒定保持于所規(guī)定的目標(biāo)值。

當(dāng)使用氨作為含氮?dú)怏w時，0.05％至1.5％范圍內(nèi)，且優(yōu)選低于1％，特別是低于0.2％的氨平衡濃度的目標(biāo)值證明是特別有利的。氨的平衡濃度優(yōu)選處于0.1％至1.0％，且特別是處于0.1％至0.2％的范圍內(nèi)。退火爐中的這些低氨或氮濃度在600至650℃范圍內(nèi)的溫度下足以在滲氮期間將期望量的氮引入扁鋼產(chǎn)品中。在更高的溫度下，特別是700℃以上，如在圖3(c)的退火循環(huán)中的滲氮期間發(fā)生的那樣，則在退火爐中必須產(chǎn)生至多達(dá)15wt％的更高的氨濃度，以獲得所需的滲氮量。

為了避免鋼帶S表面上的氧化過程，除了含氮?dú)怏w(氨)之外，將惰性氣體并入到氣體處理區(qū)4中的退火爐中。這可以是氮?dú)饣?或氫氣。優(yōu)選使用約95％氮?dú)夂图s5％氫氣的混合物。

在保持區(qū)2之后(并且可選地在保持區(qū)2末尾處布置的感應(yīng)或傳導(dǎo)加熱5之后)在帶材行進(jìn)方向v上提供第一冷卻區(qū)，其中連續(xù)鋼帶S以冷卻速率至少100K/s的迅速冷卻。第一冷卻區(qū)6包含冷卻裝置7，其在圖1的實(shí)施方式實(shí)例中設(shè)計為氣體冷卻裝置7a，其中鋼帶暴露于冷氣流，特別是惰性氣體。在圖2的實(shí)施方式實(shí)例中，冷卻裝置7設(shè)計為液體冷卻裝置，其中鋼帶通過引入到冷卻液體，特別是水浴7b中而淬火。使用氣體冷卻裝置可以實(shí)現(xiàn)100至1000K/s范圍內(nèi)的冷卻速率。使用液體冷卻裝置可以獲得高得多的冷卻速率(遠(yuǎn)高于1000K/s)。在布置于退火爐的惰性氣氛中的冷卻裝置7中，鋼帶S首先快速冷卻至高于室溫的溫度，例如，冷卻至約100℃的溫度。第二冷卻區(qū)8有利地在第一冷卻區(qū)6下游之后，其中連續(xù)鋼帶S最終以10至20K/s的冷卻速率緩慢冷卻至室溫(23℃)。然后將鋼帶S在出口A處從退火爐中移出。在退火爐的惰性氣氛中連續(xù)地發(fā)現(xiàn)入口E和出口A之間的鋼帶S，因而在重結(jié)晶退火，滲氮和冷卻期間不會在鋼帶S表面上發(fā)生氧化過程。

在冷卻后，如果需要，鋼帶S可以干式回火軋制(修整)，以賦予帶材生產(chǎn)包裝所需的形變性能。根據(jù)包裝鋼的應(yīng)用，回火軋制的程度在0.4％至2％之間變化。如果需要，鋼帶也可以進(jìn)行濕式回火軋制，以產(chǎn)生至多達(dá)43％的進(jìn)一步的厚度降低(雙重削減鋼帶)。在回火軋制期間會發(fā)生強(qiáng)度的額外增加。然后將鋼帶S可選地進(jìn)料至涂覆單元，在其中鋼帶的表面提供有，例如電解錫或鉻/二氧化鉻涂層(ECCS)或上漆以增加耐腐蝕性。在包裝鋼表面的涂覆期間，通常通過加熱涂覆的包裝鋼而進(jìn)行涂層的烘烤，在這種情況下，通過該烘烤過程會觀察到稱為“烘烤硬化”的另外的強(qiáng)度增加。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用根據(jù)本發(fā)明的方法生產(chǎn)的包裝鋼不僅具有更高的強(qiáng)度，而且在耐腐蝕性方面比已知的扁鋼產(chǎn)品具有更好的性能。

根據(jù)本發(fā)明退火爐中的熱處理導(dǎo)致冷軋扁鋼產(chǎn)品的鋼中形成多相結(jié)構(gòu)。然后可以通過過程參數(shù)控制結(jié)構(gòu)組成。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)高于Ac1溫度的扁鋼產(chǎn)品(鋼帶S)的退火以及隨后以100K/s至約1000K/s范圍內(nèi)的冷卻速率快速冷卻(淬火)期間，形成由鐵素體和屈氏體(細(xì)條紋的珠光體)的多相結(jié)構(gòu)。另一方面，如果扁鋼產(chǎn)品在高于Ac1溫度下退火，然后以(遠(yuǎn))大于1000K/s的非常高的冷卻速率(例如，通過引入冷卻液體，特別是如圖2所示的水浴7b)淬火，會形成具有鐵素體和馬氏體作為主要結(jié)構(gòu)組分的結(jié)構(gòu)，這很大程度對應(yīng)于由汽車車身設(shè)計已知的雙相結(jié)構(gòu)。來自鐵素體和屈氏體的多相結(jié)構(gòu)以及來自鐵素體和馬氏體的多相結(jié)構(gòu)二者特征都在于相對于單相鋼結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度增加。因此，根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的包裝鋼的高強(qiáng)度一方面通過滲氮間隙地并入未結(jié)合氮的強(qiáng)度增加實(shí)現(xiàn)，且另一方面，通過在退火爐中的熱處理期間形成多相結(jié)構(gòu)而實(shí)現(xiàn)。

特征在于大于650MPa的非常高的強(qiáng)度，同時具有大于5％，且特別是7％至15％的良好的斷裂伸長率，以及良好的形變性能的滲氮扁鋼產(chǎn)品可以用根據(jù)本發(fā)明的方法生產(chǎn)。根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的包裝鋼的強(qiáng)度值在施加的涂層的燒制過程中可選地進(jìn)一步增加(通過烘烤硬化增加屈服點(diǎn))，其中可獲得至多達(dá)850MPa的強(qiáng)度。

因而通過滲氮增加的強(qiáng)度和斷裂伸長率在鋼帶截面內(nèi)在冷軋鋼帶的軋制方向上和橫貫軋制方向上都非常均勻。這是由于在退火階段的滲氮期間非常均勻地將未結(jié)合氮引入鋼中所致。對根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的扁鋼產(chǎn)品的熔體分析表明，在每種情況下在超薄板中，通過滲氮在扁鋼產(chǎn)品的厚度上引入的氮濃度關(guān)于平均濃度僅偏差至多±10ppm的窄帶，并且一般僅約±5ppm。

在下面的表中給出了根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的扁鋼產(chǎn)品在滲氮前后的合金組成的優(yōu)選實(shí)施方式實(shí)例，其中列3和4顯示了限定的標(biāo)準(zhǔn)等級的相應(yīng)合金組分的最小(min.)和最大(max.)重量分?jǐn)?shù)的目標(biāo)值，且列5和6顯示了滲氮之前(列5)和之后(列6)鋼組合物的具體實(shí)施方式實(shí)例(實(shí)施例)的合金組成。在限定的標(biāo)準(zhǔn)等級的最大氮含量下，滲氮之前和之后的值將是不同的，其中在滲氮期間(間隙地)引入的氮含量獲得自這些值的差(列4，行3)。在具體實(shí)施方式實(shí)例(列5和6)中，在滲氮期間(間隙地)引入的氮含量獲得自列5和6的行3中的值之間的差。

由表1和2的實(shí)施例可以看出，用作根據(jù)本發(fā)明的方法的起始產(chǎn)品的熱軋鋼產(chǎn)品可以已經(jīng)含有一部分氮(滲氮之前的氮含量，表1和2的列3行3)。進(jìn)行以下方法以產(chǎn)生相應(yīng)的起始產(chǎn)品(作為本發(fā)明的擴(kuò)展實(shí)施方式實(shí)例)：

最初在轉(zhuǎn)爐和/或隨后的鋼包處理中產(chǎn)生滲氮的鋼熔體，其具有至多達(dá)160ppm的游離、未結(jié)合(即溶解于鋼中)的氮含量。因而所生產(chǎn)的鋼的合金組成有利地滿足包裝鋼標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的限值(如ASTM標(biāo)準(zhǔn)A623-11“鍍錫鋼板軋機(jī)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格”或如在歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN 10202中所定義的限值)，除氮含量上限之外(其在標(biāo)準(zhǔn)EN 10202中為N_max＝80ppm，而在AST ASTM標(biāo)準(zhǔn)623中為N_max＝200ppm)，其可以由于根據(jù)本發(fā)明的方法中的滲氮而超出。因而所生產(chǎn)的鋼的碳分?jǐn)?shù)優(yōu)選處于400至1200ppm的范圍內(nèi)，而特別是600至900ppm。

為了生產(chǎn)鋼熔體，將轉(zhuǎn)爐用廢料和粗鐵填充并用氧氣和氮?dú)獯祾呷垠w，在這種情況下，從上面吹入氧氣(O₂)，而通過底部噴嘴從下面將氮?dú)?N₂)吹入轉(zhuǎn)爐。由此建立了鋼熔體中70至120ppm的氮含量，在這種情況下出現(xiàn)飽和。在鋼熔體的生產(chǎn)期間，記錄熔體的組成，特別是氮含量。如果規(guī)定的分析不正確(如果磷的百分比太高)，通過氧槍吹入氧氣并通過底部噴嘴吹入氬氣(Ar)。由于鋼中幾乎不再存在碳(C)，因此不形成過壓，并吸入空氣中的氮，使得可以發(fā)生額外的滲氮。

如果鋼熔體中(溶解的)氮的期望量(其一般為約120ppm)仍然不能通過吹入氮?dú)鈱?shí)現(xiàn)，則在轉(zhuǎn)爐排空(出鋼)期間可以將氰氨化鈣(CaCN₂)額外地引入從轉(zhuǎn)爐排出的鋼水流。氰氨化鈣以粒料(5至20mm)的形式加入。

然后鋼包進(jìn)入第一次氬氣清掃，其中用氬氣使用所引入的耐火噴槍吹掃約3分鐘。在對照分析之后，如果需要，進(jìn)行第二次氬清掃約3分鐘。然后鋼包進(jìn)入第三次氬氣清掃。這代表了澆鑄之前的最后階段。如果氮含量不在規(guī)定的目標(biāo)范圍內(nèi)，則可以在第三次氬清掃期間添加氮化錳(MnN，例如以鋼殼中MnN粉末的絲線的形式)。然后將缺失的氮量轉(zhuǎn)化為加入到熔體中的MnN的所需量(例如，通過MnN絲線的所需長度)。添加MnN直到達(dá)到規(guī)定的氮目標(biāo)含量或鋼的MnN上限。

最后，將熔體引入分配槽中以由鋼熔體澆鑄成板坯。因而由于大氣氮的泄漏和擴(kuò)散，氮含量可以上升約10ppm。因?yàn)橛奢^高的氮含量可以在板坯中形成缺陷，如裂紋或孔隙，其導(dǎo)致不期望的氧化，因而澆鑄板坯中不應(yīng)該超過約160ppm的溶解氮的量的上限。

然后將由鋼熔體澆鑄的板坯熱軋并冷卻至室溫。所生產(chǎn)的熱軋鋼帶具有1至4mm范圍內(nèi)的厚度并可選地卷繞成卷材。為了以一般薄和超薄厚度生產(chǎn)扁鋼產(chǎn)品形式的產(chǎn)品包裝鋼，熱軋帶材必須冷軋，其中會發(fā)生50％至大于90％范圍內(nèi)的厚度降低。因而薄板應(yīng)該理解為意指厚度小于3mm的薄板，且超薄板具有小于0.5mm的厚度。為了冷軋的性能，可選地將卷繞成卷材的熱軋帶材由卷材解繞，酸洗并引入冷軋裝置，例如，冷軋機(jī)組中。然后將已經(jīng)滲氮至至多達(dá)160ppm的氮濃度的冷軋扁鋼產(chǎn)品用作根據(jù)本發(fā)明的方法的后續(xù)處理的起始產(chǎn)品，其中冷軋扁鋼產(chǎn)品在退火爐中重結(jié)晶退火并同時進(jìn)一步滲氮以使氮濃度增加至高于100ppm，且優(yōu)選大于150ppm的值。