高強(qiáng)度的扁鋼產(chǎn)品及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種扁鋼產(chǎn)品，該扁鋼產(chǎn)品具有至少1200MPa的抗拉強(qiáng)度（Rm）并且由這樣的鋼構(gòu)成，該鋼除了含有Fe和不可避免的雜質(zhì)以外，還含有（以重量%示出的）C：0.10-0.50%、Si：0.1-2.5%、Mn：1.0-3.5%、Al：不高于2.5%、P：不高于0.020%、S：不高于0.003%、N：不高于0.02%以及能含有“Cr、Mo、V、Ti、Nb、B和Ca”中的一個(gè)或多個(gè)元素，這些元素的含量如下：Cr：0.1-0.5%、Mo：0.1-0.3%、V：0.01-0.1%、Ti：0.001-0.15%、Nb：0.02-0.05%、其中對于V、Ti和Nb的含量總和Σ（V、Ti、Nb）下式成立：Σ（V、Ti、Nb）≤0.2%、B：0.0005-0.005%、Ca：不高于0.01%，并且該鋼具有這樣的組織結(jié)構(gòu)，該組織結(jié)構(gòu)具有（以面積%示出的）低于5%的鐵素體、低于10%的貝氏體、5-70%的未回火馬氏體、5-30%的殘余奧氏體和25-80%的回火馬氏體，其中至少99%的、包含在回火馬氏體中的碳化鐵具有小于500nm的尺寸。由于該組織結(jié)構(gòu)具有的過度回火馬氏體份額最小化，因此該扁鋼產(chǎn)品具有優(yōu)化的成形性。此外根據(jù)本發(fā)明的方法提供了熱處理，借助熱處理可以有針對性地制造對這種性能最佳的組織結(jié)構(gòu)。
【專利說明】高強(qiáng)度的扁鋼產(chǎn)品及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度的扁鋼產(chǎn)品和這種扁鋼產(chǎn)品的制造方法。
[0002]特別是本發(fā)明涉及一種具有金屬保護(hù)層的、高強(qiáng)度的扁鋼產(chǎn)品和這種產(chǎn)品的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0003]在這里所提到的扁鋼產(chǎn)品是指鋼帶、鋼板或由它們制得的板材毛坯，例如扁坯。
[0004]除非另有明確說明，否則在本申請的說明書以及權(quán)利要求中，特定的合金元素的含量分別以重量％示出并且特定的組織成分的含量以面積％示出。
[0005]下面提到冷卻速度或冷卻速率或加熱速度或加熱速率時(shí)，冷卻速度以負(fù)值給出，因?yàn)樵摾鋮s速度引起溫度降低。相應(yīng)地，冷卻速率在快速冷卻過程中比在較慢的冷卻過程中具有更低的值。相反，引起溫度上升的加熱速度以正值給出。
[0006]高強(qiáng)度的鋼由于其合金組成成分通常易于受到腐蝕因此通常涂敷金屬保護(hù)層，該金屬保護(hù)層保護(hù)各個(gè)鋼基體以免與環(huán)境中的氧氣接觸。已知有各種不同的方法用于涂敷這種金屬保護(hù)層。對此有熱浸鍍層(專業(yè)術(shù)語中也稱為“火焰鍍層”)以及電解鍍層。
[0007]在電解鍍層時(shí)涂層金屬以電化學(xué)的方式沉積在待涂層的、在該過程中大多數(shù)情況下略微加熱的扁鋼產(chǎn)品上，而在熱浸鍍層過程中將待涂層的產(chǎn)品在浸入到各個(gè)熔池中之前進(jìn)行熱處理。對此，將各個(gè)扁鋼產(chǎn)品在特定的氛圍中加熱到高溫，以設(shè)置預(yù)期的組織結(jié)構(gòu)并且建立各個(gè)扁鋼產(chǎn)品的、對于金屬涂層的附著最佳的表面狀態(tài)。然后使扁鋼產(chǎn)品通過同樣具有提高的溫度的熔池，以使涂層材料保持熔融狀態(tài)。
[0008]必要的高溫取決于在通過熱浸鍍層而具有金屬保護(hù)層的扁鋼產(chǎn)品中有1000MPa的強(qiáng)度上限。具有更高強(qiáng)度的扁鋼產(chǎn)品通常不能進(jìn)行火焰鍍層，因?yàn)橛捎诨鼗鹦?yīng)而隨之進(jìn)行的加熱導(dǎo)致扁鋼產(chǎn)品的強(qiáng)度受到巨大損失。因此，目前通常以電解的方式為高強(qiáng)度的扁鋼產(chǎn)品設(shè)置金屬保護(hù)層。這個(gè)操作步驟的前提條件在于完全干凈的表面，在實(shí)踐中這種表面僅可以通過在電解涂層之前進(jìn)行的酸洗來確保。
[0009]由文獻(xiàn)EP 2 267 176 Al已知一種用于制造高強(qiáng)度的、具有通過熱浸鍍層涂敷的金屬保護(hù)涂層的冷軋鋼帶的方法，該方法包括下面的操作步驟:
[0010]-熱軋由鋼錠制成的熱軋鋼帶，
[0011]-將熱軋鋼帶冷軋成冷軋鋼帶，
[0012]-熱處理冷軋鋼帶，其中在熱處理過程中
[0013]-以最大為2V /s的平均加熱速度將冷軋鋼帶從低于構(gòu)成冷軋鋼帶的鋼的Ac3溫度50°C的溫度加熱到各自的Ac3溫度，
[0014]-然后將冷軋鋼帶在至少與各自的Ac3溫度相一致的溫度保持至少10s，
[0015]-然后以至少20°C/s的平均冷卻速度將冷軋鋼帶冷卻到低于經(jīng)分別加工的鋼的馬氏體起始溫度100-200°C的溫度，并且
[0016]-最后將冷軋鋼帶加熱I至600s達(dá)到300_600°C的溫度。[0017]最后使鋼帶進(jìn)行熱浸鍍層。在這個(gè)過程中涂敷的金屬涂層優(yōu)選應(yīng)該是鋅涂層。最終以這種方式應(yīng)該獲得具有優(yōu)化的機(jī)械性能、例如具有至少1200MPa的抗拉強(qiáng)度、至少13%的延伸率和至少50%的擴(kuò)孔率的冷軋鋼帶。
[0018]以前述方式加工的冷軋鋼帶應(yīng)該由這樣的鋼制成，該鋼除了含有鐵和不可避免的雜質(zhì)以外，還含有(以重量%示出的)0.05-0.5%的C、0.01-2.5%的Si,0.5-3.5%的Mn、0.003-0.100%的P、不高于0.02%的S和0.010-0.5%的Al。該鋼應(yīng)該同時(shí)具有這樣的微觀結(jié)構(gòu)，該微觀結(jié)構(gòu)具有(以面積％示出的)不高于10%的鐵素體、不高于10%的馬氏體和60-95%的回火馬氏體以及另外5-20%的、通過X射線衍射確定的殘余奧氏體。此外，該鋼可以含有(以重量 % 示出的)0.005-2.00% 的 Cr,0.005-2.00% 的 Mo,0.005-2.00% 的 V,0.005-2.00%的 Ni 和 0.005-2.00% 的 Cu 以及 0.01-0.20% 的 Ti,0.01-0.20% 的 Nb,0.0002-0.005% 的 B、0.001-0.005% 的 Ca 和 0.001-0.005% 的稀土元素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]以前述現(xiàn)有技術(shù)為基礎(chǔ)，本發(fā)明的目的在于，給出能夠以低成本制造的高強(qiáng)度扁鋼產(chǎn)品，該扁鋼產(chǎn)品具有進(jìn)一步優(yōu)化的機(jī)械性能，該性能特別是反映在非常好的彎曲特性上。
[0020]此外應(yīng)該給出這種扁鋼產(chǎn)品的制造方法。特別是這種方法應(yīng)該能夠結(jié)合在扁鋼產(chǎn)品的熱浸鍍層的過程中。
[0021]針對扁鋼產(chǎn)品，根據(jù)本發(fā)明通過具有權(quán)利要求1所給出的特征的這種產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了該目的。
[0022]針對方法，根據(jù)本發(fā)明的、上述目的的實(shí)現(xiàn)方案在于，在制造根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品時(shí)至少完成權(quán)利要求6所述的操作步驟。為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的方法結(jié)合到熱浸鍍層的過程中，可以對此有選擇地額外進(jìn)行權(quán)利要求7所給出的操作步驟。
[0023]本發(fā)明的有利設(shè)計(jì)在從屬權(quán)利要求中給出并且和本發(fā)明的綜合思想一起通過下述闡明。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的、能具有通過熱鍍鋅涂敷的金屬保護(hù)層的扁鋼產(chǎn)品具有至少1200MPa的抗拉強(qiáng)度Rm。此外，根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品通常具有下列特征:
[0025]-600-1400MPa 的屈服強(qiáng)度 Rpa2,
[0026]-0.40-0.95 的屈強(qiáng)比 RpZRni,
[0027]-10-30% 的延伸率 A50,
[0028]-抗拉強(qiáng)度Rni 和延伸率 A50 的乘積 RJA5q: 15000_35000MPa*%，
[0029]-擴(kuò)孔率λ:50-120% (λ = (df-d0)/d0,以[%]示出，其中df=擴(kuò)張之后的孔直徑，以及d0=擴(kuò)張之前的孔直徑)，以及
[0030]-允許的彎曲角α(回彈之后在彎心半徑=2χ鋼板厚度時(shí))的
[0031]范圍:100。-180°(能夠根據(jù) DIN ΕΝ7438 得到)。
[0032]對此根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品由這樣的鋼構(gòu)成，該鋼除了含有鐵和不可避免的雜質(zhì)以外，還含有(以重量 ％ 示出的)C:0.10-0.50%、S1:0.1-2.5%、Mn:1.0-3.5%、Al:不高于2.5%、P:不高于0.020%、S:不高于0.003%、N:不高于0.02%以及能含有“Cr、Mo、V、T1、Nb、B和Ca”中的一個(gè)或多個(gè)元素，這些元素的含量如下:Cr:0.1-0.5%、Mo:0.1-0.3%、V:0.01-0.1%、Ti:0.001-0.15%、Nb:0.02-0.05%、其中對于 V、Ti 和 Nb 的含量總和Σ (V、T1、Nb)最高等于 0.2%、B:0.0005-0.005%、Ca:不高于 0.01%。
[0033]對于根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的主要機(jī)械性能重要的是，該扁鋼產(chǎn)品具有這樣的組織結(jié)構(gòu)，該組織結(jié)構(gòu)具有(以面積％示出的)低于5%的鐵素體、低于10%的貝氏體、5-70%的未回火馬氏體、5-30%的殘余奧氏體和25-80%的回火馬氏體。其中至少99%含量的、包含在回火馬氏體中的碳化鐵具有小于500nm的尺寸。
[0034]對此，通常根據(jù)IS09042 (光學(xué)測定)測定未回火馬氏體和回火馬氏體、貝氏體和鐵素體的相分率。此外可以借助X射線衍射法以+/-1面積％的精確度測定殘余奧氏體。[0035]因此，將根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品中所謂的“過度回火馬氏體”的含量降至最低。過度回火馬氏體的特征在于，大于1%含量的碳化物顆粒(碳化鐵)的大小大于500nm。例如可以在電子掃描顯微鏡下、以20000倍的放大倍數(shù)、在用百分之三的硝酸進(jìn)行腐蝕的鋼樣品上測定過度回火馬氏體。通過避免過度回火馬氏體，根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品獲得最佳的機(jī)械性能，該機(jī)械性能特別是在扁鋼產(chǎn)品的彎曲性能方面產(chǎn)生有利的影響，這種彎曲性能的特征在于具有100°至180°的大彎曲角a。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的鋼的C含量限制在0.10和0.50重量％之間的數(shù)值上。碳在許多方面影響根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品。首先，在形成奧氏體以及降低Ac3溫度時(shí)C起著重要的作用。因此，即使同時(shí)存在有例如提高Ac3溫度的Al元素，足夠的C濃度在溫度< 960°C時(shí)也實(shí)現(xiàn)了完全的奧氏體化。此外，在淬火時(shí)由于存在C而使殘余奧氏體穩(wěn)定。在分配步驟中繼續(xù)發(fā)揮該效應(yīng)。穩(wěn)定的殘余奧氏體導(dǎo)致最大的延伸區(qū)域，在該區(qū)域中能夠明顯地出現(xiàn)TRIP效應(yīng)(相變誘發(fā)塑性)。此外，馬氏體的強(qiáng)度最大程度受到各個(gè)C含量的影響。過高的C含量導(dǎo)致馬氏體起始溫度明顯地變成越來越低的溫度，因此使根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的制造變得極其困難。此外，過高的C含量會對可焊接性產(chǎn)生不利的影響。
[0037]為了確保根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的良好的表面質(zhì)量，在根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的鋼中的Si含量應(yīng)該低于2.5重量％。但是硅對于抑制滲碳體形成是重要的。通過滲碳體的形成會使C結(jié)合為碳化物并因此之后不再能夠用于穩(wěn)定殘余奧氏體。此外還可能降低延伸率。通過加入Si而實(shí)現(xiàn)的效果有時(shí)候也可以通過添加鋁來實(shí)現(xiàn)。然而，在根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品中始終有最小為0.1重量％的Si，以利用其有利的影響。
[0038]1.0-3.5重量％、特別是不高于3.0重量％的錳含量對于根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的淬透性以及在冷卻過程中避免珠光體形成是重要的。這些屬性可以形成由馬氏體和殘余奧氏體構(gòu)成的并且本身適用于根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行的分配步驟的起始組織結(jié)構(gòu)。此外，鑒于設(shè)置相對低的、例如比-lOOK/s更快的冷卻速率，已證實(shí)錳是有利的。相反，過高的Mn濃度對根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的延伸性能和可焊接性具有不利的影響。
[0039]鋁在根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的鋼中有不高于2.5%的含量，用于脫氧以及結(jié)合必要時(shí)所存在的氮。如前所述，然而也可以使用Al來抑制滲碳體并且由此不會像高含量的Si那樣對表面質(zhì)量產(chǎn)生不利的影響。但是Al不是像Si那么有效，此外Al提高了奧氏體化溫度。因此，根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的Al含量限制在最大2.5重量％并且優(yōu)選限制在0.01和1.5重量％之間的數(shù)值上。
[0040]磷對于可焊接性是不利的，因此在根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的鋼中磷的含量應(yīng)該低
于0.02重量％。[0041]硫在足夠濃度的情況下導(dǎo)致MnS或(Mn，F(xiàn)e)S的形成，它們對延伸率產(chǎn)生不利的影響。因此在根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的鋼中S含量應(yīng)該低于0.003重量％。
[0042]氮在根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的鋼中結(jié)合為氮化物對成形性有不利的影響。因此根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的N含量應(yīng)該低于0.02重量％。
[0043]為了改善某些特性可以在根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的鋼中含有Cr、Mo、V、T1、Nb、B和Ca。
[0044]因此，在優(yōu)化強(qiáng)度方面，可以將一種或多種微合金元素V、Ti和Nb加入根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的鋼中。這些元素通過形成非常細(xì)微分布的碳化物或碳氮化物而有助于得到更高的強(qiáng)度。0.001重量％的最小Ti含量在分配步驟過程中引起晶界和相界的凝結(jié)。然而，過高濃度的V、Ti和Nb可以對殘余奧氏體的穩(wěn)定起到不利的影響。因此，在根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品中的V、Ti和Nb含量的總和限定在0.2重量％。
[0045]鉻是一種有效的珠光體抑制劑，有助于提高強(qiáng)度，因此可以添加直至0.5重量％的鉻到根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的鋼中。高于0.5重量％時(shí)有顯著的晶界氧化的危險(xiǎn)。為了能夠可靠地利用Cr的有利影響，可以將Cr含量規(guī)定在0.1-0.5重量％。
[0046]像Cr 一樣，鑰同樣是抑制珠光體形成的非常有效的元素。為了有效地利用這種有利的作用，可以將0.1-0.3重量％的鑰加入到根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的鋼中。
[0047]硼在晶界處發(fā)生偏析并且減緩晶界運(yùn)動(dòng)。這在0.0005重量％以上的含量情況下導(dǎo)致對機(jī)械性能起到有利作用的、具有精細(xì)顆粒的組織結(jié)構(gòu)。然而在加入B時(shí)必須有足夠的Ti用來結(jié)合N。在含量約為0.005重量％時(shí)出現(xiàn)B的有利作用的飽和狀態(tài)。因此，B含量規(guī)定在0.0005-0.005重量％。
[0048]含量不高于0.01重 量％的鈣在根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的鋼中用于結(jié)合硫以及夾雜物改性。
[0049]碳當(dāng)量CE是描述可焊接性的重要參數(shù)。該碳當(dāng)量在根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品的鋼中應(yīng)該處于0.35-1.2、特別是0.5-1.0的范圍中。為了計(jì)算碳當(dāng)量CE在這里使用由美國焊接協(xié)會(AWS)所研發(fā)的并且在出版物Dl.1/D1.1M:2006，鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范，第3.5.2節(jié)(表格
3.2), 58和66頁所公開的公式:
[0050]CE=%C+ (%Mn+%Si ) /6+ (%Cr+%Mo+%V) /5+ (%Ni+%Cu) /15，其中，%C:鋼的 C 含量，
[0051]%Mn:鋼的 Mn 含量，
[0052]%S1:鋼的 Si 含量，
[0053]%Cr:鋼的 Cr 含量，
[0054]%Mo:鋼的 Mo 含量，
[0055]%V:鋼的V含量，
[0056]%N1:鋼的 Ni 含量，
[0057]%Cu:鋼的 Cu 含量。
[0058]根據(jù)本發(fā)明的、用于制造能具有通過熱浸鍍層涂敷的金屬保護(hù)涂層的高強(qiáng)度扁鋼產(chǎn)品的方法包括下列操作步驟:
[0059]提供未經(jīng)鍍層的、即還未設(shè)置各個(gè)保護(hù)涂層的扁鋼產(chǎn)品，該扁鋼產(chǎn)品由與上述根據(jù)本發(fā)明的扁鋼產(chǎn)品相同的鋼制成。構(gòu)成該扁鋼產(chǎn)品的鋼相應(yīng)地除了含有鐵和不可避免的雜質(zhì)以外，還含有(以重量％示出的)C:0.10-0.50%、S1:0.1-2.5%、Mn:1.0-3.5%、Al:不高于2.5%、P:不高于0.020%、S:不高于0.003%、N:不高于0.02%以及能含有“Cr、Mo、V、T1、Nb、B和Ca”中的一個(gè)或多個(gè)元素，這些元素的含量如下:Cr:0.1-0.5%、Mo:0.1-0.3%、V:
0.01-0.l%、Ti:0.001-0.15%、Nb:0.02-0.05%、其中對于 V、Ti 和 Nb 的含量總和 Σ (V、T1、Nb)下式成立:Σ (V、T1、Nb)≤ 0.2%、B:0.0005-0.005%、Ca:不高于 0.01%。所提供的扁鋼產(chǎn)品可以特別是經(jīng)冷軋的扁鋼產(chǎn)品。但是也可以按照根據(jù)本發(fā)明的方式加工經(jīng)熱軋的扁鋼產(chǎn)品。
[0060]然后以至少3°C /s的加熱速度θ Η1、θ H2將這樣提供的扁鋼產(chǎn)品加熱到處于扁鋼產(chǎn)品的鋼的Ac3溫度以上并且最高為960°C的奧氏體化溫度Thz。通過快速地加熱縮短了工藝流程時(shí)間并且在整體上改善了該方法的經(jīng)濟(jì)性。
[0061]可以按照不同的加熱速度ΘΗ1、ΘΗ2在兩個(gè)依次連續(xù)進(jìn)行階段中加熱到奧氏體化
溫度Thz ο
[0062]對此可以在較低的溫度(即，低于Tw)下非?？焖俚剡M(jìn)行加熱，以提高工藝流程的經(jīng)濟(jì)性。在較高的溫度下碳化物開始熔解。較低的加熱速度ΘΗ2對此是有利的，以實(shí)現(xiàn)碳以及其他的、可能存在的合金元素(例如，Mo或Cr)的均勻分布。碳化物在低于Aca溫度時(shí)就已經(jīng)可控地熔解，以充分利用相對于在奧氏體中的較慢的擴(kuò)散而在鐵素體中的較快的擴(kuò)散。因此，通過較低的加熱速度ΘΗ2熔解的原子較均勻地分布在材料中。
[0063]為了產(chǎn)生盡可能均質(zhì)的材料，在奧氏體轉(zhuǎn)變過程中，即在UP &3之間限定的加熱速率ΘΗ2是有利的。這有助于在淬火之前得到均勻的起始組織結(jié)構(gòu)從而有助于馬氏體的均勻分布以及淬火之后得到精細(xì)的殘余奧氏體并且最終改善扁鋼產(chǎn)品的機(jī)械性能。
[0064]已證實(shí)，在200_500°C的溫度下降低加熱速度是適宜的。其中，令人驚奇地顯示出，甚至可以設(shè)置3-10°C /s的加熱速度，都不會損害力求達(dá)到的效果。
[0065]為了達(dá)到根據(jù)本發(fā)明所追求的扁鋼產(chǎn)品的性能，可以在具有兩個(gè)階段的加熱過程中使第一階段的加熱速度Θ hi為5_25°C /s并且使第二階段的加熱速度θ H2為3-10°C /S、特別是3-5°C /s。對此，可以按照第一階段加熱速度ΘΗ1將扁鋼產(chǎn)品加熱到200-500°C、特別是250-500°C的中間溫度Tw，然后以第二階段加熱速度θ H2繼續(xù)加熱直至奧氏體化溫度Thz。
[0066]在達(dá)到奧氏體化溫度Thz之后，根據(jù)本發(fā)明將扁鋼產(chǎn)品在奧氏體化溫度Thz下保持20-180S的奧氏體化持續(xù)時(shí)間tHZ。其中在保持區(qū)域中的退火溫度應(yīng)處于Ae3溫度以上，以實(shí)現(xiàn)完全地奧氏體化。
[0067]各個(gè)鋼的Ae3溫度是根據(jù)分析并且以傳統(tǒng)的測量技術(shù)或者例如借助以下經(jīng)驗(yàn)公式估算而得(合金含量以重量％規(guī)定):
[0068]Ac3 [°C ] =910-203 V %C_15.2%Ni+44.7%Si+31.5%Mo+104%V 其中，％C:鋼的 C 含量，
[0069]%N1:鋼的 Ni 含量，
[0070]%S1:鋼的 Si 含量，
[0071]%Mo:鋼的 Mo 含量，
[0072]%V:鋼的V含量。
[0073]在溫度高于Ae3的條件下進(jìn)行退火之后，以冷卻速度eQ將扁鋼產(chǎn)品冷卻到冷卻終止溫度TQ，該冷卻終止溫度大于馬氏體終止溫度TMf并且小于馬氏體起始溫度Tms(Tiif〈TQ〈TMs)。[0074]根據(jù)本發(fā)明，在冷卻速度0(3至少等于、優(yōu)選快于最小冷卻速度0Q(min)( 0Q(min))的條件下冷卻到冷卻終止溫度TQ。對此可以根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算最小冷卻速度0Q
(min).[0075]Θ Q (min) [°C /s] =-314.35°C /s+(268.74%C+56.27%Si+58.50%A1
[0076]+43.40%Mn+195.02%Mo+166.60%Ti+
[0077]199.19%Nb) °C / (重量 ％.s)
[0078]其中，％C:鋼的C含量，
[0079]%S1:鋼的 Si 含量，
[0080]%A1:鋼的 Al 含量，
[0081]%Mn:鋼的 Mn 含量，
[0082]%Mo:鋼的 Mo 含量，
[0083]%T1:鋼的 Ti 含量，
[0084]%Nb:鋼的 Nb 含量；
[0085]冷卻速度Θ 0通常處于-20°C/s至_120°C/s的范圍中。在實(shí)踐中在冷卻速度Gq處于_51°C /s至-120°C /s時(shí)只有在具有低的C含量或Mn含量的鋼中能確保滿足條件9 Q < 9 Q (min)。
[0086]在保持最小冷卻速度Θ Q (min)的情況下可靠地防止了鐵素體和貝氏體的轉(zhuǎn)變，并且在具有不超過30%的殘余奧氏體的扁鋼產(chǎn)品中出現(xiàn)馬氏體的組織結(jié)構(gòu)。
[0087]在冷卻過程中實(shí)際產(chǎn)生多少馬氏體取決于在冷卻過程中以何種程度將扁鋼產(chǎn)品冷卻到馬氏體起始溫度(Tms)以下，并且取決于扁鋼產(chǎn)品在加速冷卻之后保持在冷卻終止溫度下的保持時(shí)間tQ。根據(jù)本發(fā)明為保持時(shí)間tQ設(shè)置10-60秒、特別是12-40S的一段時(shí)間。在前面的大約3至5秒的保持過程中與馬氏體的轉(zhuǎn)變并行發(fā)生高溫均質(zhì)化。在隨后的時(shí)間里借助于C擴(kuò)散固定地出現(xiàn)位錯(cuò)以及出現(xiàn)最精細(xì)的析出物。因此，延長保持時(shí)間首先引起馬氏體份額以及隨之屈服強(qiáng)度的提高。隨著保持時(shí)間的增長減弱了這種效果，其中根據(jù)本發(fā)明在大約60s之后可以觀察到屈服強(qiáng)度減小。
[0088]通過根據(jù)本發(fā)明所進(jìn)行的冷卻到冷卻終止溫度并且接下來將扁鋼產(chǎn)品以根據(jù)本發(fā)明所規(guī)定的時(shí)間保持在該溫度下可以在提高屈服強(qiáng)度的同時(shí)實(shí)現(xiàn)變形性能的改善。如果需要最大化抗拉強(qiáng)度和伸長率，那么需要將保持時(shí)間tQ保持在低的范圍中，即，10-30S之間。較長的、30-60S的保持時(shí)間％對變形性能具有有利的影響。特別是對于彎曲角。
[0089]馬氏體起始溫度Tms可以借助于下列公式進(jìn)行估算:
[0090]TMs[°C ] =5390C + (-423%C-30.4%Mn_7.5%Si+30%Al) °C / 重量 ％ 其中，％C:鋼的 C
含量，
[0091]%S1:鋼的 Si 含量，
[0092]%A1:鋼的 Al 含量，
[0093]%Mn:鋼的 Mn 含量。
[0094]馬氏體終止溫度TMf在實(shí)踐中可以借助于公式
[0095]TMf=TMs-272°C
[0096]計(jì)算得出。該公式以下面的假設(shè)為基礎(chǔ)由Koistinen-Marburger方程式(參見D.P.Koistinen、R.E.Marburger 白勺文獻(xiàn) Acta Metall,第 7 版(1959),第 59 頁)推導(dǎo)得出:[0097]a)如果馬氏體份額達(dá)到95%，那么將馬氏體轉(zhuǎn)變看作已完成。
[0098]b)與組成成份無關(guān)的常量α為-0.011。
[0099]c)馬氏體終止溫度等于冷卻終止溫度。
[0100]冷卻終止溫度Tq通常至少為200°C。
[0101]在將扁鋼廣品冷卻并保持在冷卻終止溫度Tq之后，從冷卻終止溫度Tq開始以2-80 °C /s、特別是2-40 °C /s的加熱速度θ ρι將扁鋼產(chǎn)品加熱到400-500 V、特別是450-490°C 的溫度 Tp。 [0102]對此，優(yōu)選在l-150s的加熱時(shí)間tA之內(nèi)加熱到溫度TP，以實(shí)現(xiàn)最佳的經(jīng)濟(jì)性。該加熱同時(shí)可以為下述擴(kuò)散長度Xd提供部分
[0103]將扁鋼產(chǎn)品加熱并且接下來可選擇地額外進(jìn)行的、以直至500s的保持持續(xù)時(shí)間tpi保持在溫度Tp下的目的在于從過飽和的馬氏體中濃聚含碳的殘余奧氏體。在這里稱為“碳分配”，專業(yè)術(shù)語也稱為“分配”。保持持續(xù)時(shí)間tPi特別是不高于200s，其中保持持續(xù)時(shí)間tPi低于IOs是特別實(shí)用的。
[0104]分配可以在加熱過程中作為所謂的“傾斜式分配”進(jìn)行、通過加熱之后、保持在分配溫度Tp下進(jìn)行(所謂的“等溫分配”)或通過等溫分配和傾斜式分配相結(jié)合來進(jìn)行。由此可以達(dá)到接下來的熱浸鍍層所需要的高溫，而不會出現(xiàn)異常的回火效應(yīng)，即馬氏體的過度回火。在傾斜式分配中所力求達(dá)到的、相對于等溫分配較慢的加熱速度θ pl實(shí)現(xiàn)了在降低能源消耗時(shí)對分別所規(guī)定的分配溫度Tp的特別精確的調(diào)控，因?yàn)檩^高的溫度梯度需要設(shè)備中較高的能量消耗。
[0105]過度回火馬氏體的不利影響，例如阻礙塑性延伸并且對馬氏體的強(qiáng)度以及變形性能(彎曲角和擴(kuò)孔率)產(chǎn)生不利影響的粗大碳化物，通過根據(jù)本發(fā)明加熱到保持溫度Tp得以避免，其中，可選擇的、在分配溫度下的保持過程額外地提高了阻止過度回火馬氏體的可靠性。特別是通過遵守根據(jù)本發(fā)明所規(guī)定的、由傾斜式分配時(shí)間tPK和等溫分配時(shí)間tPI構(gòu)成的總體分配時(shí)間tPT及分配溫度Tp有針對性地抑制了碳化物的形成和殘余奧氏體的分解。
[0106]根據(jù)本發(fā)明所規(guī)定的分配溫度Tp同時(shí)確保了在奧氏體中的碳的充分均質(zhì)化，其中可以通過加熱速度Θ P1、分配溫度Tp和可選擇進(jìn)行的、以合適的保持時(shí)間tPi在分配溫度Tp下的保持過程來影響均質(zhì)化。
[0107]為了評估在奧氏體中的碳的均質(zhì)化情況，使用所謂的“擴(kuò)散長度xD”。根據(jù)擴(kuò)散長度Xd可以使不同的加熱速率、分配溫度和可能的分配時(shí)間相互進(jìn)行比較。擴(kuò)散長度Xd是由傾斜式分配所引起的部分Xto和由等溫分配所引起的部分Xlli構(gòu)成(xD=xDi+xto)。對此也可以根據(jù)各個(gè)操作方法使部分Xto或xDi為“0”，其中作為根據(jù)本發(fā)明的方法的結(jié)果在總體上擴(kuò)散長度Xd始終> O。
[0108]根據(jù)下列公式可以為可選擇進(jìn)行的等溫分配算出在等溫保持過程中所獲得的、歸入擴(kuò)散長度Xd的擴(kuò)散長度Xm:
[0109]xDi = 6 * yD * trj
[0110]其中，tPi=進(jìn)行等溫保持所經(jīng)過的時(shí)間，以秒給出，
[0111]D=D0^exp (-Q/RT), D0=3.72*lCT5m2/s,
[0112]Q=148kJ/mol，R=8.314J/ (moI.K)，[0113]T=以開氏溫標(biāo)示出的分配溫度Tp。
[0114]因?yàn)樵趦A斜式分配中沒有等溫地進(jìn)行碳的重新分配，因此為計(jì)算經(jīng)過加熱持續(xù)時(shí)間所達(dá)到的擴(kuò)散長度Xto使用數(shù)值近似法:
【權(quán)利要求】
1.一種扁鋼產(chǎn)品，所述扁鋼產(chǎn)品具有至少1200MPa的抗拉強(qiáng)度Rm并且由這樣的鋼構(gòu)成，所述鋼除了含有鐵和不可避免的雜質(zhì)以外，還含有(以重量％示出的)
C:0.10-0.50%,
Si:0.1-2.5%,
Mn:1.0-3.5%, Al:不高于2.5%, P:不高于0.020%, S:不高于0.003%,
N:不高于0.02%, 以及能含有“Cr、Mo、V、T1、Nb、B和Ca”中的一個(gè)或多個(gè)元素，這些元素的含量如下: Cr:0.1-0.5%,
Mo:0.1-0.3%,
V:0.01-0.1%,
Ti:0.001-0.15%,
Nb:0.02-0.05%, 其中對于V、Ti和Nb的含量總和Σ (V、T1、Nb)下式成立:Σ (V、T1、Nb)≤0.2%，
B:0.0005-0.005%, Ca:不高于0.01%, 并且具有這樣的組織結(jié)構(gòu)，所述組織結(jié)構(gòu)具有(以面積％示出的)低于5%的鐵素體、低于10%的貝氏體、5-70%的未回火馬氏體、5-30%的殘余奧氏體和25-80%的回火馬氏體，其中至少99%的、包含在回火馬氏體中的碳化鐵具有小于500nm的尺寸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的扁鋼產(chǎn)品，其特征在于，(以重量％示出的)所述扁鋼產(chǎn)品的Al含量為0.01-1.5%、所述扁鋼產(chǎn)品的Cr含量為0.20-0.35%、所述扁鋼產(chǎn)品的V含量為0.04-0.08%、所述扁鋼產(chǎn)品的Ti含量為0.008-0.14%、所述扁鋼產(chǎn)品的B含量為.0.002-0.004%或所述扁鋼產(chǎn)品的Ca含量為0.0001-0.006%。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的扁鋼產(chǎn)品，其特征在于，對于所述扁鋼產(chǎn)品的鋼碳當(dāng)量CE,下式成立: .0.35重量％≤CE≤1.2重量％
其中，CE=%C+ (%Mn+%Si) /6+ (%Cr+%Mo+%V) /5+ (%Ni+%Cu) /15, %C:鋼的C含量， %Mn:鋼的Mn含量， %S1:鋼的Si含量， %Cr:鋼的Cr含量， %Mo:鋼的Mo含量， %V:鋼的V含量， %N1:鋼的Ni含量， %Cu:鋼的Cu含量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的扁鋼產(chǎn)品，其特征在于，對于所述碳當(dāng)量CE，下式成立:
.0.5 重量 ％ ^ CE ^ 1.0 重量 ％。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求的任意一項(xiàng)所述的扁鋼產(chǎn)品，其特征在于，為所述扁鋼產(chǎn)品提供通過熱浸鍍層涂敷的金屬保護(hù)涂層。
6.一種用于制造高強(qiáng)度扁鋼產(chǎn)品的方法，所述方法包括下面的操作步驟: -提供未經(jīng)涂層的、由這樣的鋼構(gòu)成的扁鋼產(chǎn)品，所述鋼除了含有鐵和不可避免的雜質(zhì)以外，還含有(以重量％示出的)
C:0.10-0.50%,
Si:0.1-2.5%,
Mn:1.0-3.5%, Al:不高于2.5%, P:不高于0.020%, S:不高于0.003%, N:不高于0.02%, 以及能含有“Cr、Mo、V、T1、Nb、B和Ca”中的一個(gè)或多個(gè)元素， 這些元素的含量如下:
Cr:0.1-0.5%,
Mo:0.1-0.3%,
V:0.01-0.1%,
Ti:0.001-0.15%,
Nb:0.02-0.05%, 其中對于V、Ti和Nb的含量總和Σ (V、T1、Nb)下式成立:Σ (V、T1、Nb)≤0.2%，
B:0.0005-0.005%,
Ca:不高于0.01% ； -以至少3°C/s的加熱速度ΘΗ1、ΘΗ2將所述扁鋼產(chǎn)品加熱到處于扁鋼產(chǎn)品的鋼的Αε3溫度以上并且最高為960°C的奧氏體化溫度Thz ； -將所述扁鋼產(chǎn)品在奧氏體化溫度下保持20-180S的奧氏體化持續(xù)時(shí)間tHZ ； -以冷卻速度Θ Q將所述扁鋼產(chǎn)品冷卻到冷卻終止溫度八，所述冷卻終止溫度大于馬氏體終止溫度TMf并且小于馬氏體起始溫度Tms (TMf〈TQ〈TMs)，對于所述冷卻速度下式成立:
θ Q ≤θQ (min)
其中，θ Q (min) [°C /s]=-314.35°C /s+(268.74%C+56.27%Si+58.50%A1
+43.40%Mn+195.02%Mo+166.60%Ti+
.199.19%Nb) °C / (重量 ％.s)， %C:鋼的C含量， %S1:鋼的Si含量， %A1:鋼的Al含量， %Mn:鋼的Mn含量， %Mo:鋼的Mo含量， %T1:鋼的Ti含量， %Nb:鋼的Nb含量； -將所述扁鋼產(chǎn)品在冷卻終止溫度Tq下保持10-60s的保持持續(xù)時(shí)間tQ ；-從所述冷卻終止溫度Tq開始以2-80°C /s的加熱速度θ ρι將所述扁鋼產(chǎn)品加熱到400-500°C的分配溫度Tp; -可選地將所述扁鋼產(chǎn)品在分配溫度Tp下等溫保持最多500s的保持持續(xù)時(shí)間tPi ； -從分配溫度Tp開始，以-3°C /s至-25°C /s的冷卻速度θ p2冷卻所述扁鋼產(chǎn)品。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在所述方法中從分配溫度Tp開始，以冷卻速度θ P2進(jìn)行冷卻 -首先將所述扁鋼產(chǎn)品冷卻到4001:至< 500°C的熔池入口溫度Tb ； -然后，為了進(jìn)行熱浸鍍層使冷卻到熔池入口溫度Tb的所述扁鋼產(chǎn)品經(jīng)過熔池并且設(shè)置在所述扁鋼產(chǎn)品上產(chǎn)生的保護(hù)涂層的厚度； -以及最終以冷卻速度Θ P2將從熔池中出來的、具有保護(hù)涂層的扁鋼產(chǎn)品冷卻到室溫。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，以不同的加熱速度ΘΗ1、ΘΗ2在兩個(gè)依次連續(xù)進(jìn)行的階段中加熱到奧氏體化溫度ΤΗΖ。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，第一階段的加熱速度ΘΗ1為5-25°C /s以及第二階段的加熱速度θ H2為3-10°C /s。
10.根據(jù)權(quán)利要求6至9的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，以第一階段加熱速度Θ H1將所述扁鋼產(chǎn)品加熱到200-500°C的中間溫度Tw并且然后以第二階段加熱速度θ H2繼續(xù)加熱直至奧氏體化溫度THZ。
11.根據(jù)權(quán)利要求6至10的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，冷卻速度eQS-20V/s 至-120。。/s。
12.根據(jù)權(quán)利要求6至11的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，冷卻終止溫度Tq至少為 200。。。
13.根據(jù)權(quán)利要求6至12的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述扁鋼產(chǎn)品保持在冷卻終止溫度Tq下的保持持續(xù)時(shí)間tQ是12-40S。
14.根據(jù)權(quán)利要求6至13的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在從冷卻終止溫度Tq開始的加熱過程中，加熱速度Θ P1為2-80°C /s。
15.根據(jù)權(quán)利要求6至14的任意一項(xiàng)所述的方法,其特征在于,在l_150s的加熱時(shí)間tA之內(nèi)加熱到分配溫度TP。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，對于在加熱到分配溫度Tp的過程中的分配持續(xù)時(shí)間，下式成立:
tPr[s]=0-tAo
17.根據(jù)權(quán)利要求6至16的任意一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，對于擴(kuò)散長度xD，下式成立:
xD ^ 1.0 μ m
其中，XD_XDi+XDr XD1:在等溫保持過程中所獲得的、納入到擴(kuò)散長度Xd的部分，根據(jù)下式計(jì)算: xDi = 6 * D ^tri 其中，tPi=進(jìn)行等溫保持所經(jīng)過的時(shí)間，以秒給出，
D=D0^exp (-Q/RT), D0=3.72*10_5m2/s，
Q=148kJ/mol，R=8.314J/ (moI.K)，T=以開氏溫標(biāo)示出的分配溫度τΡ，以及xDr:在加熱到分配溫度Tp的過程中所獲得的、納入到擴(kuò)散長度xD的部分，根據(jù)下式計(jì) 算:xD,- =^Dj *AtPrj)其中，Λ tPr； f以秒給出的、在兩次計(jì)算之間的時(shí)間步長，Dj=Dfexp (-Q/RTj)，D0=3.72*10_5m2/s，Q=148kJ/mol, R=8.314J/ (moI.K)，Tj=以開氏溫標(biāo)示出的各個(gè)當(dāng)前分配溫度TP，其中Xm或Xlte也可以是O。`
【文檔編號】C22C38/02GK103597100SQ201280024105
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2012年5月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月18日
【發(fā)明者】延斯-烏爾里克·貝克爾, J·卞, 托馬斯·黑勒, 魯?shù)婪颉ど崮喜? 理查德·G·蒂森, 扎比內(nèi)·蔡青格, 托馬斯·里格爾, 奧利弗·比爾特斯 申請人:蒂森克虜伯鋼鐵歐洲股份公司