專利名稱：固溶強(qiáng)化各向同性鋼及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及各向同性鋼的制造技術(shù)，特別涉及固溶強(qiáng)化的各向同性冷軋/電鍍鋅/熱鍍鋅帶鋼及其制造方法。
背景技術(shù)：
汽車工業(yè)出于減重節(jié)能的需要，近年來對(duì)高成形性的鋼板提出了更高的強(qiáng)度要求。各向同性鋼是指鋼板的Δr值趨近于0并且r值趨近于1。各向同性有利于成形時(shí)材料在各個(gè)方向上的穩(wěn)定流動(dòng)和相互協(xié)調(diào)，不受相鄰硬化區(qū)阻礙，有利于獲得良好的加工成形性、壁厚減薄均勻并且無制耳。
如專利號(hào)DE3843732，其公開的各向同性鋼的化學(xué)成分為C0.03～0.10％，Si≤0.40％，Mn 0.10～1.0％，P≤0.08％，S≤0.02％，≤0.009％N，0.015～0.080％Al，Ti 0.01～0.04％，≤0.15％的Cu、V和Ni中的一種或幾種，其它為Fe和不可避免雜質(zhì)組成。通過Ar3以上溫度熱軋，低溫卷取(420～620℃)，冷軋、分批退火(700℃保溫?cái)?shù)小時(shí)以上)和平整后，可以獲得較低的Δr值。
還有如US5906690，其鋼的化學(xué)成分為C 0.015～0.08％，Si≤1.0％，Mn≤1.8％，P 0.01-0.1％，S≤0.02％，N≤0.008％，Al≤0.080％，另外含有Ti、V、Nb、Zr中的一種或幾種，其它為Fe。通過Ar3以下溫度終軋(≤850℃)，高溫卷取(＞650℃)，冷軋(55-85％)、連續(xù)退火(800℃保溫幾十秒)和平整后，可以獲得較低的Δr值。
專利號(hào)US2004/0112483A1，其鋼的化學(xué)成分為C 0.03～0.06％，Si0.08～0.20％，Mn 0.5～1.10％，P≤0.015％，S≤0.015％，N≤0.007％，Al 0.015～0.07％，Ni≤0.04，Cu≤0.04，Mo≤0.008，Ti≤0.005。B/N0.65～1.60，Mn/Si4～15，其它為Fe和雜質(zhì)。通過Ar3以上溫度終軋，卷取(500～700℃)，冷軋(50-80％)、分批退火(700℃保溫?cái)?shù)小時(shí)以上)、退火后經(jīng)過30小時(shí)的慢速冷卻到室溫，經(jīng)平整后，可以獲得較好的強(qiáng)度和成形性。
但是，上述公開的鋼存在如下問題專利號(hào)DE3843732的鋼，采用加Ti阻礙再結(jié)晶的方法，細(xì)化晶粒，改善織構(gòu)，可以獲得較好的各向同性。但由于加Ti后，屈服延伸變長，變形抗力大，會(huì)造成平整工序生產(chǎn)的很大難度，板形難控制。另外，采用較大平整率后，鋼板的塑性降低。屈強(qiáng)比高是微合金鋼的特性，因此，以這種方法制造的鋼板，由于屈強(qiáng)比高，加工硬化率低，成形性較差，加之制造困難，對(duì)設(shè)備要求高，因此具有明顯的缺點(diǎn)。
專利號(hào)US5906690，采用加Ti的成分設(shè)計(jì)方案，具有和上述DE3843732同樣的技術(shù)缺點(diǎn)，并且，為了適應(yīng)連續(xù)退火工藝的特點(diǎn)，在前工序采用了兩相區(qū)軋制的工藝。由于兩相區(qū)軋制時(shí)，鋼處于相變進(jìn)行階段，變形抗力不穩(wěn)定，難控制板形，因此，制造可行性較低。可見，該發(fā)明無論從工序可行性到最終產(chǎn)品的質(zhì)量都存在較大缺陷。
專利號(hào)US2004/0112483A1的鋼采用了C-Si-Mn的固溶強(qiáng)化技術(shù)方案，制造的產(chǎn)品主要用于鍍有機(jī)膜，具有較低的屈強(qiáng)比。但該發(fā)明中，需要控制B/N比，同時(shí)希望控制Mn/Si比。由于N在冶金過程中，難以控制穩(wěn)定，因此給實(shí)際實(shí)施會(huì)帶來較大難度。該各向同性鋼制造方法要求加入Si，Si容易形成氧化物夾雜，對(duì)于沖壓性能不利，尤其對(duì)于薄板，影響尤其嚴(yán)重。Si還降低液鋅在鋼板表面的潤濕性，不利于熱鍍鋅時(shí)鋅層的附著。此外，該發(fā)明要求再結(jié)晶退火后以一種準(zhǔn)靜態(tài)的超慢冷卻速率冷卻，不利于節(jié)約能源，降低了設(shè)備的生產(chǎn)效率。因此，該技術(shù)方案也有如上所述的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種固溶強(qiáng)化各向同性鋼及其制造方法，通過合理的成分和工藝設(shè)計(jì)，獲得冷軋、電鍍鋅和熱鍍鋅的具有低碳高強(qiáng)度高成形性和優(yōu)良的各向同性的鋼板。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是，固溶強(qiáng)化各向同性鋼，其成分質(zhì)量百分比為C0.03～0.07Si≤0.03Mn0.4～1.0
P0.02～0.08S≤0.02N≤0.005B0.002-0.005Al0.015-0.05其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。
進(jìn)一步，其成分質(zhì)量百分比為C0.04～0.06Si≤0.01Mn0.5～0.7P0.03～0.07S≤0.005N≤0.004B0.0025-0.004其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。
進(jìn)一步，上述成分中，雜質(zhì)Ti+Nb≤0.004。
本發(fā)明的固溶強(qiáng)化各向同性鋼的制造方法，包括如下步驟，1)冶煉，澆鑄成鋼坯；2)鋼坯熱軋，終軋溫度830-930℃，卷取溫度520～620℃；3)酸洗，常規(guī)酸洗工藝；4)冷軋，壓下率為50～80％；5)退火，保溫溫度630-720℃，保溫時(shí)間4-30小時(shí)在爐中冷卻到200℃以下出爐，進(jìn)行風(fēng)冷或空冷；6)平整，平整得到冷軋產(chǎn)品。
又，步驟6)1.2-1.6％平整后得到冷軋產(chǎn)品，再電鍍鋅，獲得電鍍鋅產(chǎn)品。
步驟6)平整為0.3-0.8％的平整，平整后連續(xù)熱鍍鋅機(jī)組鍍鋅，采用全硬退火工藝，退火溫度550-650℃，然后經(jīng)過1.0～1.6％平整，得到熱鍍鋅產(chǎn)品。
在本發(fā)明中，
C對(duì)鋼的r值有一定影響，當(dāng)C很低時(shí)，r值一般較高，各向異性很大；C含量過高則不利于焊接性和成形性。因此，本發(fā)明中，選取碳量區(qū)間有可能獲得較低的r值，為獲得各向同性的基礎(chǔ)，同時(shí)兼顧量焊接和成形。
Si在鋼中有強(qiáng)化作用也降低r值，但Si易形成氧化物，不利于成形性，還降低鋼板的涂鍍性，因此本發(fā)明不添加Si并限制鋼中的Si含量。
Mn起到固溶強(qiáng)化作用，降低r值，但Mn明顯降低鋼的塑性。如果單獨(dú)添加Mn達(dá)到1.0％以上，鋼的塑性就會(huì)受到較大影響。本發(fā)明選取Mn做為主要固溶強(qiáng)化元素之一，并起降低r值的作用，但單獨(dú)憑Mn不足以得到理想的各向同性，因?yàn)橐话愕吞间摰膔90＞r0＞r45，Mn雖然降低了r90和r0同時(shí)也降低r45，造成r90和r0高于1，而r45低于1，由于r90和r0比r45高得多，通常Δr值在0.4以上。因此，還需要P綜合起作用，才能獲得理想的各向同性。
P起到固溶強(qiáng)化作用，并且微量的P就有很明顯的強(qiáng)化效果，從而對(duì)塑性影響小，所以本發(fā)明選取P做另一主要固溶強(qiáng)化元素。P更為重要的作用就是和Mn一起調(diào)節(jié)r值，促進(jìn)獲得各向同性。當(dāng)P在0.02％以下時(shí)，對(duì)Δr值的改善通常不明顯，當(dāng)添加P達(dá)到0.02％以上時(shí)，r0和r90就會(huì)在原來只加Mn的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低，降低到非常接近于1，而此時(shí)已經(jīng)小于1的r45并不進(jìn)一步下降，從而使得三個(gè)方向的r值更加接近，從而r平均值趨近于1而Δr值趨近于0。按照本發(fā)明的成分和工藝設(shè)計(jì)，可以將Δr值控制在0.1-0.3之間，各向同性非常理想。P在提高強(qiáng)度的同時(shí)，對(duì)鋼的塑性有一定降低，因此限制其添加上限。
B在鋼中和N結(jié)合，起到提高抗時(shí)效性的作用。
S在鋼中為雜質(zhì)元素，含量應(yīng)當(dāng)盡量低。
Al在鋼中起到了脫氧作用的作用。
N在鋼中是固有元素，易引起鋼的時(shí)效，可按照煉鋼設(shè)備條件，將其控制在較低的水平。
雜質(zhì)元素Ti、Nb在鋼中也對(duì)性能有影響，盡量將殘留含量控制在較低的水平，本發(fā)明中Ti+Nb≤0.004或≤0.003。
工藝流程和主要參數(shù)控制范圍如下
1、冶煉，澆鑄成鋼坯→熱軋→酸洗→冷軋→退火→平整→冷軋產(chǎn)品；2、冶煉，澆鑄成鋼坯→熱軋→酸洗→冷軋→退火→平整→電鍍→電鍍鋅產(chǎn)品；3、冶煉，澆鑄成鋼坯→熱軋→酸洗→冷軋→退火→平整→熱鍍鋅→熱鍍鋅產(chǎn)品。
熱軋830-930℃終軋，520～620℃卷?。徊捎贸Ｒ?guī)的終軋溫度，有利于工藝的穩(wěn)定性，采用較低的卷取溫度，有利于獲得細(xì)小的晶粒，促進(jìn)無序分布，從而降低各向異性。熱軋后采用快速冷卻，各向同性的效果更理想。
酸洗常規(guī)，充分洗去氧化鐵皮；冷軋壓下率為50～80％；在本發(fā)明中，冷軋壓下率對(duì)r值對(duì)影響不大，可以在50～80％范圍任意選擇適當(dāng)?shù)睦滠垑合侣剩煌嘶?30-720℃保溫，保溫時(shí)間應(yīng)保證充分再結(jié)晶，根據(jù)帶鋼重量控制在4-30小時(shí)范圍內(nèi)，然后在爐中冷卻到200℃以下出爐，進(jìn)行風(fēng)冷或空冷。過低的保溫溫度會(huì)造成再結(jié)晶不完全，塑性低；過高的保溫溫度則會(huì)破壞熱軋低溫卷取的組織遺傳效果。
退火后的帶鋼，經(jīng)過1.2-1.6％平整后得到冷軋產(chǎn)品，如果去電鍍鋅，則獲得電鍍鋅產(chǎn)品。平整量低于1.2％不能有效消除屈服延伸，平整率高于1.6％一方面導(dǎo)致軋制負(fù)荷過大，另外還降低塑性。
退火后的帶鋼，經(jīng)過0.3-0.8％的平整后，去連續(xù)熱鍍鋅機(jī)組鍍鋅，采用全硬退火工藝，退火溫度550-650℃，然后經(jīng)過1.0～1.6％平整，得到熱鍍鋅產(chǎn)品。采用0.3-0.8％的平整率，可以改善板形，有利于熱鍍鋅機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定，同時(shí)基本不影響鋼的塑性；熱鍍鋅退火550-650℃，既可以還原表面氧化膜，有利于涂鍍性能，同時(shí)不影響鋼板在前面退火工序得到的力學(xué)性能。熱鍍鋅退火溫度低會(huì)造成還原不充分，影響涂鍍；熱鍍鋅退火溫度高會(huì)影響前面退火工序獲得的力學(xué)性能。
發(fā)明鋼經(jīng)上述處理后，可以獲得屈服強(qiáng)度在200-300Mpa之間，抗拉強(qiáng)度在350-450Mpa之間的具有良好各向同性的帶鋼。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明采用固溶強(qiáng)化思路，利用Mn降低r值的總體水平，并通過加P調(diào)節(jié)3個(gè)方向r值的相對(duì)差異，輔助以適當(dāng)?shù)墓に嚕@得理想的各向同性，具有低碳高強(qiáng)度高成形性并且具有各向同性特點(diǎn)(r值趨近于1，Δr值趨近于0)。并且利用本發(fā)明，可以同時(shí)獲得冷軋、電鍍鋅和熱鍍鋅三種產(chǎn)品，無論從制造便利性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保等角度而言，均具有鮮明的特點(diǎn)，優(yōu)于現(xiàn)有發(fā)明。
本發(fā)明鋼經(jīng)冶煉、熱軋、冷軋、退火、平整、電鍍鋅或熱鍍鋅后，制成冷軋、電鍍鋅或熱鍍鋅成品可以用于汽車制造和其它對(duì)強(qiáng)度和成形性都有較高需求的零件，具有較好的應(yīng)用前景。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例參見表1，表1 wt％

表2


表3發(fā)明鋼的性能

表2所示為本發(fā)明鋼的工藝參數(shù)及力學(xué)性能對(duì)照。本發(fā)明鋼經(jīng)冶煉、熱軋、冷軋、退火和平整后(或電鍍或熱鍍鋅后)得到的強(qiáng)度見表3所示。
從表3可以看出，按照本發(fā)明可以制造出屈服強(qiáng)度在200～300Mpa之間的鋼板，具有良好的成形性和各向同性?？梢?，通過本發(fā)明適當(dāng)?shù)某煞衷O(shè)計(jì)，合理的熱軋、冷軋和退火工藝，及鍍鋅工藝，可以獲得成形性優(yōu)良的各向同性鋼板。和其它發(fā)明相比，無論從實(shí)施難度，到節(jié)能和環(huán)保都有較大提高。并且，熱鍍后可以獲得熱鍍鋅的產(chǎn)品，大大有利于提高耐蝕性，降低產(chǎn)品成本。從這些角度而言，本發(fā)明在成分設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)上綜合優(yōu)于原有發(fā)明。
權(quán)利要求
1.固溶強(qiáng)化各向同性鋼，其成分質(zhì)量百分比為C0.03～0.07Si≤0.03Mn0.4～1.0P0.02～0.08S≤0.02N≤0.005B0.002-0.005Al0.015-0.05其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。
2.如權(quán)利要求1所述的固溶強(qiáng)化各向同性鋼，其特征是，其成分質(zhì)量百分比為C0.04～0.06Si≤0.01Mn0.5～0.7P0.03～0.07S≤0.005N≤0.004B0.0025-0.004其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的固溶強(qiáng)化各向同性鋼，其特征是，所述的雜質(zhì)中，Ti+Nb≤0.004。
4.如權(quán)利要求1所述的固溶強(qiáng)化各向同性鋼的制造方法，包括如下步驟，1)按權(quán)利要求1所述的成分冶煉，澆鑄成鋼坯；2)鋼坯熱軋，終軋溫度830-930℃，卷取溫度520～620℃；3)酸洗，常規(guī)酸洗工藝；4)冷軋，壓下率為50～80％；5)退火，保溫溫度630-720℃，保溫時(shí)間4-30小時(shí)在爐中冷卻到200℃以下出爐，進(jìn)行風(fēng)冷或空冷；6)平整，平整得到冷軋產(chǎn)品。
5.如權(quán)利要求4所述的固溶強(qiáng)化各向同性鋼的制造方法，其特征是，步驟6)1.2-1.6％平整后得到冷軋產(chǎn)品，再電鍍鋅，獲得電鍍鋅產(chǎn)品。
6.如權(quán)利要求4所述的固溶強(qiáng)化各向同性鋼的制造方法，其特征是，步驟6)平整為0.3-0.8％的平整，平整后連續(xù)熱鍍鋅機(jī)組鍍鋅，采用全硬退火工藝，退火溫度550-650℃，然后經(jīng)過1.0～1.6％平整，得到熱鍍鋅產(chǎn)品。
全文摘要
固溶強(qiáng)化各向同性鋼，其成分質(zhì)量百分比為C0.03～0.07、Si≤0.03、Mn0.4～1.0、P0.02～0.08、S≤0.02、N≤0.005、B0.002－0.005、Al0.015－0.05、其余為Fe和不可避免雜質(zhì)。其制造方法，包括如下步驟，1)冶煉，澆鑄成鋼坯；2)鋼坯熱軋，終軋溫度830－930℃，卷取溫度520～620℃；3)酸洗，常規(guī)酸洗工藝；4)冷軋，壓下率為50～80％；5)退火，保溫溫度630－720℃，保溫時(shí)間4－30h，冷卻到200℃以下出爐；6)平整，得到冷軋產(chǎn)品。本發(fā)明采用固溶強(qiáng)化思路，利用C、Mn降低r值的總體水平，并通過加P調(diào)節(jié)3個(gè)方向r值的相對(duì)差異，輔助以適當(dāng)?shù)墓に嚕@得理想的各向同性鋼。
文檔編號(hào)B21B37/58GK101078085SQ200610026898
公開日2007年11月28日 申請(qǐng)日期2006年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月25日
發(fā)明者朱曉東, 戴學(xué)誠, 徐嘉春, 鄭建忠, 黃勝標(biāo), 劉建一, 張?zhí)m 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司