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CN1732275A - 制造钢产品的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用轻钢可靠制造钢产品的方法，本发明的钢产品在高屈服极限情况下具有各向同性的变形特性，并且是可低温延展的。按照本发明，这一特性可通过钢产品，尤其是钢片或钢带的制造方法来实现，在此，从具有下列组成(重量％)的钢制造钢片或钢带：C：≤1.00％,Mn：7.00－30.00％，Al：1.00－10.00％，Si：＞2.50－8.00％，Si+Al：＞3.50－12.00％，B：＜0.01％，Ni：＜8.00％，Cu：＜3.00％，N：＜0.60％，Nb：＜0.30％，Ti：＜0.30％，V：＜0.30％，P：＜0.01％，余量为铁和不可避免的杂质，从钢片或钢带随后通过冷变形度为2％至25％的冷变形来制造成钢产品。

Description

制造钢产品的方法
本发明涉及一种制造具有高屈服极限的钢产品的方法。本发明的产品尤其是钢片或钢带。
一种用于制造车身部件和低温使用的轻钢已由DE 179 27 759 C2公开。它除Fe外还含有10％至30％的Mn，1％至8％的Al和1％至6％的Si，其中Al和Si的含量之和不超过12％。在该种已知的钢中，碳仅包含在杂质范围内。
与上述情况相反，在由DE 199 00 199 A1已知的轻型结构钢中，碳作为理想的合金元素存在。所公开的该种轻型钢含有＞7％至27％的Mn，＞1％至10％的Al，＞0.7％至4％的Si，＜0.5％的C，＜10％的Cr，＜10％的Ni和＜0.3％的Cu。此外，钢中还可以含有N、V、Nb、Ti、P，且这些元素的总量不允许超过2％。
上述形式的钢具有TWIP(栾晶诱发塑性)性能，该性能意味着在良好的强度和低比重的同时具有高的延展性。因此，对于TWIP轻型结构钢，能够从抗拉强度和伸长性确定极好的产品。对于由已知的TWIP轻型结构钢制成的钢片，最低屈服极限通常在260至330Mpa范围内。
更高的屈服极限和同时具有的良好可变形性例如在TRIP(转换诱发塑性)的钢或TWIP和TRIP性能兼有的钢中可以获得。不过，所有种类的由上述形式的轻型结构钢制成的已知钢片在屈服极限超过330Mpa时具有专项性能缺点。因此，例如脆性-延展性转变温度、性能对温度的依赖性的波动或各向异性的变形特性开始显现。
本发明的目的在于，提供一种用轻型钢可靠制造钢产品的方法，该钢产品在具有高屈服极限的同时，具有各向同性的变形特性和低温延展性。
该目的可通过一种钢产品，尤其是钢片或钢带的制造方法来实现，
——在该方法中，由具有下列组成(重量％)的钢制造钢片或钢带：
C：                    ≤1.00％
Mn：                   7.00-30.00％
Al：                   1.00-10.00％
Si：                   ＞2.50-8.00％
Al+Si：                ＞3.50-12.00％
B：                    ＜0.01％
Ni：                   ＜8.00％
Cu：                   ＜3.00％
N：                    ＜0.60％
Nb：                   ＜0.30％
Ti：                   ＜0.30％
V：                    ＜0.30％
P：                    ＜0.01％
余量为铁和不可避免的杂质，
——由钢带或钢片随后通过冷变形度为2％至25％的冷变形制造成钢产品。
按照本发明，制成的钢产品的高屈服极限通过在钢带制造的常规步骤之后对钢带进行的冷变形过程调整。从本发明给定组成的轻型钢出发，既可采用热轧带，也可采用冷轧带以本发明的方式制造在具有好的可变形性的同时具有高屈服极限的产品。在此重要的是，在制造热轧带或冷轧带的结束时进行有足够变形度的冷变形。
本发明的冷变形例如可通过钢片或钢带的再轧制或拉伸弯曲矫直来进行。在这种情况下，按照本发明制造的产品是屈服极限通常低于330Mpa的钢片或钢带。
同样可靠保持该最低值的屈服极限也可通过以下方式来达到，即按本发明进行的冷变形是制造成品构件形式的过程中的一部分。因此，在本发明方法的最后步骤中完成的冷变形例如也可以深冲、拉伸或液压成形的形式进行。重要的是，仅仅需要达到高于常规模压中通常的变形度的足够的变形度。
令人惊奇的是，从本发明使用的钢合金出发，通过制造方法结束时进行的冷变形且没有进行后续的再次退火而明显提高了屈服极限，且没有决定性地损害材料的各向同性或延展性。因此，按本发明制造的产品，尤其是片或带表现出断裂伸长度和屈服极限的理想组合。此外，它们还具有TWIP性能。它们明显优于常规制造和组成的轻型钢产品。利用本发明方法，可以简单方式制造具有最高屈服极限的、在低重量条件下具有好的可变形性的轻型钢产品。
利用本发明可以达到工作结果的可靠性可通过冷变形度最高为15％，尤其最高10％来改善。
作为制造本发明钢产品的起始产品，可使用热轧带或冷轧带。在此，热轧带制造包括常规的操作步骤。即可将具有本发明组成的钢铸造成板坯、薄板坯或铸造带。该中间产品随后热轧成热轧带并卷绕成盘卷。
卷绕之后所获得的热轧带以本发明的方式直接冷变形成本发明的产品。也可将热轧带先冷扎成冷轧带，接下来，在作为本发明方法的最后步骤而以2％至25％的冷变形度进行冷变形之前进行再结晶退火。
尤其在应用板坯时，如果需要在热轧前进行重新加热，重新加热温度应不低于1100℃。在下面的情况下则相反，其中铸造之后的起始产品在连续工序中进行热轧，可不进行中间重新加热而直接应用。
当热轧带按照本发明以最低800℃的热轧温度被热轧并在更低的温度下卷绕时，碳和如果存在时尤其硼的正面影响可以广泛地利用。硼和碳对于在该范围内热轧的片在如以前一样可接受的断裂伸长值情况下引起更高的抗拉强度和屈服极限值。抗拉强度和屈服极限随着热轧温度的提高而减小，而伸长值则增加。通过在本发明所提出的范围内轧制温度的改变，可使所制得的钢片的所希望的性能有针对性地并以简单方式调控。
通过限制卷绕温度到最高700℃，材料脆化被可靠避免。可以确定，当卷绕温度较高时，可形成脆相，它会导致例如材料起皮，并本身使材料难于进一步加工，甚至不可能进一步加工。
如果该钢产品由冷轧带制造，则在再结晶退火前的冷轧中冷轧度优选在30％-75％的范围，以使制成的本发明钢产品可靠达到最优化的变形和强度性能。
再结晶退火时的退火温度最好在600℃至1100℃之间。退火可在罩式退火炉中在600℃至750℃的温度范围下进行，或在连续退火炉中在750℃至1100℃的温度下进行。
由于限制到2.50重量％以上，最好是2.70重量％以上的硅含量，本发明的钢片具有比有较低硅含量的轻钢片改善的可冷轧性。硅的高加入量意味着均匀的屈服极限和抗拉强度值及较高的断裂伸长值和均匀伸长值。此外，在本发明的钢中，硅导致较高的r和n值及机械性能的各向同性形成。Al和Si含量之和的上限为12％，因为超过此上限的Al和Si含量之和会导致脆化的危险。
令人惊奇的是，本发明钢中硼的针对性加入可导致性能和可加工性的改善。因此按照本发明的有利实施形式，钢中含有硼。如果加入硼是为了改善屈服极限和可变形性的协调性的话，则硼含量可在0.002重量％至0.01重量％，尤其是0.003重量％至0.008重量％范围内。
如果可以证实本发明的钢中最低碳含量为0.10重量％，合金对本发明钢片的机械性能的有利影响还可加以促进。
基于其特殊的性能谱，从按照本发明方式特别制造的冷轧带产品可以制造尤其好的载重性和与撞击有关的卡车车身构件。在低重量情况下，它们例如可以被用于客车乘客的特别有效防护。基于这一点，按本发明制造的产品在突然施加载荷时表现出特别高的吸能特性。
此外，在具有好的可变形性和强度的同时低比重使得可以用本发明生产的产品来制造汽车，尤其是卡车的轮子。
用本发明制得的产品还可制造低温技术领域中应用的构件。按照本发明制得的冷轧带产品的理想性能即使在低温领域通常的低温下也被保持。
以本发明制造方式获得的良好吸能特性使得本发明方法尤其适合于制造这样的产品，即它们被用作制造用于脉冲载荷防护的防护元件。
下面将参照实施例对本发明做进一步解释。
组成(重量％)为0.0070％C、25.9％Mn、0.013％P、0.0006％S、2.83％Si、2.72％Al、0.0045％N和余量Fe以及不可避免的杂质(杂质包括例如低量的Cu、Cr、Ni、As、Sn、Ti、V、Nb、B和Mg)轻型钢被铸成板坯。
该板坯被重新加热到1150℃之后在850℃的热轧温度下被热轧成热轧带，和然后在500℃的卷绕温度下被卷绕。随后，热轧带以65％的冷变形度被冷轧成1mm厚度的冷轧带。冷轧之后，冷轧带在950℃下在连续退火炉中进行再结晶退火。
在这种状态下，冷轧带是各向同性的。它们的沿长度方向测定的机械性能(冷变形度为0％)分别列于表1。
                                    表1
  冷变形度   Rp0.2   Rm   Ag   A80   n   r
  [％]   [Mpa]   [Mpa]   [％]   [％]
  0   326   657   52.8   58.8   0.373   0.93
  2.5   400   675   47.5   53.4   0.307   0.90
  5   464   699   41.8   48.2   0.257   0.85
  10   568   748   30.9   40.5   0.199   0.80
  30   870   1039   3.0   12.1   -   -
  50   1051   1225   2.9   5.4   -   -
为了证明本发明的作用，冷轧带的部分段在再结晶退火之后以2.5％、5％、10％、30％及50％的变形度被冷轧。这些部分段的沿长度方向测定的机械性能同样列于表1中。
可以看出，当冷轧带在再轧制时保持10％的冷变形度时，在再轧制后获得的冷轧带产品中达到了伸长和屈服极限的理想组合。因此，直到冷变形度为10％时，屈服极限Rp0.2提高了70％以上，而抗拉强度Rm提高了10％以上。均匀伸长度Ag、A80-伸长度、r值和n值则保持在远远高于屈服极限接近的传统钢所达到的一个数值水平。只有当冷变形度达到30％时，才出现伸长性能的明显下降。
在另一项试验中，制造了另一个在组成和直接到其再结晶退火结
在另一项试验中，制造了另一个在组成和直接到其再结晶退火结束时所完成的工序方面与前面所述的冷轧带一致的冷轧带。用该冷轧带的一段没有预先进行冷变形而制成了有孔形截面的撞击体。另一块再结晶退火的冷轧带则相反按照本发明方式以7％的冷变形度通过再轧制被冷变形。从按照本发明方式制得的冷轧带产品同样制成有孔形截面的撞击体。
接下来，上述两个约15kg重的撞击体在下落试验中测试其吸能特性，其中它们以50km/h的下落速度撞击在一个障碍物上。结果表明，用按照本发明进行再轧制的冷轧带产品制成的撞击体尽管由于附加的冷变形而使其壁强度比另一撞击体被明显降低的情形，具有明显更好的吸能特性。
在第三项试验中，仍然依据前面给出的组成并采用前面所述的工艺步骤制造了再结晶退火的冷轧带。该冷轧带通过以本发明方式进行拉伸而被冷变形。在此达到的冷变形度重新达到10％。通过这样的冷变形，屈服极限从仅仅再结晶退火状态下的320Mpa提高到再结晶退火后再冷变形后的520Mpa。同时，抗拉强度从640Mpa提高到710Mpa。r值几乎不受影响。伸长量随变形度的增大而从60％下降到约50％，n值从0.39下降到0.27。该数值也远远高于其伸长性能和n值，它们在可比的较高强度的常规制造的钢中可以确定有同样的屈服极限级别。即使冷轧带通过拉伸进行冷变形时，所获得的产品也因此具有屈服极限和伸长值的理想组合。

Claims (19)

1.一种制造钢产品，尤其是具有高屈服极限的钢片或钢带的方法，——在该方法中从具有下列组成(重量％)的钢制造钢片或钢带：
C：                ≤1.00％
Mn：               7.00-30.00％
Al：               1.00-10.00％
Si：               ＞2.50-8.00％
Al+Si：          ＞3.50-12.00％
B：                ＜0.01％
Ni：               ＜8.00％
Cu：               ＜3.00％
N：                ＜0.60％
Nb：               ＜0.30％
Ti：               ＜0.30％
V：                ＜0.30％
P：                ＜0.01％
余量为铁和不可避免的杂质，
——由钢片或钢带随后通过冷变形度为2％至25％的冷变形制造成钢产品。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征是，冷变形度最高为15％。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征是，冷变形度最高为10％。
4.按照上述权利要求之任一项所述的方法，其特征是，钢带作为热轧带而冷变形成产品。
5.按照权利要求1至3之任一项所述的方法，其特征是，钢带作为冷轧带而冷变形成产品。
6.按照上述权利要求之任一项所述的方法，其特征是，钢片或钢带的制造包括以下步骤：
——将钢铸造成预制材料，如板坯、薄板坯或铸造带；
——预制材料热轧成热轧带，
——卷绕热轧带。
7.按照权利要求6所述的方法，其特征是，预制材料在热轧前重新加热到至少1100℃。
8.按照权利要求6所述的方法，其特征是，温度为至少1100℃的预制材料直接用于热轧。
9.按照权利要求6至8之任一项所述的方法，其特征是，热轧的结束温度至少为800℃。
10.按照权利要求6至9之任一项所述的方法，其特征是，卷绕温度为450℃至700℃。
11.按照权利要求6至10之任一项所述的方法，其特征是，热轧带被冷轧成冷轧带，冷轧带被再结晶退火，和冷轧带在再结晶退火之后被最终冷变形。
12.按照权利要求11所述的方法，其特征是，再结晶退火在600℃至1100℃的退火温度下进行。
13.按照权利要求12所述的方法，其特征是，退火以罩式退火形式在600℃至750℃的退火温度下进行。
14.按照权利要求12所述的方法，其特征是，退火以连续退火形式在750℃至1100℃的退火温度下进行。
15.按照权利要求11至14之任一项所述的方法，其特征是，冷轧以30％至70％的冷轧度进行。
16.按照上述权利要求之任一项所述的方法，其特征是，该种钢含有大于2.70重量％的硅。
17.按照上述权利要求之任一项所述的方法，其特征是，该种钢含有0.002-0.01重量％的硼。
18.按照权利要求17所述的方法，其特征是，该种钢含有0.003-0.008重量％的硼。
19.按照上述权利要求之任一项所述的钢片，其特征是，该种钢含0.10-1.00重量％的碳。
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