專利名稱：生產(chǎn)具有非常高強(qiáng)度和伸長(zhǎng)性能以及良好均勻性的鐵－碳－錳奧氏體鋼板的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有非常高機(jī)械性能(尤其是兼具特別有利的機(jī)械強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率)以及機(jī)械性能的良好均勻性的鐵-碳-錳奧氏體熱軋和冷軋鋼板的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
在汽車領(lǐng)域中，機(jī)動(dòng)車裝備水平的持續(xù)提高使得減輕金屬結(jié)構(gòu)本身的重量變得更加迫切。為此，為了提高其性能并降低其重量，需要重新考慮每一種功能。因此，為了滿足這些一直在提高的要求，已經(jīng)開發(fā)了各種系列的鋼種按照時(shí)間順序，可提到的例如有通過鈮、釩或鈦細(xì)化析出硬化的高屈服強(qiáng)度鋼；具有雙相結(jié)構(gòu)(含有高達(dá)25％馬氏體的鐵素體)的鋼；以及能在變形時(shí)轉(zhuǎn)變的由鐵素體、馬氏體和奧氏體組成的TRIP(相變誘發(fā)塑性)鋼。對(duì)于每一種結(jié)構(gòu)，斷裂強(qiáng)度和可變形性是對(duì)抗性的性能，因此，通常不可能獲得其中一個(gè)性能的非常高的值而不大大降低另一個(gè)性能的值。因此，對(duì)于TRIP鋼，就難以在強(qiáng)度大于900Mpa的同時(shí)獲得大于25％的伸長(zhǎng)率。另外還提到了具有貝氏體或馬氏體-貝氏體結(jié)構(gòu)的鋼種，其熱軋鋼板的強(qiáng)度可能高達(dá)1200MPa，但是其伸長(zhǎng)率只有10％左右。雖然這些性能可能滿足許多應(yīng)用，但是，如果希望減輕重量并兼具高強(qiáng)度和對(duì)于隨后變形操作和能量吸收來說的高性能的話，則它們?nèi)匀皇遣粔虻摹?br> 對(duì)于熱軋板，也就是厚度從約1至10mm的板材，這些性能對(duì)于減輕地板連接零件、輪子、增強(qiáng)元件比如抗?jié)B透條，或者重型車(卡車、公共汽車等)的零件的重量是有利的。對(duì)于冷軋板(厚度從約0.2mm至6mm)，其應(yīng)用是用于機(jī)動(dòng)車輛安全和耐久性能的零件或其他外部零件的生產(chǎn)。
為了同時(shí)滿足這些強(qiáng)度/韌性的要求，已知的有奧氏體結(jié)構(gòu)的鋼，比如含有高達(dá)1.5％C和15-35％Mn(含量以重量計(jì))并且可能還含有其他元素比如硅、鋁或鉻的Fe-C-Mn鋼。在給定溫度下，奧氏體鋼的變形模式只取決于堆垛層錯(cuò)能或SFE，其物理量本身只依賴于組分和溫度。當(dāng)SFE降低時(shí)，變形依次為位錯(cuò)滑移模式，然后是孿晶作用模式，最后是馬氏體變形模式。在這些模式中，機(jī)械孿晶作用使得獲得高加工硬化性能成為可能通過起到位錯(cuò)傳播的障礙物的作用，孿晶有助于增加屈服強(qiáng)度。SFE特別地會(huì)隨碳和錳含量而增加。
因此，能夠通過孿晶作用變形的Fe-0.6％C-22％Mn奧氏體鋼是已知的。依賴于晶粒尺寸，這些鋼組成導(dǎo)致抗拉強(qiáng)度值為約900至1150MPa，且斷裂伸長(zhǎng)率為50至80％。
然而，對(duì)于同時(shí)具有遠(yuǎn)大于1150Mpa的強(qiáng)度且具有良好可變形性的熱軋或冷軋鋼板而且為此不添加貴重合金來說，則存在未解決的需求。希望提供在隨后的機(jī)械負(fù)荷時(shí)具有非常均勻的性能的鋼板。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供熱軋或冷軋鋼板或者產(chǎn)品的便宜生產(chǎn)方法，該板或產(chǎn)品具有至少1200MPa，甚至1400Mpa的強(qiáng)度，同時(shí)具有分別在上述各個(gè)強(qiáng)度水平使乘積P強(qiáng)度(MPa)×斷裂伸長(zhǎng)率(％)大于60000或50000MPa％的伸長(zhǎng)率，在隨后的變形或機(jī)械負(fù)荷中具有大的機(jī)械性能均勻性，以及在這種板或產(chǎn)品冷變形期間或之后在任意點(diǎn)均不含馬氏體的結(jié)構(gòu)。
為此，本發(fā)明的目的是一種熱軋鐵-碳-錳奧氏體鋼板，其強(qiáng)度大于1200MPa，其乘積P(強(qiáng)度(MPa)×斷裂伸長(zhǎng)率(％))大于65000MPa％，且其標(biāo)稱化學(xué)組成包括，含量以重量計(jì)0.85％≤C≤1.05％；16％≤Mn≤19％；Si≤2％；Al≤0.050％；S≤0.030％；P≤0.050％；N≤0.1％；以及任選的一種或多種選自如下的元素Cr≤1％；Mo≤1.50％；Ni≤1％，Cu≤5％；Ti≤0.50％；Nb≤0.50％；V≤0.50％；該組成的其余部分由鐵和熔煉產(chǎn)生的不可避免的雜質(zhì)組成，鋼的再結(jié)晶表面比例等于100％，鋼的析出碳化物的表面比例等于0％，鋼的平均晶粒尺寸為小于或等于10微米。
本發(fā)明的目的還在于一種冷軋退火鐵-碳-錳奧氏體鋼板，其強(qiáng)度大于1200MPa，其乘積P(強(qiáng)度(MPa)×斷裂伸長(zhǎng)率(％))大于65000MPa％，且其標(biāo)稱化學(xué)組成包括，含量以重量計(jì)0.85％≤C≤1.05％；16％≤Mn≤19％；Si≤2％；Al≤0.050％；S≤0.030％；P≤0.050％；N≤0.1％；以及任選的一種或多種選自如下的元素Cr≤1％；Mo≤1.50％；Ni≤1％，Cu≤5％；Ti≤0.50％；Nb≤0.50％；V≤0.50％；該組成的其余部分由鐵和熔煉產(chǎn)生的不可避免的雜質(zhì)組成，鋼的再結(jié)晶表面比例等于100％，鋼的平均晶粒尺寸為小于5微米。
本發(fā)明的目的還在于一種冷軋退火奧氏體鋼板，其強(qiáng)度大于1250MPa，其乘積P(強(qiáng)度(MPa)×斷裂伸長(zhǎng)率(％))大于65000MPa％，其特征在于鋼的平均晶粒尺寸小于3微米。
根據(jù)優(yōu)選特征，在奧氏體鋼板的任意點(diǎn)，鋼的局部碳含量CL和局部錳含量MnL用重量計(jì)滿足％MnL+9.7％CL≥21.66。
優(yōu)選地，該鋼的標(biāo)稱硅含量小于或等于0.6％。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，該鋼的標(biāo)稱氮含量小于或等于0.050％。
還優(yōu)選地，該鋼的標(biāo)稱鋁含量小于或等于0.030％。
根據(jù)優(yōu)選的實(shí)施方式，該鋼的標(biāo)稱磷含量小于或等于0.040％。
本發(fā)明的目的還在于生產(chǎn)熱軋鐵-碳-錳奧氏體鋼板的方法，該鋼板的強(qiáng)度大于1200MPa，其乘積P(強(qiáng)度(MPa)×斷裂伸長(zhǎng)率(％))大于65000MPa％，在該方法中將鋼熔煉，所述鋼的標(biāo)稱化學(xué)組成包括，含量以重量計(jì)0.85％≤C≤1.05％；16％≤Mn≤19％；Si≤2％；Al≤0.050％；S≤0.030％；P≤0.050％；N≤0.1％；以及任選的一種或多種選自如下的元素Cr≤1％；Mo≤1.50％；Ni≤1％，Cu≤5％；Ti≤0.50％；Nb≤0.50％；V≤0.50％；該組成的其余部分由鐵和熔煉產(chǎn)生的不可避免的雜質(zhì)組成，-由這種鋼鑄造半成品；-使具有該鋼組成的半成品達(dá)到1100-1300℃的溫度；-軋制該半成品直至大于或等于900℃的軋制結(jié)束溫度；
-必要時(shí)，保持(observe)一等待時(shí)間(un temps d′attente)，以使鋼的再結(jié)晶表面比例等于100％；-以大于或等于20℃/s的速率冷卻鋼板；-在小于或等于400℃的溫度下卷繞鋼板。
本發(fā)明的目的還在于生產(chǎn)熱軋奧氏體鋼板的方法，該鋼板的強(qiáng)度大于1400MPa，其乘積P(強(qiáng)度(MPa)×斷裂伸長(zhǎng)率(％))大于50000MPa％，其特征在于在卷繞和開卷后冷卻的熱軋鋼板進(jìn)行等效變形率為大于或等于13％但小于或等于17％的冷變形。
本發(fā)明的目的還在于生產(chǎn)冷軋退火鐵-碳-錳奧氏體鋼板的方法，該鋼板的強(qiáng)度大于1250MPa，其乘積P(強(qiáng)度(MPa)×斷裂伸長(zhǎng)率(％))大于60000MPa％，其特征在于提供通過上述方法得到的熱軋鋼板，進(jìn)行至少一個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)在于對(duì)該鋼板進(jìn)行在一個(gè)或多個(gè)相繼道次的冷軋然后進(jìn)行再結(jié)晶退火，在后接再結(jié)晶退火的冷軋的最后一個(gè)循環(huán)之前的奧氏體晶粒的平均尺寸為小于15微米。
本發(fā)明的目的還在于生產(chǎn)冷軋退火鐵-碳-錳奧氏體鋼板的方法，該鋼板的強(qiáng)度大于1400MPa，其乘積P(強(qiáng)度(Mpa)×斷裂伸長(zhǎng)率(％))大于50000MPa％，其特征在于在最終再結(jié)晶退火之后進(jìn)行等效變形率為大于或等于6％但小于或等于17％的冷變形。
本發(fā)明的目的還在于生產(chǎn)冷軋鐵-碳-錳奧氏體鋼板的方法，該鋼板的強(qiáng)度大于1400MPa，其乘積P(強(qiáng)度(MPa)×斷裂伸長(zhǎng)率(％))大于50000MPa％，其特征在于提供根據(jù)本發(fā)明的冷軋退火鋼板，并且對(duì)該鋼板進(jìn)行等效變形率為大于或等于6％但小于或等于17％的冷變形。
本發(fā)明的目的還在于生產(chǎn)奧氏體鋼板的方法，其特征在于對(duì)所述半成品的鑄造或再加熱的條件如所述半成品的鑄造溫度、通過電磁力的液態(tài)金屬的攪拌和導(dǎo)致碳和錳通過擴(kuò)散而均勻化的再加熱條件進(jìn)行選擇，以使得在該鋼板的任意點(diǎn)，鋼的局部碳含量CL和局部錳含量MnL用重量計(jì)滿足％MnL+9.7％CL≥21.66。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施方式，所述半成品以板坯形式或在反向旋轉(zhuǎn)鋼輥之間的薄帶的形式鑄造。
本發(fā)明的目的還在于奧氏體鋼板用于在汽車領(lǐng)域中生產(chǎn)結(jié)構(gòu)或增強(qiáng)元件或外部零件的用途。
本發(fā)明的目的還在于通過上述方法生產(chǎn)的奧氏體鋼板用于在汽車領(lǐng)域中生產(chǎn)結(jié)構(gòu)或增強(qiáng)元件或外部零件的用途。


本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)通過下面以實(shí)施例形式給出并參考附圖1的描述將會(huì)變得更加清楚，圖1表示在室溫(300K)下作為碳和錳含量函數(shù)的堆垛層錯(cuò)能的理論變化。
在經(jīng)過許多試驗(yàn)之后，本發(fā)明人已經(jīng)表明，以上所述的各種要求通過遵循以下條件得以滿足關(guān)于鋼的化學(xué)組成，碳在微觀結(jié)構(gòu)的形成和所得機(jī)械性能中起著非常重要的作用。結(jié)合16-19重量％的錳含量，標(biāo)稱碳含量大于0.85％使得獲得穩(wěn)定的奧氏體結(jié)構(gòu)成為可能。但是對(duì)于標(biāo)稱碳含量大于1.05％來說，則變得難以防止碳化物析出，該碳化物析出發(fā)生在工業(yè)制造中的某些熱循環(huán)過程中，尤其是在卷繞時(shí)的冷卻過程中，這會(huì)降低延性和韌性。另外，增加碳含量還會(huì)降低可焊接性。
錳也是提高強(qiáng)度、增加堆垛層錯(cuò)能和穩(wěn)定奧氏體相的必要元素。如果其標(biāo)稱含量小于16％，則正如將在下文中所看到的，就存在形成馬氏體相的風(fēng)險(xiǎn)，這會(huì)明顯地降低可變形性。而且，當(dāng)錳的標(biāo)稱含量大于19％時(shí)，孿晶作用變形模式就不如完全位錯(cuò)滑移模式有利。另外，由于成本的原因，也不希望錳含量高。
鋁是對(duì)鋼脫氧特別有效的元素。與碳一樣，它增加了堆垛層錯(cuò)能。然而，如果鋁在錳含量高的鋼中過量存在的話則是有缺陷的。這是因?yàn)?，錳增加氮在液態(tài)鐵中的溶解度，并且如果過大量的鋁存在于鋼中，則與鋁結(jié)合的氮以氮化鋁的形式析出，這妨礙熱轉(zhuǎn)變過程中晶界的遷移，并且非常顯著地增加出現(xiàn)破裂的危險(xiǎn)。不超過0.050％的標(biāo)稱Al含量可防止AlN析出。因此，標(biāo)稱氮含量必須是小于或等于0.1％，以防止這種析出和凝固過程中體積缺陷的形成。當(dāng)標(biāo)稱鋁含量小于0.030％且標(biāo)稱氮含量小于0.050％時(shí)，這種危險(xiǎn)會(huì)大大降低。
硅也是對(duì)鋼脫氧和固相硬化有效的元素。然而，高于2％標(biāo)稱含量時(shí)，其會(huì)降低伸長(zhǎng)率，且在某些裝配過程中往往形成不希望的氧化物，因此必須保證低于這個(gè)限值。當(dāng)標(biāo)稱硅含量小于0.6％時(shí)這種現(xiàn)象就會(huì)大大減少。
硫和磷是使晶界變脆的雜質(zhì)。它們各自的標(biāo)稱含量必須分別不超過0.030％和0.050％，以保持足夠的熱延性。當(dāng)標(biāo)稱磷含量小于0.040％時(shí)，變脆的危險(xiǎn)就會(huì)大大降低。
鉻可任選地用于通過固溶體硬化而增加鋼的強(qiáng)度。然而由于鉻降低了堆垛層錯(cuò)能，因此其標(biāo)稱含量必須不超過1％。鎳增加了堆垛層錯(cuò)能，而且有助于獲得高斷裂伸長(zhǎng)率。然而，由于成本的原因，也希望限制標(biāo)稱鎳含量最大為1％或更少。由于相同的原因，也可以采用鉬，這種元素還抑制了碳化物的析出。出于有效性和成本的原因，希望其標(biāo)稱含量限制在1.5％，優(yōu)選0.4％。
同樣，任選地加入不超過5％標(biāo)稱含量的銅是通過析出金屬銅而使鋼硬化的一種措施。但是，超過這個(gè)含量，銅是引起在熱軋板中出現(xiàn)表面缺陷的原因。
鈦、鈮和釩也是可任選地用于通過碳氮化物的析出而使鋼硬化的元素。但是，當(dāng)標(biāo)稱Nb或V或Ti含量大于0.50％時(shí)，碳氮化物的過度析出會(huì)導(dǎo)致韌性和可沖壓性降低，這是必須要避免的。
本發(fā)明生產(chǎn)方法的實(shí)施如下所示熔煉具有如上組成的鋼。在所述熔煉之后，該鋼可以采用鑄錠形式鑄造或者以厚度為200mm左右的板坯的形式連續(xù)鑄造。該鋼也可以采用厚度為幾十毫米的薄板坯的形式鑄造，或者以在反向旋轉(zhuǎn)鋼輥之間的薄帶的形式鑄造。當(dāng)然，盡管本說明書例舉了本發(fā)明對(duì)于扁平產(chǎn)品的應(yīng)用，但它也可以按照相同的方式應(yīng)用于由Fe-C-Mn鋼制得的長(zhǎng)產(chǎn)品的生產(chǎn)。
這些鑄造半成品首先被加熱至1100-1300℃的溫度。這樣做的目的在于使得每一點(diǎn)均達(dá)到有利于鋼在軋制期間將經(jīng)歷的大變形的溫度。然而，此溫度必須不大于1300℃以防太接近固相線溫度，這可能會(huì)在任何錳和/或碳偏析區(qū)域中達(dá)到，并引起局部開始成為液態(tài)，這對(duì)熱成形是有害的。在反向旋轉(zhuǎn)鋼輥之間直接鑄造薄帶的情況下，這些半成品在1300-1100℃開始的熱軋步驟可以在鑄造后直接進(jìn)行，以便在此情況下不需要中間的再加熱步驟。
該半成品的生產(chǎn)條件(鑄造、再加熱)對(duì)可能的碳和錳偏析有直接的影響，這一點(diǎn)將在下面詳細(xì)討論。
將該半成品熱軋，例如至厚度為幾毫米的熱軋帶材。根據(jù)本發(fā)明的鋼的低鋁含量阻止了在軋制期間對(duì)熱變形性有害的AlN的過量析出。為了避免由于伸長(zhǎng)率的缺乏而導(dǎo)致的任何破裂問題，軋制結(jié)束溫度必須為900℃或更高。
本發(fā)明人已經(jīng)證明當(dāng)鋼的再結(jié)晶表面比例小于100％時(shí)所得鋼板的延展性能就會(huì)降低。因此，如果熱軋條件沒有使奧氏體完全再結(jié)晶，發(fā)明人已經(jīng)證明在熱軋階段后，必須保持一等待時(shí)間以使再結(jié)晶表面比例等于100％。因此軋制后的這個(gè)高溫等溫保持階段導(dǎo)致了完全再結(jié)晶。
對(duì)于熱軋板，也已經(jīng)證明有必要阻止碳化物(基本上是滲碳體(Fe，Mn)3C和珠光體)的析出，其會(huì)導(dǎo)致機(jī)械性能的惡化，特別是韌性降低和屈服強(qiáng)度增加。為此，發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)軋制階段后(或再結(jié)晶需要的任選的等待時(shí)間后)的20℃/s或更高的冷卻速率完全阻止了此析出。此冷卻階段之后接著是卷繞操作。已經(jīng)證明卷繞溫度應(yīng)該低于400℃，也是為了避免析出。
對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的鋼組成，發(fā)明人已經(jīng)證明當(dāng)平均奧氏體晶粒尺寸等于10微米或更小時(shí)可以獲得特別高的強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率性能。在此條件下，所得熱軋板的斷裂強(qiáng)度大于1200MPa，乘積P(強(qiáng)度×斷裂伸長(zhǎng)率)大于65000MPa％。
存在希望獲得強(qiáng)度性能更高，水平為1400MPa或更高的熱軋板的應(yīng)用。發(fā)明人已經(jīng)證明這些性能可以通過使上述熱軋鋼板進(jìn)行等效變形率至少為13％但至多為17％的冷變形來獲得。因此此冷變形可以在卷繞、開卷和通常酸洗后已經(jīng)被冷卻的板材上實(shí)施。該相對(duì)小比率的變形導(dǎo)致生成各向異性降低的產(chǎn)品，而不影響隨后的工藝。因此，盡管該方法包括冷變形步驟，但所制得的鋼板可以歸為“熱軋板”范疇，因?yàn)樵摾渥冃伪嚷逝c在為生產(chǎn)薄板的目的而進(jìn)行的退火前冷軋期間所產(chǎn)生的通常比率相比非常小，并且如此生產(chǎn)的板的厚度在熱軋板的通常厚度范圍內(nèi)。然而當(dāng)?shù)刃Ю渥冃温蚀笥?7％時(shí)，伸長(zhǎng)率會(huì)降低以至于參數(shù)P(強(qiáng)度Rm×斷裂伸長(zhǎng)率A)不能達(dá)到50000MPa％。在本發(fā)明的條件下，盡管其強(qiáng)度非常高，但該板材仍能保持良好的伸長(zhǎng)性能，因?yàn)槿绱双@得的板材的乘積P大于或等于50000MPa％。
在冷軋退火板材的情況下，本發(fā)明人也已經(jīng)證明為了取得所需的性能，退火后的結(jié)構(gòu)必須完全再結(jié)晶。同時(shí)，當(dāng)平均晶粒尺寸小于5微米時(shí)，則強(qiáng)度超過1200MPa且乘積P大于65000MPa％。當(dāng)退火后所得的平均晶粒尺寸小于3微米時(shí)，則強(qiáng)度超過1250MPa，乘積P仍大于65000MPa％。
本發(fā)明人也發(fā)明了一種生產(chǎn)強(qiáng)度大于1250MPa且乘積P大于60000MPa％的冷軋退火板材的方法，包括根據(jù)上述方法提供熱軋板材，然后實(shí)施至少一個(gè)循環(huán)，其中每個(gè)循環(huán)由下列步驟組成-以一個(gè)或多個(gè)相繼道次進(jìn)行冷軋，-再結(jié)晶退火，在進(jìn)行再結(jié)晶退火的冷軋的最后一個(gè)循環(huán)之前的平均奧氏體晶粒尺寸小于15微米。
可期望獲得大于1400MPa的更高強(qiáng)度冷軋板材。本發(fā)明人已經(jīng)證明這些性能可以通過提供具有上述根據(jù)本發(fā)明的特性的冷軋板材或者通過提供采用上述根據(jù)本發(fā)明的方法獲得的冷軋板材來獲得。本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)對(duì)此種板材實(shí)施等效變形率至少為6％但至多為17％的冷變形使得能夠獲得強(qiáng)度大于1400MPa且乘積P大于50000MPa％。當(dāng)?shù)刃Ю渥冃温蚀笥?7％時(shí)，伸長(zhǎng)率會(huì)降低以至于參數(shù)P不能達(dá)到50000MPa％。
碳和錳在本發(fā)明范圍內(nèi)所起的特別重要的作用將在此作詳細(xì)解釋。為此，參閱圖1，其在碳-錳圖(余量為鐵)中表示計(jì)算的堆垛層錯(cuò)等能量曲線，其值從5至30mJ/m2。在給定的變形溫度和給定的晶粒尺寸下，變形模式理論上與任何具有相同SFE的Fe-C-Mn合金相同。在此圖中還描繪了馬氏體開始區(qū)域。
發(fā)明人已經(jīng)證明為了有利于機(jī)械性能，有必要既要考慮合金的標(biāo)稱化學(xué)組成，例如其碳和錳的標(biāo)稱或平均含量，也要考慮其局部含量。
這是因?yàn)?，眾所周知，在鋼的生產(chǎn)過程中，凝固會(huì)引起某些元素或多或少量的偏析。這是由于元素在固相中的溶解度不同于在液相中的溶解度。因此，固體核(其溶質(zhì)含量低于標(biāo)稱組成)將經(jīng)常出現(xiàn)，凝固的最終相涉及富含溶質(zhì)的殘余液相。這種主要凝固結(jié)構(gòu)會(huì)采用不同的形態(tài)(例如樹枝狀或等軸形態(tài))并且或多或少是明顯的。即使這些特性通過軋制和隨后的熱處理被改變，局部元素含量的分析顯示出在相應(yīng)于此元素的平均或標(biāo)稱含量的數(shù)值周圍的波動(dòng)。
術(shù)語“局部含量”在此可以理解為是指通過諸如電子探針的設(shè)備測(cè)量的含量。借助于這類設(shè)備的線性或表面掃描使得能夠測(cè)定局部含量的變化。
因此，測(cè)定了Fe-C-Mn合金(其標(biāo)稱組成是C＝0.23％，Mn＝24％，Si＝0.203％，N＝0.001％)的局部含量的變化。本發(fā)明人已經(jīng)證明碳和錳的共偏析-局部富碳(或貧碳)的區(qū)域還對(duì)應(yīng)于富錳(或貧錳)的區(qū)域。圖1示出了具有局部碳濃度(CL)和局部錳濃度(MnL)的每個(gè)測(cè)量的點(diǎn)，它們結(jié)合形成的部分代表鋼板中局部碳和錳的波動(dòng)，中心為標(biāo)稱含量(C＝0.23％/Mn＝24％)。在此情況下，可以看出局部碳和錳含量的變化通過堆垛層錯(cuò)能的變化而被表明，因?yàn)檫@個(gè)值為從不太富含碳和錳的區(qū)域的7mJ/m2到最富含區(qū)域的約20mJ/m2。而且已知孿晶作用作為當(dāng)SFE是約15mJ/m2-30mJ/m2時(shí)在室溫下的優(yōu)選變形模式而發(fā)生。在上述情況下，這種優(yōu)選變形模式可能不會(huì)完全出現(xiàn)在整個(gè)鋼板中，一些特定區(qū)域可能呈現(xiàn)出的機(jī)械性能不同于具有標(biāo)稱組成的鋼板所期望的性能，特別是在某些晶粒中由于孿晶作用而導(dǎo)致較低的可變形性能。更一般地，據(jù)認(rèn)為，在非常特殊的條件下，取決于比如變形或負(fù)荷溫度、晶粒尺寸，局部碳和錳含量可能降低至局部引起變形誘發(fā)馬氏體轉(zhuǎn)變的點(diǎn)。
本發(fā)明人已經(jīng)找到了特殊的條件以在鋼板中獲得非常高的機(jī)械性能的同時(shí)具有這些性能的大的均勻性。正如上面所解釋的，碳含量(0.85％-1.05％)和錳含量(16-19％)以及本發(fā)明其它性能的結(jié)合導(dǎo)致強(qiáng)度值大于1200MPa和乘積P(強(qiáng)度×斷裂伸長(zhǎng)率)大于60000，甚至為65000MPa％。在圖1中可以看出這些鋼組成位于SFE為約19-24mJ/m2的區(qū)域，也就是說，有利于通過孿晶作用的變形。然而，本發(fā)明人也已經(jīng)證明局部碳或錳含量的變化比以前實(shí)例提到的影響低很多。這是因?yàn)樵诓煌現(xiàn)e-C-Mn奧氏體鋼組成上進(jìn)行的局部含量(CL，MnL)變化的測(cè)量表明，在相同的生產(chǎn)條件下，碳和錳的共偏析與圖1中所示的非常接近。在此條件下，局部含量(CL，MnL)的變化對(duì)機(jī)械性能只有輕微的影響，因?yàn)榇磉@種共偏析的部分沿著與等-SFE曲線大致平行的方向分布。
另外，本發(fā)明人已經(jīng)證明在變形操作期間或板材的使用期間馬氏體的形成應(yīng)該完全避免，以防止零件的機(jī)械性能不均勻。本發(fā)明人已經(jīng)確定當(dāng)在板材中的任意點(diǎn)板材的局部碳和錳含量滿足％MnL+9.7％CL≥21.66時(shí)，這個(gè)條件就能滿足。因此，由于本發(fā)明所限定的標(biāo)稱化學(xué)組成的特性以及由局部碳和錳含量所限定的特性，因此可以獲得不僅具有非常高機(jī)械性能而且具有這些性能的非常低分散性的奧氏體鋼板。
本領(lǐng)域技術(shù)人員通過其一般知識(shí)將會(huì)適應(yīng)生產(chǎn)條件以滿足與局部含量有關(guān)的關(guān)系，特別是借助于鑄造條件(鑄造溫度，液態(tài)金屬的電磁攪拌)或者導(dǎo)致碳和錳通過分散作用的均勻化的再加熱條件。
具體地，有利地是實(shí)施以薄板坯形式(厚度為幾厘米)或薄帶形式鑄造半成品的方法，因?yàn)檫@些方法通常與局部組成不均勻性的降低相關(guān)聯(lián)。
具體實(shí)施例方式
通過非限制性的實(shí)施例，以下結(jié)果將表明由本發(fā)明所帶來的有利特征。
實(shí)施例熔煉具有以下標(biāo)稱組成(含量以重量百分?jǐn)?shù)計(jì))的鋼表1鋼的標(biāo)稱組成

鑄造后，本發(fā)明鋼I的半成品被再加熱至1180℃的溫度，并進(jìn)行熱軋直至高于900℃的溫度，以便獲得3mm的厚度。軋制后保持2秒的等待時(shí)間，以便完全再結(jié)晶，然后以大于20℃/s的速率冷卻該產(chǎn)品，然后在室溫下進(jìn)行卷繞。
參考鋼被再加熱至高于1150℃的溫度，進(jìn)行軋制直至大于940℃的軋制結(jié)束溫度，然后在低于450℃的溫度下卷繞。
所有鋼的再結(jié)晶表面比例都是100％，析出碳化物的分?jǐn)?shù)為0％，平均晶粒尺寸在9至10微米之間。
熱軋板的抗拉性能如下表2熱軋板的抗拉性能

與機(jī)械性能已經(jīng)高的參考鋼R1相比，本發(fā)明的鋼使得強(qiáng)度增加約200MPa，且具有非常相當(dāng)?shù)纳扉L(zhǎng)率。
為了評(píng)價(jià)在變形期間的結(jié)構(gòu)和機(jī)械均勻性，制成了沖壓的杯，在其上通過X射線衍射測(cè)定微觀結(jié)構(gòu)。在參考鋼R2的情況下，只要變形率超過17％就會(huì)觀察到有馬氏體出現(xiàn)，整個(gè)沖壓操作導(dǎo)致破裂。分析表明以下特征在任意點(diǎn)上(圖1)均不滿足％MnL+9.7％CL≥21.66。
在根據(jù)本發(fā)明鋼的情況下，沒有發(fā)現(xiàn)馬氏體的痕跡，并且類似的分析表明以下特征在每一點(diǎn)均滿足％MnL+9.7％CL≥21.66，從而阻止了馬氏體的出現(xiàn)。
然后通過等效變形為14％的軋制將根據(jù)本發(fā)明的鋼板進(jìn)行輕微的冷變形。產(chǎn)品的強(qiáng)度則為1420MPa，其斷裂伸長(zhǎng)率為42％，即乘積P＝59640MPa％。由于其塑性的保持和低各向異性，具有特別高機(jī)械性能的此產(chǎn)品為隨后的變形提供了很大的潛力。
而且，在卷繞、開卷和酸洗步驟之后，本發(fā)明鋼和鋼R1的熱軋板在退火前被冷軋以便獲得完全再結(jié)晶結(jié)構(gòu)。平均奧氏體晶粒尺寸、強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率在下表中示出。
表3冷軋退火板產(chǎn)品的機(jī)械性能

根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的鋼板(其平均晶粒尺寸為4微米)因而提供了特別有利的強(qiáng)度/伸長(zhǎng)率的組合，與參考鋼相比，強(qiáng)度明顯增加。就如熱軋板的情況一樣，在產(chǎn)品中獲得具有非常大均勻性的這些性能，變形后沒有出現(xiàn)馬氏體的痕跡。
對(duì)厚度為1.6mm的本發(fā)明冷軋退火板進(jìn)行采用75mm-直徑半球狀沖頭(poincon)的等雙軸膨脹試驗(yàn)，該試驗(yàn)給出了沖壓極限深度為33mm，證明有良好的可變形性。對(duì)這種同樣的板材進(jìn)行的彎曲試驗(yàn)也表明出現(xiàn)斷裂前的臨界變形大于50％。
通過等效變形率為8％的軋制對(duì)根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的鋼板進(jìn)行冷變形。產(chǎn)品的強(qiáng)度則為1420MPa，其斷裂伸長(zhǎng)率為48％，即乘積P＝68160MPa％。
因而，由于它們特別高的機(jī)械強(qiáng)度、它們非常均勻的機(jī)械性能和它們的微觀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，本發(fā)明的熱軋或冷軋鋼可以有利地用于其中希望獲得高可變形性能和非常高強(qiáng)度的應(yīng)用。當(dāng)它們用于汽車工業(yè)時(shí)，它們的優(yōu)點(diǎn)可以有利地用于結(jié)構(gòu)元件、增強(qiáng)元件或者外部零件的生產(chǎn)。
權(quán)利要求
1.熱軋鐵-碳-錳奧氏體鋼板，其強(qiáng)度大于1200MPa，其乘積P(強(qiáng)度(MPa)×斷裂伸長(zhǎng)率(％))大于65000MPa％，且其標(biāo)稱化學(xué)組成包括，含量以重量計(jì)0.85％≤C≤1.05％16％≤Mn≤19％Si≤2％Al≤0.050％S≤0.030％P≤0.050％N≤0.1％，以及任選的一種或多種選自如下的元素Cr≤1％Mo≤1.50％Ni≤1％Cu≤5％Ti≤0.50％Nb≤0.50％V≤0.50％，該組成的余量由鐵和熔煉產(chǎn)生的不可避免的雜質(zhì)組成，所述鋼的再結(jié)晶表面比例等于100％，所述鋼的析出碳化物的表面比例等于0％，且所述鋼的平均晶粒尺寸小于或等于10微米。
2.冷軋退火鐵-碳-錳奧氏體鋼板，其強(qiáng)度大于1200MPa，其乘積P(強(qiáng)度(MPa)×斷裂伸長(zhǎng)率(％))大于65000MPa％，且其標(biāo)稱化學(xué)組成包括，含量以重量計(jì)0.85％≤C≤1.05％16％≤Mn≤19％Si≤2％Al≤0.050％S≤0.030％P≤0.050％N≤0.1％，以及任選的一種或多種選自如下的元素Cr≤1％Mo≤1.50％Ni≤1％Cu≤5％Ti≤0.50％Nb≤0.50％V≤0.50％，該組成的余量由鐵和熔煉產(chǎn)生的不可避免的雜質(zhì)組成，該鋼的再結(jié)晶表面比例等于100％，所述鋼的平均晶粒尺寸小于5微米。
3.如權(quán)利要求2的冷軋退火奧氏體鋼板，其強(qiáng)度大于1250MPa，其乘積P(強(qiáng)度(MPa)×斷裂伸長(zhǎng)率(％))大于65000MPa％，其特征在于所述鋼的平均晶粒尺寸小于3微米。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)的奧氏體鋼板，其特征在于，在任意點(diǎn)，所述鋼的局部碳含量CL和局部錳含量MnL以重量計(jì)滿足％MnL+9.7％CL≥21.66。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的鋼板，其特征在于所述鋼的標(biāo)稱硅含量小于或等于0.6％。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的鋼板，其特征在于所述鋼的標(biāo)稱氮含量小于或等于0.050％。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項(xiàng)的鋼板，其特征在于所述鋼的標(biāo)稱鋁含量小于或等于0.030％。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)的鋼板，其特征在于所述鋼的標(biāo)稱磷含量小于或等于0.040％。
9.生產(chǎn)熱軋鐵-碳-錳奧氏體鋼板的方法，該鋼板的強(qiáng)度大于1200MPa，其乘積P(強(qiáng)度(MPa)×斷裂伸長(zhǎng)率(％))大于65000MPa％，在該方法中將鋼熔煉，該鋼的標(biāo)稱化學(xué)組成包括，含量以重量計(jì)0.85％≤C≤1.05％16％≤Mn≤19％Si≤2％Al≤0.050％S≤0.030％P≤0.050％N≤0.1％，以及任選的一種或多種選自如下的元素Cr≤1％Mo≤1.50％Ni≤1％Cu≤5％Ti≤0.50％Nb≤0.50％V≤0.50％，該組成的其余部分由鐵和熔煉產(chǎn)生的不可避免的雜質(zhì)組成，-由這種鋼鑄造半成品；-使具有所述鋼組成的所述半成品達(dá)到1100-1300℃的溫度；-軋制所述半成品直至大于或等于900℃的軋制結(jié)束溫度；-必要時(shí)，保持一等待時(shí)間，以使鋼的再結(jié)晶表面比例等于100％；-以大于或等于20℃/s的速率冷卻所述鋼板；-在小于或等于400℃的溫度下卷繞所述鋼板。
10.如權(quán)利要求9的生產(chǎn)熱軋奧氏體鋼板的方法，該鋼板的強(qiáng)度大于1400MPa，其乘積P(強(qiáng)度(MPa)×斷裂伸長(zhǎng)率(％))大于50000MPa％，其特征在于在卷繞和開卷后冷卻的所述熱軋鋼板進(jìn)行等效變形率為大于或等于13％但小于或等于17％的冷變形。
11.生產(chǎn)冷軋退火鐵-碳-錳奧氏體鋼板的方法，該鋼板的強(qiáng)度大于1250MPa，其乘積P(強(qiáng)度(MPa)×斷裂伸長(zhǎng)率(％))大于60000MPa％，其特征在于-提供通過如權(quán)利要求9的方法得到的熱軋鋼板；-進(jìn)行至少一個(gè)循環(huán)，每個(gè)循環(huán)在于-對(duì)所述鋼板進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)相繼道次的冷軋，-進(jìn)行再結(jié)晶退火，-在后接再結(jié)晶退火的冷軋的最后一個(gè)循環(huán)之前的奧氏體晶粒的平均尺寸為小于15微米。
12.如權(quán)利要求11的生產(chǎn)冷軋鐵-碳-錳奧氏體鋼板的方法，該鋼板的強(qiáng)度大于1400MPa，其乘積P(強(qiáng)度(MPa)×斷裂伸長(zhǎng)率(％))大于50000MPa％，其特征在于在最終再結(jié)晶退火之后進(jìn)行等效變形率為大于或等于6％但小于或等于17％的冷變形。
13.生產(chǎn)冷軋鐵-碳-錳奧氏體鋼板的方法，該鋼板的強(qiáng)度大于1400MPa，其乘積P(強(qiáng)度(MPa)×斷裂伸長(zhǎng)率(％))大于50000MPa％，其特征在于提供如權(quán)利要求2-8中任一項(xiàng)的冷軋退火鋼板，并且對(duì)所述鋼板進(jìn)行等效變形率為大于或等于6％但小于或等于17％的冷變形。
14.如權(quán)利要求9-13中任一項(xiàng)的生產(chǎn)奧氏體鋼板的方法，其特征在于對(duì)所述半成品的鑄造或再加熱的條件如所述半成品的鑄造溫度、通過電磁力的液態(tài)金屬的攪拌和導(dǎo)致碳和錳通過擴(kuò)散而均勻化的再加熱條件進(jìn)行選擇，以使得在所述鋼板的任意點(diǎn)，局部碳含量CL和局部錳含量MnL用重量計(jì)滿足％MnL+9.7％CL≥21.66。
15.如權(quán)利要求9-14中任一項(xiàng)的生產(chǎn)方法，其特征在于所述半成品以板坯形式或在反向旋轉(zhuǎn)鋼輥之間的薄帶的形式鑄造。
16.如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)的奧氏體鋼板用于在汽車領(lǐng)域中生產(chǎn)結(jié)構(gòu)元件、增強(qiáng)元件或外部零件的用途。
17.利用如權(quán)利要求9-15中任一項(xiàng)的方法生產(chǎn)的奧氏體鋼板用于在汽車領(lǐng)域中生產(chǎn)結(jié)構(gòu)元件、增強(qiáng)元件或外部零件的用途。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱軋鐵－碳－錳奧氏體鋼板，其強(qiáng)度大于1200MPa，其乘積P(強(qiáng)度(MPa)×斷裂伸長(zhǎng)率(％))大于65000MPa％，且其標(biāo)稱化學(xué)組成包括，含量以重量計(jì)0.8 5％≤C≤1.05％，16％％≤Mn≤19％，Si≤2％，Al≤0.050％，S≤0.030％，P≤0.050％，N≤0.1％，以及任選的一種或多種選自如下的元素Cr≤1％，Mo≤1.50％，Ni≤1％，Cu≤5％，Ti≤0.50％，Nb≤0.50％，V≤0.50％，該組成的余量由鐵和熔煉產(chǎn)生的不可避免的雜質(zhì)組成，所述鋼的再結(jié)晶表面比例等于100％，所述鋼的析出碳化物的表面比例等于0％，且所述鋼的平均晶粒尺寸小于或等于10微米。
文檔編號(hào)C21D9/46GK101090982SQ200580042631
公開日2007年12月19日 申請(qǐng)日期2005年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月24日
發(fā)明者P·屈吉, N·蓋爾東, C·斯科特, F·斯托韋諾特, M－C·泰西爾 申請(qǐng)人:阿塞洛法國(guó)公司