具有優(yōu)異可成形性和疲勞性能的高強(qiáng)度熱軋鋼帶材或片材以及生產(chǎn)所述鋼帶材或片材的方法
【專利說明】具有優(yōu)異可成形性和疲勞性能的高強(qiáng)度熱軋鋼帶材或片材 以及生產(chǎn)所述鋼帶材或片材的方法
[0001] 本發(fā)明涉及一種具有570至870MPa的拉伸強(qiáng)度和總體延伸率、拉伸翻邊可成形 性、以及耐疲勞性的高強(qiáng)度熱軋鋼帶材或片材以及生產(chǎn)所述鋼帶材或片材的方法。
[0002] 在提高的強(qiáng)度下可成形性的提高對(duì)于廣泛的市場(chǎng)來說是所需的。特別是在汽車工 業(yè)中（其中立法正在驅(qū)動(dòng)燃料經(jīng)濟(jì)性和安全性的改進(jìn)），有朝著較強(qiáng)的、可成形的高強(qiáng)度鋼 的走向。高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度鋼帶材為汽車制造商提供了重量下降的車輛結(jié)構(gòu)的潛力以及對(duì) 抗由朝著電動(dòng)和混合動(dòng)力車輛的走向所引起的重量增加的可能。另外，高強(qiáng)度和超高強(qiáng)度 鋼在決定現(xiàn)代乘用車的性能和防撞性中起到關(guān)鍵的作用。
[0003] 近些年來，已開發(fā)出所謂的多相鋼以滿足對(duì)于高強(qiáng)度和可成形性的需求。這種鋼， 包括雙相（DP)鋼（包含鐵素體和馬氏體）和相變誘發(fā)塑性（TRIP)鋼（包含鐵素體、貝氏 體和殘留奧氏體），提供了在高強(qiáng)度下高的均勻及總體的延伸率。
[0004] 盡管對(duì)于許多應(yīng)用，可認(rèn)為拉伸延伸率是可成形性的一個(gè)主要指標(biāo)，但其它參數(shù) 對(duì)于一些成形路線和服務(wù)中的性能可為關(guān)鍵的。特別地，高的拉伸邊緣延展性（可擴(kuò)孔性 (hole expansibility))對(duì)于在白車身和底盤及懸架中的廣泛應(yīng)用可為至關(guān)重要的。常規(guī) 的多相顯微組織（例如在DP和TRIP鋼中發(fā)現(xiàn)的那些，包含硬相和軟相的混合物同時(shí)提供 高的拉伸延伸率）通常在拉伸邊緣延展性測(cè)試中表現(xiàn)差。
[0005] 更多最近的努力已致力于開發(fā)新種類的鋼，為此顯著改進(jìn)拉伸邊緣延展性。設(shè)計(jì) 此類鋼包括納米析出的鐵素體鋼、鐵素體-貝氏體鋼、復(fù)相鋼和所謂的第三代AHSS (先進(jìn)高 強(qiáng)度鋼）以尋找拉伸延展性和拉伸邊緣延展性之間的較好平衡。復(fù)相鋼是這些變體在冷軋 退火和熱軋條件下都被商業(yè)利用最多的鋼。
[0006] 復(fù)相鋼的顯微組織包含鐵素體與貝氏體和馬氏體。與DP鋼相比，這種組織展示出 極大改進(jìn)的拉伸邊緣延展性，但是以犧牲一些拉伸延展性為代價(jià)。然而，在一些情況下，用 拉伸延展性交換拉伸邊緣延展性是許可的。實(shí)例包括輥軋成形的部件（其中需要可彎曲性 而不是可拉伸性）、由坯材成形的零件（其中已預(yù)沖孔）、用于在壓鍛成形期間導(dǎo)致高的邊 緣變形的設(shè)計(jì)的部件。
[0007] 在成形前，復(fù)相鋼還通常展示出比DP或TRIP鋼更高的屈服強(qiáng)度。在成形前的高 屈服比對(duì)于輥軋成形中的形狀控制、在經(jīng)受有限的變形的成形零件中實(shí)現(xiàn)所需的強(qiáng)度以及 在整個(gè)成形零件中實(shí)現(xiàn)均勻的強(qiáng)度也可為有利的。高屈服強(qiáng)度在碰撞中也可為有益的。顯 微組織的較大均勻性和高屈服強(qiáng)度在疲勞性能（其在底盤和懸架應(yīng)用中特別重要）方面也 可為有益的。
[0008] 熱軋CP鋼的復(fù)雜性能要求熱軋軋機(jī)工藝條件的嚴(yán)格控制。三種相必須在輸出輥 道上或在盤管上成形。不能實(shí)現(xiàn)所需的復(fù)雜冷卻方式可導(dǎo)致從卷材到卷材以及在卷材之中 的機(jī)械性質(zhì)的不可接受的變化。對(duì)工藝變化不敏感并且能使卷材到卷材以及在卷材之中的 性質(zhì)一致的化學(xué)組成對(duì)于商業(yè)CP鋼的生產(chǎn)是主要的要求。
[0009] EP1338665公開了用于此目的的鈦-鉬鋼。鉬是一種昂貴的合金化元素，且需要 在集成的鋼鐵廠中分離廢料，以防止含鉬廢料重新引入到鋼循環(huán)中，這對(duì)于生產(chǎn)高r值的 冷軋包裝鋼是不利的。在EP 2267175中提供了僅鈦的解決方案。然而，鈦的使用對(duì)于常規(guī) 熱軋制需要熱裝。此外，大的鈦基夾雜物可能損害拉伸翻邊可成形性以及劣化疲勞性能。 此外，鈦基鋼組合物對(duì)于在緊湊的生產(chǎn)（CSP)設(shè)備（其中整合了鑄造和熱軋）上鋼生產(chǎn)不 太適合。原因是在CSP生產(chǎn)線鑄造期間鈦導(dǎo)致堵塞。
[0010] 本發(fā)明的目的是提供一種具有拉伸強(qiáng)度、總體延伸率、拉伸翻邊可成形性和耐疲 勞性的優(yōu)異組合而不用鉬作合金化元素的高強(qiáng)度熱軋鋼帶材或片材。關(guān)于拉伸強(qiáng)度，是指 極限拉伸強(qiáng)度，通常用TS或Rm表示。
[0011] 本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種具有拉伸強(qiáng)度、總體延伸率、拉伸翻邊可成形性 和耐疲勞性的優(yōu)異組合而不用鈦?zhàn)骱辖鸹氐母邚?qiáng)度熱軋鋼帶材或片材。
[0012] 本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種具有拉伸強(qiáng)度、總體延伸率、拉伸翻邊可成形性 和耐疲勞性的優(yōu)異組合的高強(qiáng)度熱軋鋼帶材或片材，其可在常規(guī)帶鋼熱軋機(jī)（從厚板坯） 中，以及在薄板坯、直接軋制設(shè)備生產(chǎn)，而無需化學(xué)組成的改變。
[0013] 通過提供具有570至870MPa的最大拉伸強(qiáng)度以及總體延伸率、拉伸翻邊可成形 性和耐疲勞性的高強(qiáng)度熱軋鋼帶材或片材來達(dá)到一個(gè)或多個(gè)目的，該鋼（以重量％計(jì)）包 含：
[0014] · 0. 015-0. 075% C ；
[0015] #1.0-2.0% Mn;
[0016] · 0. 02-0. 30% V ；
[0017] ?任選 0· 01-0. 08% Nb ;
[0018] 春至多 0.5% Si;
[0019] 春至多 0.06% P ;
[0020] ?至多 0.01% S ;
[0021] ?至多 0· 1% Al_sol ;
[0022] ?至多 0.020% N ;
[0023] ?任選的鈣，其量與用于夾雜物控制的鈣處理一致；
[0024] ?余量的Fe和不可避免的雜質(zhì)；
[0025] 其中 Nb、V、Al_sol、C 和 N 的含量滿足 <eq. 1> 和式 <eq.2>
[0028] 其中該鋼片材具有析出強(qiáng)化和主要單相鐵素體顯微組織，其中鐵素體的分?jǐn)?shù)不小 于 97%。
[0029] 根據(jù)本發(fā)明的鋼含有僅作為雜質(zhì)的鈦和鉬。
[0030] 根據(jù)本發(fā)明的鋼提供了高強(qiáng)度以及高拉伸延展性和高的擴(kuò)孔能力（即拉伸翻邊 可成形性）的組合。這是通過使用單相鐵素體顯微組織實(shí)現(xiàn)的。這意味著顯微組織中的鐵 素體體積分?jǐn)?shù)不應(yīng)低于97%。延展性鐵素體顯微組織能夠容納高拉伸延展率以及高擴(kuò)孔能 力。高密度的V和/或（Nb, V)碳氮化物析出物提供了足夠的強(qiáng)度。除了高拉伸延展性和 高擴(kuò)孔能力的優(yōu)異組合外，單相鐵素體顯微組織還提供優(yōu)良的疲勞性能。高的總體延伸率 伸長(zhǎng)和高擴(kuò)孔能力的組合降低由于壓制期間或服役期間的邊緣開裂所導(dǎo)致的失效風(fēng)險(xiǎn)。
[0031] 常規(guī)的HSLA/AHSS (雙相、鐵素體-貝氏體或復(fù)相）具有包含鐵素體基體和富碳相 成分的混合顯微組織?；w和富碳相成分之間的硬度差別促進(jìn)變形和隨后的裂紋生長(zhǎng)時(shí)的 微孔成核。因此，這些鋼種具有較差的擴(kuò)孔能力和疲勞性能。
[0032] 單相鐵素體鋼種（如EP1338665公開的那些）依賴于使用鉬以達(dá)到高（析出）強(qiáng) 度。本發(fā)明避免了鉬的使用，因?yàn)樗欠浅０嘿F的合金化元素。
[0033] EP 2267175中公開的單相鐵素體鋼種依賴于鈦而不使用鉬的強(qiáng)度，并由TiC獲得 了其析出強(qiáng)化。此專利中規(guī)定的拉伸強(qiáng)度范圍是520-720MPa。故意保持氮水平低以避免的 大TiN夾雜物，這可損害拉伸翻邊可成形性以及疲勞性能。
[0034] 本發(fā)明有意避免使用鈦，且將析出強(qiáng)化依賴于使用釩或使用釩和鈮。與EP 2267175的理念不同，本發(fā)明依賴于碳與氮，即碳氮化物的析出。使用氮增加析出效果（特 別是釩的）。優(yōu)勢(shì)還在于，相比碳化物，（碳）氮化物不易粗大化（即奧斯特瓦爾德成熟）， 減少卷曲或后續(xù)熱處理期間的強(qiáng)度損失。
[0035] 固溶體的鋁必須是低的，以防止因形成AlN導(dǎo)致的氮損失，且必須具有對(duì)于與釩 或釩和鈮形成氮碳氮化物足夠的氮。鋼中的總鋁含量（Al_tot)由因鋼脫氧而結(jié)合到氧化 物的錯(cuò)（Al_ox)和固溶體的錯(cuò)（Al_sol)組成。Al_sol應(yīng)該為最多0· lwt%，且優(yōu)選最多 0. 03wt%，且更優(yōu)選最多0.0 lwt%。Al_sol有時(shí)被稱為酸溶性鋁，因?yàn)樗苡谒?，而結(jié)合到 氧化物的鋁（氧化鋁）不這樣。
[0036] 為了提高釩對(duì)析出過程的效率和增加其對(duì)析出強(qiáng)化的貢獻(xiàn)，高氮水平是優(yōu)選的。 氮是重要的，因?yàn)樗拇嬖诖龠M(jìn)氮化物形成。相比碳化物，氮化物不易粗大化，因此在卷 曲過程中將會(huì)損失更少的析出強(qiáng)度。必須注意，在析出過程中消耗所有氮以及所有碳。后 者對(duì)于防止?jié)B碳體或珠光體成分的形成是重要的，這可損害拉伸翻邊可成形性以及疲勞 性能。因此，N含量應(yīng)該為最多0.02wt%。然而，為了優(yōu)化析出強(qiáng)化，N含量應(yīng)該優(yōu)選為至 少 0· Olwt%。
[0037] 所述組成需要帶有適量的C、N、Al_sol、V和任選Nb以及（C+N)和（Nb+V)之間的適 當(dāng)平衡以得到足夠的析出加強(qiáng)，且避免滲碳體和/或珠光體的形成。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)組成 滿足<eq. 1>和<eq. 2>時(shí)，該組成對(duì)