高强度无晶隙低密度钢及所述钢的制备方法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 104220609 A (43)申请公布日 2014.12.17 CN 104220609 A (21)申请号 201380019217.0 (22)申请日 2013.04.10 12163765.6 2012.04.11 EP C21D 9/46(2006.01) C22C 38/00(2006.01) C22C 38/04(2006.01) C22C 38/06(2006.01) C22C 38/12(2006.01) C22C 38/14(2006.01) (71)申请人 塔塔钢铁荷兰科技有限责任公司 地址 荷兰费尔森 - 诺德 (72)发明人 刘成 R拉娜 (

2、74)专利代理机构 中国国际贸易促进委员会专 利商标事务所 11038 代理人 李跃龙 (54) 发明名称 高强度无晶隙低密度钢及所述钢的制备方法 (57) 摘要 本发明涉及一种高强度无晶隙低密度钢及所 述钢的制备方法。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.10.10 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/EP2013/057492 2013.04.10 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/153114 EN 2013.10.17 (51)Int.Cl. 权利要求书 3 页 说明书 5 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (1

3、2)发明专利申请 权利要求书3页 说明书5页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104220609 A CN 104220609 A 1/3 页 2 1. 无晶隙铁素体钢带材或片材， 以重量百分比计包括 ： 最多 0.01 C_ 总量 ； 最多 0.2 Si ； 最多 1.0 Mn ； 从 6 到最多 9的 Al ； 最多 0.010 N ； 最多 0.080 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 ； 余量为铁和不可避免的杂质 ； 其中 C_ 总量 最小值 X,Y + 最大值 Z,

4、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*48/(2*32)*S) ； 其中， 最小值 X,Y X 和 Y 的较低值， 并且如果 Y 是负数， 那么最小值 X,Y 0 ； 最大值 Z,0 0 和 Z 的较高值 ； 其中 C_ 溶质 C_ 总量 - 最小值 X,Y - 最大值 Z,0 -12/93*Nb -12/91*Zr -12/51*V ； 并且其中 C_ 溶质等于或小于零。 2. 根据权利要求 1 所述的钢， 其包括至多 0

5、.019钛。 3. 根据权利要求 1 所述的钢， 其中该钢包括仅作为不可避免的杂质的钛。 4. 根据前述权利要求中任一项所述的钢， 其中 Al 为至少 6.5和 / 或至多 8.5。 5. 根据前述权利要求中任一项所述的钢， 其中 N 为至多 0.004 (40ppm), 优选至多 0.003 (30ppm)。 6. 根据前述权利要求中任一项所述的钢， 其中 Mn 为至少 0.1和 / 或 Si 为至多 权 利 要 求 书 CN 104220609 A 2 2/3 页 3 0.05。 7. 根据前述权利要求中任一项所述的钢， 其中该钢的比密度为 6800 7300kg/m3。 8. 根据前述权

6、利要求中任一项所述的钢， 其中该钢为冷轧钢片材。 9. 制备铁素体钢带材的方法， 包括步骤 ： 通过以下方式提供钢板坯或厚带材， 任选地进行钙处理 ： 连铸， 或 通过薄板坯连铸， 或 通过带式连铸， 或 通过带坯连铸 ； 该钢以重量百分比计包括 ： 最多 0.01 C_ 总量 ； 最多 0.2 Si ； 最多 1.0 Mn ； 从 6 到最多 9的 Al ； 最多 0.010 N ； 最多 0.080 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 ； 余量为铁和不可避免的杂质 ； 其中 C

7、_ 总量 最小值 X,Y + 最大值 Z,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*48/(2*32)*S) ； 其中， 最小值 X,Y X 和 Y 的较低值， 并且如果 Y 是负数， 那么最小值 X,Y 0 ； 最大值 Z,0 0 和 Z 的较高值 ； C_ 溶质 C_ 总量 - 最小值 X,Y - 最大值 Z,0 -12/93*Nb 权 利 要 求 书 CN 104220609 A 3 3/3 页 4 -12/91*Zr -

8、12/51*V ； 并且其中 C_ 溶质等于或小于零 ； 任选地随后通过在至多 1250的再加热温度下再加热该钢板坯或带材 ； 热轧该板坯或厚带材并且在至少 850的热终轧温度下完成热轧过程 ； 在 600 750的卷绕温度下卷绕该热轧带材。 10. 根据权利要求 9 的方法， 其中该钢包括至多 0.019钛。 11. 根据权利要求 9 的方法， 其中该钢包括仅作为不可避免的杂质的钛。 12. 根据权利要求 9 11 中任一项所述的方法， 其中在下述步骤中再加热该热轧带 材 ： 连续退火步骤， 任选随后热浸镀锌接着快冷， 或 加热涂覆步骤， 随后热浸镀锌和快冷。 13. 根据权利要求 9 11

9、 中任一项所述的方法， 包括步骤 ： 以 40 90的冷轧压下量冷轧权利要求 9 或 10 所述的热轧铁素体钢带材以制备冷 轧带材 ； 在具有 700 900的峰值金属温度的连续退火过程中或在650 800的炉顶温度 下的分批退火过程中退火该冷轧带材 ； 任选地在热浸镀锌或电镀锌或加热涂覆过程中将该退火的带材镀锌。 14. 根据权利要求 13 所述的方法， 其中在连续退火过程中的峰值金属温度为至少 750， 优选为至少 800。 15. 根据权利要求 9 14 中任一项所述的方法， 其中冷轧压下量为至少 50， 和 / 或 冷轧带材的厚度为 0.4 2mm。 权 利 要 求 书 CN 1042

10、20609 A 4 1/5 页 5 高强度无晶隙低密度钢及所述钢的制备方法 0001 本发明涉及高强度无晶隙低密度钢及所述钢的制备方法。 0002 在减少车辆的碳排放的持续努力中， 钢铁行业连同汽车制造商持续寻求允许重量 降低而不影响钢的加工性能和乘客的安全性的钢。为了满足未来的 CO2排放要求， 必须减 少机动车的燃料消耗。为了这种减少的一种方法是降低车体的重量。具有低密度和高强度 的钢可以有助于此。在相同厚度下， 低密度钢的使用降低汽车部件的重量。伴随着已知高 强度钢的一个问题是它们的高强度损害了在片材成形为汽车部件过程中材料的可成形性。 0003 普通高强度钢例如双相钢， 允许使用较薄的

11、片材并且因此降低重量。 但是， 较薄的 零件将对其它性质例如刚度、 防撞性和抗凹陷性产生负面影响。这些负面影响只能通过增 加钢的厚度来解决， 这从而否定了降低厚度 (downgauging) 的效果， 或通过改变部件的几 何形状来解决， 这也是不希望的。 0004 本发明的一个目的是提供一种低密度钢， 其在成品部件中具有高强度， 并结合具 有优良的可成形性。 0005 本发明的另一个目的是提供一种在成形后具有优良的表面品质的高强度钢。 0006 可以通过提供一种无晶隙铁素体钢带材或片材来实现这些目的中的一个或多个， 所述的无晶隙铁素体钢带材或片材以重量百分比计包括 ： 0007 最多 0.01

12、 C_ 总量 ； 0008 最多 0.2 Si ； 0009 最多 1.0 Mn ； 0010 从 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 余量为铁和不可避免的杂质 ； 0020 其中 C_ 总量 最小值 X,Y 0021 + 最大值 Z,0 0022 +12/93*Nb 0023 +12/91*Zr 0024 +12/5

13、1*V ； 0025 其中 0026 X 2*12/(2*32)*S ； 0027 Y 2*12/(4*48)*(Ti-48/14*N) ； 说 明 书 CN 104220609 A 5 2/5 页 6 0028 Z 12/48*(Ti-48/14*N-4*48/(2*32)*S) ； 0029 其中， 0030 最小值 X,Y X 和 Y 的较低值， 并且如果 Y 是负数， 那么最小值 X,Y 0 ； 0031 最大值 Z,0 0 和 Z 的较高值 ； 0032 其中 C_ 溶质 C_ 总量 0033 - 最小值 X,Y 0034 - 最大值 Z,0 0035 -12/93*Nb 0036

14、-12/91*Zr 0037 -12/51*V ； 0038 并且其中 C_ 溶质 0。 0039 所有组分百分比均以重量百分比计， 除非另有说明。C_ 总量是钢中的总碳含量。 根据本发明的钢具有特制的化学组成， 从而消除固溶体中的碳(C_溶质)和固溶体中的氮。 将这种在固溶体中不具有碳或氮的钢称为无晶隙钢。这种无晶隙钢是抗应变时效的， 在将 片材成形成汽车部件过程中不形成所谓的 Lders 线并且具有高的可成形性。其中 C_ 溶质 为负数的情况表明存在过量的结合碳的元素， 并且实际上固溶体中游离碳的量 ( C_ 溶 质 ) 为零。 0040 为了避免任何不清楚， 应注意以下内容 ： 0041

15、 X 2*12/(2*32)*S 还可以写成 X 2*(12/(2*32)*S) ； 0042 Y 2*12/(4*48)*(Ti-48/14*N) 还可以写成 Y 2*(12/ (4*48)*(Ti-(48/14)*N) 0043 Z 12/48*(Ti-48/14*N-4*48/(2*32)*S) 还 可 以 写 成 Z (12/48)*(Ti (48/14*N)(4*48/(2*32)*S) 0044 93、 91 和 51 分别是 Nb、 Zr 和 V 的原子质量， 并且 12 是 C 的原子质量。使用 比率 12/93、 12/91 和 12/51 来计算多少碳被 Nb、 Zr 或

16、V 消耗为碳化物， 并且因此 ( 例 如 )12/93*Nb 的比率必须读作 (12/93)*Nb。图 1 显示了基于来自 JP2005 120399 的现有 技术钢 CA 的计算实例。 0045 钛作为合金化元素或作为不可避免的杂质将首先形成TiN。 如果存在过量的氮， 那 么残留的氮将与铝结合。如果存在过量的钛， 那么残留的钛将形成 Ti4C2S2。在形成 TiN 和 Ti4C2S2后， 残留的 Ti 将形成 TiC。最小值 X,Y 因子计算了在将所有游离氮结合为 TiN 以 后通过形成 Ti4C2S2消耗了多少碳。如果对于 Y 该计算导致负值， 那么将该因子设置为零。 最大值 Z,0 因

17、子计算了通过形成 TiC 消耗了多少碳。 0046 如果完全不存在钛， 那么将不会形成 TiN 或 Ti4C2S2或 TiC 并且最小值 X,Y 和最 大值 Z， 0 等于零。 0047 其它三个因子考虑了 NbC、 ZrC 和 VC 的形成， 并且由此连同最小值 X,Y 因子和最 大值 Z,0 因子一起确定钢中溶质碳的量。 0048 通过不添加或仅添加少量的钛和 / 或指定量的 Nb， 将消除溶质碳。 0049 本发明人发现， 为了制备无晶隙钢， 应将所有碳和氮与碳化物和氮化物形成元素 结合。 说 明 书 CN 104220609 A 6 3/5 页 7 0050 JP2005 120399

18、 公开了一种钢， 其具有 0.0015 C、 0.05 Si、 0.45 Mn、 0.008 P、 7.5 Al 和 0.005 N， 余量为铁和不可避免的杂质。图 1 显示根据这种钢的发 明的 C_ 溶质的计算， 发现 C_ 溶质为 0.0015， 因为不存在结合碳的元素， 如 Nb、 Zr 或 V。C_ 溶质因此不等于或小于零， 相反其大于零。在两种情况下最小值 X,Y 和最大值 Z,0 均 产生零值。 0051 总碳 (C_ 总量 ) 优选为至多 0.005， 并且更优选至多 0.004且甚至更优选至多 0.003。总碳越低， 需要的碳化物形成元素的量越小。然而， 较低的 C_ 总量变得

19、越来越难 以实现， 因此在用于将碳含量降低至较低值的成本与用于消除固溶体中的碳而需要添加的 昂贵的碳化物形成元素的量之间存在平衡。 0052 氮， 尤其是游离氮 ( 即固溶体中的氮 ) 在炼钢中不需要但不可避免。因此应将其 保持尽可能地低以减少用于使钢基体不含游离氮而需要的结合氮的元素的量并且减少基 体中氮化物的量， 因为一些氮化物特别是氮化钛的形状被认为是不需要的。 因此， 本发明人 发现 50ppm 的最大值是优选的。优选地， 氮含量为至多 40ppm， 并且更优选地氮含量为至多 30ppm。 0053 Ti 的添加有益于结合氮， 但不是严格必要的。钛不论作为合金化元素或还是作为 不可避免

20、的杂质将首先形成 TiN。如果存在过量的氮， 那么残留的氮将与铝结合。然而， 钢 中大量的铝也可以确保结合所有氮。这意味着该基体在固溶体中基本上不含氮。TiN 是立 方硬质析出物并且可形成裂纹萌生。因此， 优选将钛的量保持尽可能地低以防止 TiN 析出 物不需要的影响。可向该钢添加最多 0.08 Ti， 以将氮结合为 TiN 并且控制溶质碳的量。 0054 在一个实施方案中， 钛含量为 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， 对于一些应用可优选限制 TiN 析出物的量。特别但非仅 有的是， 优选低钛含量与低氮含量组合。 如果钛的量不足以

21、结合所有氮， 那么钢中的铝将取 而代之并且将氮结合为氮化铝。 0055 向高强度晶隙钢添加硼以降低冷加工脆化和 / 或有助于强度。 0056 根据一个实施方案， 根据本发明的铁素体钢的组成具有基本组成 ： 0057 最多 0.2 Si ； 0058 最多 1.0 Mn ； 0059 从 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 余量为铁和不可避免的杂质 ； 006

22、8 在这个实施方案中， 没有将钛作为合金化元素添加至该钢并且以痕量存在的任何 钛是由炼钢过程所致的不可避免的杂质。这个实施方案覆盖了其中将 TiN 颗粒的量保持为 最少的情况。 说 明 书 CN 104220609 A 7 4/5 页 8 0069 在本发明的一个实施方案中， 锰含量为至少 0.1。在另一个实施方案中， 铝含 量为至少 6和 / 或至多 9， 优选至多 8.5。优选地， 铝含量为至少 6.5和 / 或至多 8.0。 0070 在本发明的一个实施方案中， 硅含量为至多 0.05。在退火过程期间硅可在钢表 面上偏析以形成纳米尺寸的氧化物。因为这些氧化物显示与液体锌差的润湿性， 所以

23、在将 它们热浸镀锌后在这样的钢表面上有时发现未涂覆 ( 裸露 ) 的点。因此， 例如对于这些应 用优选将硅含量限制为至多 0.05。 0071 根据前述权利要求任一项的钢， 其中该钢的比密度为 6800 7300kg/m3。由于添 加铝， 降低了该钢的比密度。 0072 优选对该钢进行钙处理。因此， 化学组成还可以包含与钙处理一致的量的钙。 0073 在根据本发明的钢中， 通过添加微合金化元素 (Ti、 Nb、 V、 Zr) 结合在该钢中总碳 含量的优良控制来控制固溶体中的碳量。 0074 Ti 或 Nb 的量应该严格控制。太多的钛或铌将增加成本并且太少的钛或铌不能将 所有的氮和碳结合成氮化物

24、和碳化物。 0075 如果作为合金化元素添加钛， 那么对于钛含量合适的最小值为 0.005。对于 Nb 合适的最小值为 0.004。对于 V 和 Zr 合适的最小值分别为 0.002和 0.004。 0076 根据第二方面， 提供了一种用于制备无晶隙铁素体钢带材的方法， 其包括步骤 ： 0077 通过以下方式提供钢板坯或厚带材 ： 0078 连铸， 或 0079 通过薄板坯连铸， 或 0080 通过带式连铸， 或 0081 通过带坯连铸 ； 0082 任选地随后通过在至多 1250的再加热温度下再加热该钢板坯或带材 ； 0083 热轧该板坯或厚带材并且在至少 850的热终轧温度下完成热轧过程

25、； 0084 在 500 750的卷绕温度下卷绕该热轧带材。 0085 在优选的实施方案中， 该卷绕温度为至少 600和 / 或该热终轧温度为至少 900。 0086 随后可以在包括下述步骤的方法中进一步处理该热轧带材 ： 0087 以 40 90的冷轧压下量冷轧该热轧带材以制备冷轧带材 ； 0088 在 700 900的峰值金属温度下的连续退火过程中或在 650 800的炉顶温 度下的分批退火过程中退火该冷轧带材 ； 0089 任选地在热浸镀锌或电镀锌或加热涂覆 (heat-to-coat) 过程中将该退火的带 材镀锌。 0090 在冷轧步骤前通常酸洗和清洗该热轧带材。在一个实施方案中， 连

26、续退火过程中 的峰值金属温度为至少 750， 优选至少 800。 0091 在一个实施方案中， 该冷轧压下量为至少 50。 0092 在一个实施方案中， 该冷轧带材的厚度为 0.4 2mm。 0093 现在通过下述的非限制性实施例进一步解释本发明。 0094 将钢制备和处理成厚度为 1mm 的冷轧钢片材。该冷轧带材的厚度为 3.0mm。在表 说 明 书 CN 104220609 A 8 5/5 页 9 1 中给出了该钢的化学组成。 0095 表 1以 1/1000wt.计的化学组成 ( 除了 Al 以 wt.计 )(I 发明， R 参比 ) (tr 痕量， 不可避免的杂质， C_ 溶质固溶体中

27、的碳 )。 0096 钢 CAlMnSiPNTiNbZr VSBC_ 溶质 12.58.0220101445trtr tr 41.5 0.000I 237.022010131525tr tr 4tr0.000I 338.021010131225tr tr 41.5 0.000I 437.02201013tr30tr tr 41.5 0.000I 547.5200101415trtr 20 4tr0.000I 647.0210101315tr30 tr 4tr0.000I 74 0.05 700220 90 345trtr tr 5tr0.000R 8107.020010131525tr tr 51.5 6.2R 0097 通过铸造板坯和在至多1250的温度下再加热该板坯来制备该钢。 这个温度是最 高温度， 因为在更高的再加热温度下可发生过度的晶粒生长。在热轧过程中的终轧温度为 900， 卷绕温度 700， 接着酸洗和冷轧 (67 ) 并且在 800的峰值金属温度下连续退火 以及热浸镀锌。 0098 表 2机械性质 (NA 自然时效 ) 0099 说 明 书 CN 104220609 A 9 1/1 页 10 图 1 说 明 书 附 图 CN 104220609 A 10