專利名稱：用于改進(jìn)具有高抗拉強(qiáng)度的鍍鋅鋼的成形性的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及要求高抗拉強(qiáng)度同時(shí)保持良好成形性(formability)以及點(diǎn)焊(spot welding)所需性能的鍍鋅熱浸兩相鋼(galvanized hot dip dual-phase)的制造?，F(xiàn)有技術(shù)說明 在現(xiàn)有技術(shù)中，具有約650MPa及更低的抗拉強(qiáng)度的兩相鋼典型地具有良好的加 工性能，包括成形性和點(diǎn)焊性。因而，其剪切因子沒有限制設(shè)計(jì)屬性。然而，抗拉強(qiáng)度高于 約700MPa，比如800MPa(被稱為DP800鋼)的兩相鋼可能就不具備良好的加工性能了。因此工業(yè)中對(duì)所謂的TRIP級(jí)的鋼很感興趣，其具有高抗拉強(qiáng)度同時(shí)有良好的成 形性，其典型地需要較高的碳含量，例如高于約0. 15%，以產(chǎn)生足夠量的殘余奧氏體。殘余 奧氏體的碳含量典型地高于約1.2%以在室溫下達(dá)到穩(wěn)定。然而，鋼合金的這種高碳含量使 得不可能達(dá)到正常的點(diǎn)焊要求從而滿足工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。生產(chǎn)具有SOOMPa抗拉強(qiáng)度同時(shí)具有接 近DP600標(biāo)稱鋼的成形性及焊接性的兩相鋼的目標(biāo)到目前為止還是未能實(shí)現(xiàn)的。SOOMPa兩相鋼的其它現(xiàn)有技術(shù)限制因素包括降低的彎曲性能(其要求更大的彎 曲半徑)以及由于局部硬馬氏體島形成而減小的擴(kuò)孔比。由于鋼板的剪切因子，存在著設(shè)計(jì)局限。已經(jīng)注意到，DP800的臨界R/T = 8，DP600 的臨界R/T = 4，從而使得某些設(shè)計(jì)成功地形成。因而，DP800的更低的R/T值會(huì)利于制造 設(shè)計(jì)能力并降低材料定標(biāo)(material gauging)，伴隨著節(jié)省重量的機(jī)會(huì)和降低相關(guān)成本。 在熱浸鍍鋅生產(chǎn)線(從鋅浴溫度直接空氣冷卻到環(huán)境室溫)中使用不同的合金化鋼化學(xué)來 制備貧合金化的(可點(diǎn)焊的)、可成形的DP800級(jí)鋼是不可能達(dá)到所述成形要求的，這是由 于硬的馬氏體相在這種傳統(tǒng)冷卻配置期間形成?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)已確定在大約300°C的時(shí)效/回火期間形成的較軟的馬氏體將提高 兩相鋼的彎曲和擴(kuò)孔性能。因此，對(duì)在連續(xù)的退火線中所產(chǎn)生的馬氏體材料進(jìn)行回火得到 良好的彎曲性能，甚至在含85%的軟馬氏體的DP980鋼中也是如此，而含大約70%的硬馬 氏體的DP980則與此相反。發(fā)表于1967年的文獻(xiàn)(K. R. Kinsman等)中還提到了奧氏體經(jīng)由奧氏體的位錯(cuò)釘 扎獲得的熱穩(wěn)定化會(huì)產(chǎn)生更多的殘余奧氏體。在新形成的馬氏體的存在下，由于和界面位 錯(cuò)相關(guān)的未松弛的應(yīng)變，碳的化學(xué)勢(shì)在馬氏體中、奧氏體中以及界面邊界中不同。在時(shí)效/ 再加熱期間，碳活性和碳濃度趨于平衡發(fā)生調(diào)整。相應(yīng)的，當(dāng)鋼帶快速?gòu)?00°C冷卻到接近M50溫度(約50%的奧氏體將形成馬氏 體)的約250°C。其后，鋼帶被再加熱至高于350°C的時(shí)效溫度。在時(shí)效期間，碳被認(rèn)為向 著包圍馬氏體核的位錯(cuò)界面處偏析足以釘扎住奧氏體。B. Cooman和J. Speer早在2006年披露了淬火和配分(partitioning)將增加延展 性，這是由于板條間奧氏體(interlath austenite)的有益作用，所述板條間奧氏體是延展 性的、韌性的成分。典型地，具有多于8%的殘余奧氏體的級(jí)別的鋼被稱為TRIP鋼。碳的當(dāng)量可以由以下等式定義C. E.(碳當(dāng)量)=C-% +Si-% /30+Mn-% /20+2P~% +4S~%由于點(diǎn)焊要求C. Ε. < 0.25%，那么DP800的鋼基體碳含量應(yīng)當(dāng)?shù)?；最?. 10%。 這意味著對(duì)于圖4所示的常規(guī)熱循環(huán)而言，Mn-eq值非常高> 2. 7%。因此，對(duì)于這樣高的 Mn%，得到優(yōu)良的涂層是很難的。Mn合金化的量可以通過每份配方加入0.2%的Mo降低 到 2. 2% ；Mn-eq = Mn-% +Cr-% +2. 6Mo~% 使用新的鍍鋅技術(shù)，常規(guī)技術(shù)的涂覆性問題明顯地得到消除，淬火另外消除圖4 中所示的對(duì)0. 2% Mo合金化的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及制備具有改進(jìn)的成形性同時(shí)保持高抗拉強(qiáng)度的兩相鍍鋅鋼帶的方法 和設(shè)備。利用在熱浸鍍鋅帶生產(chǎn)線的鋅罐(zinc pot)之后在改進(jìn)的冷卻塔構(gòu)造和方法中在 多個(gè)再加熱站之間增加的保持溫度和時(shí)間，獲得了所述改善的性能。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相 比包括附加的冷卻步驟和附加的再加熱步驟。在冷卻步驟中，鍍鋅鋼帶具有從約300°C到約 1500C -250°C的溫度降低。該冷卻步驟應(yīng)當(dāng)冷卻至初始溫度與最終溫度之間相差約150°C 的最大程度?？梢酝ㄟ^水淬火實(shí)現(xiàn)這種冷卻，或者使用冷卻塔或其他方式來實(shí)現(xiàn)這種冷卻。 再加熱步驟應(yīng)該在冷卻步驟之后。再加熱步驟應(yīng)該將鍍鋅鋼帶加熱到約340°C _390°C的溫 度。所述再加熱使得鍍鋅鋼帶中的馬氏體在相對(duì)低的溫度下回火，這樣減少了在GI涂層中 Fe-Zn相的形成。


圖1所示的是為了生產(chǎn)具有增強(qiáng)的成形性能的熱浸鍍鋅兩相鋼，鋼帶在改進(jìn)的 APC冷卻塔中回火和配分的生產(chǎn)線構(gòu)造流程示意圖。圖2是用于鋼帶熱浸鍍鋅處理中的現(xiàn)有技術(shù)冷卻塔的生產(chǎn)線構(gòu)造流程示意圖。圖3是本發(fā)明的DP800/1000-GI “軟馬氏體”的時(shí)間溫度曲線圖。圖4是現(xiàn)有技術(shù)中控制“硬馬氏體”的兩相熱循環(huán)的時(shí)間溫度曲線圖。圖5是本發(fā)明實(shí)施例中TRIP輔助DP800GI的時(shí)間溫度曲線圖。圖6是不同回火溫度(攝氏度)和馬氏體硬度的關(guān)系曲線圖。發(fā)明詳細(xì)說明現(xiàn)在參見圖1，可以看到本發(fā)明改進(jìn)的冷卻塔10的構(gòu)造和相關(guān)方法，以給離開鋅 罐12的熱浸鍍鋅兩相鋼帶提供回火和配分。冷卻塔10具有足夠的高度以產(chǎn)生將在下文揭 示的本發(fā)明的方法中所必須的所需處理和保持時(shí)間。冷卻塔10構(gòu)造提供了增加的轉(zhuǎn)移處 理回路13。氣體噴射冷卻器29和30、浸泡部分31和感應(yīng)加熱器32都是現(xiàn)有技術(shù)中公知 的。圖2公開的是現(xiàn)有技術(shù)的傳統(tǒng)單冷卻回路。傳統(tǒng)的冷卻塔14只能在鋅罐16后提 供連續(xù)的空氣冷卻。唯一的感應(yīng)加熱器17用于GA涂覆的產(chǎn)品而不是GI涂覆的產(chǎn)品。同 樣，在所述單冷卻回路的第一程(pass)中，鍍鋅鋼帶18會(huì)隨后穿過GA的浸泡部分19 (而 不是用于GI的)和氣體噴射冷卻站20。在回程中，提供，第二套氣體噴射冷卻器21，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知和理解的。相比之下，圖1公開了根據(jù)本發(fā)明的的冷卻塔10，其包括另外的處理回路13，該回 路允許兩個(gè)額外的處理程。具有回向輥23A和23B的熱水淬火22位于所述回路的第一程 的開始處。鍍鋅鋼帶11以大約低于300°C進(jìn)入該水淬火22，水淬后出去是150°C到250°C， 最大冷卻為150°C。在另一方案中，如果冷卻塔的高度超過了 50米，那么該熱水淬火可以避 免或除去。圖1還公開了第一感應(yīng)再加熱器24，用于加熱鍍鋅鋼帶11至340°C _390°C。在 軟馬氏體兩相鋼的制備中，所有的奧氏體隨后通過熱水淬火22或通過高冷卻塔在低于Mf 溫度的溫度冷卻而完全轉(zhuǎn)化為馬氏體。因此，如圖所示的通過再加熱鍍鋅帶11，鍍鋅帶的 馬氏體在這樣的低溫下回火由于感應(yīng)加熱的是鋼而不是涂層，所以所述低溫使GI涂層中 Fe-Zn相的形成最小化。圖6公開了回火和馬氏體硬度的關(guān)系，其顯示了基于處理箭頭所示的溫度馬氏體 的硬度從高于500HV降低到低于350HV，如同通過控制溫度所需的。本發(fā)明還提供了任選的冷卻站25，位于處理回路13底部處在一對(duì)回向輥26的 緊前 面，可以用于在特定的應(yīng)用中，其內(nèi)使用空氣/水霧，將鍍鋅鋼帶11從低于320°C冷 卻到低于200°C。第二感應(yīng)加熱站27在第二回程的開始處，用于加熱鍍鋅帶11至所需的 3400C -390°C。所述處理回路13的第二回程在位于冷卻塔回路頂部的第三組回向輥28之 前提供了另外了的用于空冷鍍鋅鋼帶11的時(shí)間，并且引導(dǎo)所述鋼帶11穿過一組用于進(jìn)一 步溫度降低的常規(guī)氣體噴射冷卻器29并在30處最終成卷?，F(xiàn)在參看圖5所示圖形，可以看出所謂TRIP輔助兩相鋼的制備，其中在鋅罐12后 需要熱處理來冷卻鋼帶S到約250°C (低于M50)然后為了配分再加熱到低于380°C。在時(shí) 間箭頭所示的配分期間，碳從馬氏體核向奧氏體擴(kuò)散并釘扎(穩(wěn)定化)住奧氏體，從而得到 殘余奧氏體。然而，應(yīng)當(dāng)注意到，具有點(diǎn)焊性的兩相鋼的碳當(dāng)量應(yīng)該低(小于0. 25%)，當(dāng)具 有這樣的C. E.量時(shí)，殘余奧氏體可以為從4%到8%，這將有助于將這些鋼級(jí)別定義為TRIP 輔助DP800而不是TRIP鋼。因此，看出在本發(fā)明的改進(jìn)下，轉(zhuǎn)移處理回路13的增加(不同于傳統(tǒng)冷卻塔14的 構(gòu)造)使得與現(xiàn)有技術(shù)中當(dāng)前存在的單回路傳統(tǒng)路程相比，可以對(duì)熱浸鍍鋅鋼帶11進(jìn)行另 外的多次處理。發(fā)現(xiàn)如下的增加將使得DP600級(jí)鋼的已得到的成形性屬性發(fā)生到理想的高 抗拉強(qiáng)度級(jí)DP800級(jí)鋼上，從而有助于滿足工業(yè)中所需的成形性和焊接要求在處理回路 13的第一程的開始處22熱水淬火、隨后用感應(yīng)再加熱器24的第一次再加熱、在第一程中 在25處用于任選的空氣/水霧冷卻的時(shí)間、以及在第二程中用感應(yīng)加熱站27的第二次再 加熱。由此，看出用于兩相鋼的新的、新穎的冷卻塔和方法被舉例說明和描述，對(duì)本領(lǐng)域 技術(shù)人員而言顯然在不脫離本發(fā)明的精神內(nèi)可能做出各種對(duì)其的更改和改變。
權(quán)利要求
制備鍍鋅鋼帶的方法，包括步驟(1)在鋅罐中浸漬鋼帶，然后，(2)第一次冷卻所述鋼帶到約250℃至約400℃的溫度，然后，(3)第二次冷卻所述鋼帶到約150℃至約250℃的溫度，然后，(4)第一次再加熱所述鋼帶到約340℃至約390℃的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二次冷卻包括熱水淬火所述鋼帶。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第二次冷卻包括所述鋼帶穿過高于50米的冷 卻塔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第一次冷卻將所述鋼帶冷卻到大約低于 300 0C的溫度，所 述第二次冷卻將所述鋼帶冷卻到約150°C的溫度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括步驟(5)在所述第一次再加熱后的第三次冷卻，其中所述第三次冷卻將所述鋼帶冷卻到約 低于320°C到約低于200°C的溫度，然后，(6)第二次再加熱所述鋼帶到約340°C到約390°C的溫度， 以及，其中所述第一次再加熱是加熱到低于約380°C的溫度。
6.制備鍍鋅鋼帶的方法，包括步驟(1)在鋅罐中浸漬鋼帶，然后，(2)冷卻所述鋼帶到低于Mf溫度的溫度，然后，(3)加熱所述鋼帶以在最小化Fe-Zn形成的溫度進(jìn)行回火。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述回火將馬氏體硬度降至低于500HV。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述回火將馬氏體硬度降至低于350HV。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中所述回火是在約160°C至約330°C的溫度。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中所述回火是在約160°C至約330°C的溫度。
11.制備鍍鋅鋼帶的設(shè)備，包括(1)適合于處理鋼帶的鋅罐，其下游為，(2)適合于冷卻所述鋼帶到約300°C至約400°C的溫度的第一冷卻器，其下游為，(3)適合于冷卻所述鋼帶到約150°C至約250°C的溫度的第二冷卻器，其下游為，(4)適合于再加熱所述鋼帶到約340°C至約390°C的溫度的第一再加熱器。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述第二冷卻器包括熱水淬火設(shè)備。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述第二冷卻器包括高于50米的冷卻塔。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述第一冷卻器適合于冷卻所述鋼帶到大約低 于300°C的溫度，且所述第二冷卻器適合于冷卻所述鋼帶到約150°C的溫度。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括(5)位于所述第一再加熱器下游的第三冷卻器，其中所述第三冷卻器適合于冷卻所述 鋼帶到從約低于320°C至約低于200°C的溫度，其下游為，(6)適合于加熱所述鋼帶到從約340°C至約390°C的溫度的第二再加熱器， 以及，其中所述第一再加熱器適合于加熱所述鋼帶到低于約380°C的溫度。
16.鍍鋅鋼帶，包含具有低于約0.25%的碳當(dāng)量以及約4%至約8%的殘余奧氏體的TRIP輔助鋼。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的鍍鋅鋼帶，其中所述鋼帶不含Mo。
18.鍍鋅鋼帶，包含兩相鋼，其中所述鋼帶不含奧氏體。
全文摘要
本發(fā)明涉及生產(chǎn)具有改進(jìn)的成形性同時(shí)保持高抗拉強(qiáng)度的兩相鍍鋅鋼帶的方法和設(shè)備。本發(fā)明包括冷卻步驟和再加熱步驟。在冷卻步驟中，鍍鋅鋼帶具有從約300℃到約150℃-250℃的溫度降低。該冷卻步驟應(yīng)冷卻到初始溫度和最終溫度之間的差值的最大值為約150℃的程度。該冷卻可以通過熱水淬火實(shí)現(xiàn)，或使用冷卻塔或其他方式。再加熱步驟應(yīng)跟隨冷卻步驟。再加熱步驟應(yīng)將鍍鋅鋼帶加熱到約340℃-390℃的溫度。該再加熱造成鍍鋅鋼帶中的馬氏體在相對(duì)低的溫度回火，這降低了GI涂層中Fe-Zn相的形成。
文檔編號(hào)C23C2/02GK101842509SQ200880106357
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2008年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月10日
發(fā)明者帕蒂·J·西珀拉 申請(qǐng)人:帕蒂·J·西珀拉