專利名稱：用于制造具有多相組織的熱軋帶材的方法
技術領域：
本發明涉及一種從熱軋的狀態中通過在最后的軋機機架后面受控制的冷卻過程來制造稱為TRIP鋼(相變誘發塑性鋼)的、具有一種在 具有高強度的同時具有極其良好的變形性能的多相組織的熱軋帶材的 方法。
背景技術：
在TRIP鋼中，組織的調節十分復雜，因為除了鐵素體和貝氏體之 外還存在一種作為殘余奧氏體的第三相或者說在隨后的變形之后存在 一種作為馬氏體的第三相。TRIP鋼目前多數在雙級的退火周期中制 造。原料是熱軋帶材或冷軋帶材，在所述熱軋帶材或冷軋帶材中通過 退火處理在內部臨界的相空間中來調節出大約50% oc -50% y -原始組 織。由于奧氏體的對碳來說較高的溶解性，在那里存在較高的碳濃度。 在退火處理之后，快速冷卻過程從鐵素體及珠光體區域旁邊進入到貝 氏體區域中，在所述貝氏體區域中等溫地保持一些時間。奧氏體部分 地轉換為貝氏體并且同時在殘余奧氏體中碳進一步積聚。由此將馬氏 體-起始溫度Ms降低到低于環境溫度的數值并且因此殘余奧氏體在環 境溫度時也保持存在。最終組織包括40-70%鐵素體、15-40%貝氏體及 5-20%殘余奧氏體。所述TRIP鋼的特殊效應就是在出現外部的塑性變形時亞穩定的 殘余奧氏體轉化為馬氏體。在奧氏體轉換為馬氏體時出現體積增加， 所述體積增加不僅由奧氏體承擔，而且也由周圍的組織組成部分承擔。 鐵素體的母體被塑性化，這又引起更高的強化并且在總體上導致更高 的塑性伸長。對于如此制成的鋼來說產生了高強度及高延性的非同一 般的組合，因而這樣的鋼特別適合用于汽車工業中。所描述的目前多數在工業上用于制造TRIP鋼的工藝控制由于在 軋制過程之后附加的退火及冷卻處理而十分麻煩和成本昂貴，因而過 去嘗試直接作為熱軋帶材在用于熱軋帶材制造的工業生產設備上來制 造這些TRIP鋼。例如，在EP 1 396 549中說明了一種在連續進行的工 作過程中用于制造無珠光體的、熱軋的具有TRIP-特性的鋼帶的方法，其中鋼熔液除了鐵及不可避免的雜質還包含有作為重要組成部分的0.06-0.3%碳、0.1-3.0%硅、0.3-1.1%錳(硅和錳的總和在此為1.5-3.5°/0 )以及0.005-0.15%的鈥或鈮這兩種元素中的至少一種元素以及可選還包 括以下元素中的一種或多種，即最多0.8%鉻、最多0.8%銅、最多1.0% 鎳，將這種鋼熔液澆注成薄板坯。將這些薄板坯以850到1050。C的入 爐溫度在退火爐中在IOOO到1200。C的溫度下進行持續時間為IO到60 分鐘的退火處理。在除鱗之后，而后將所述薄板坯在750到IOO(TC的 范圍內進行最終熱軋，然后將其冷卻到300到530。C的巻取溫度。受控 制的冷卻在此分兩級，其中第一級的冷卻速度至少為150K/s,優選為 300K/s,并且冷卻暫停時間為4到8秒。作為替代方案提出，所述受控 制的冷卻連續地以10-70K/s的冷卻速度無停留暫停時間地進行。最后 作為第三種方案在此說明，如此控制所述冷卻過程，使得熱軋帶材在 在1到7秒范圍內的第一級中冷卻到大約8CTC以上的溫度，并且隨后 通過空氣冷卻方法冷卻到巻取溫度。除了規定的方法控制之外，在此 鈦和/或鈮的存在十分重要，因為這些元素在熱軋開始之前一直留在溶 液中并且此外在其后來被分離出來時改進所述熱軋帶材的晶粒細度、 提高殘余奧氏體含量并且改善其穩定性。 發明內容根據這種現有技術，本發明的任務是說明在現有設備中更為簡單 及更為經濟地制造TRIP鋼，其中可以完全省去退火處理以及省去添加 在其它情況下不一定需要的合金元素。所提出的任務用權利要求1的特征性特征通過以下方法得到解決， 即如此在薄板坯-澆注及軋制設備(CSP-設備)中用所使用的鋼種的預 先給定的處于以下極限內的化學成分0.12-0.25%碳、0.05-1.8%珪、 1.0-2.0%錳；其余部分為鐵及常見的伴生元素用組合的軋制和冷卻策略 制造熱軋帶材，從而獲得一種由40-70%鐵素體、15-45%貝氏體及 5-20%殘余奧氏體構成的組織，其中-為了在亞穩定的奧氏體區域內緊靠Ar3之上在770和830。C之間 的溫度下進行最后變形時調節出非常精細的奧氏體晶粒((1<8微米)， 對所述熱軋帶材進行終軋，-并且緊接在最后的軋機機架之后有控制地分兩級將所述熱軋帶材 冷卻到在320-480。C的貝氏體形成區域內的帶材溫度，其中具有在大約650-730°C溫度時的停留時間，該4f留時間的開始通過所述冷卻曲線到 鐵素體區域中的進入來確定，并且該停留時間的持續時間通過所述奧 氏體轉換為至少40%鐵素體來確定。與上述常見的處理方式相反，在本發明的范圍內在奧氏體終軋的 熱軋帶材上緊接在最后的軋機機架后面通過在冷卻段中的雙級的冷卻 來調節出對TRIP鋼來說典型的組織。相應的組織的調節在此要求廣泛 的工藝技術訣秀并且要求非常準確地遵守必要的工藝參數。由于在寬 帶材熱軋機組上制造TRIP鋼的窄的公差帶，自采用所述薄板坯-澆注 及軋制工藝起就要提供一種設備配置，該設備配置與傳統的帶材熱軋 機組相比為將所述TRIP鋼直接制造成熱軋帶材提供了顯著改善的前 提條件。由于在厚度、寬度及長度上高的溫度均勻性，可以由此可再 現地制造具有恒定的機械性能的TRIP鋼。由于在既有的連續鑄軋設備 中在此所使用的傳統的冷卻段的較小長度，僅僅可以用一種特殊的軋 制及冷卻策略來制造具有TRIP組織的熱軋帶材。按本發明的軋制策略用于在最后變形時調節出非常精細的奧氏體 晶粒((K8微米)，所述奧氏體晶粒在接下來的冷卻段中加速地作用于 鐵素體轉換。因此，在亞穩定的奧氏體區域內緊靠Ar3之上在770和 830。C之間的溫度下來終軋帶材。冷卻策略成功實施的前提是，必須遵守化學成分的特定的極限值， 用于在可供使用的短的總冷卻時間內達到所期望的轉化程度。關于 TRIP鋼的制造所提出的化學分析因此在以下極限內運動0.12-0.25% 碳、0.05-1.8%硅、1.0-2.0%錳、其余為鐵及常見的伴生元素。程。通過:卻曲線到鐵素體區域P中的^:來確定在650:730。C的溫度下 的停留時間的開始。而后在接下來的短的冷卻暫停時間中，致力于使 奧氏體轉換為至少40%的鐵素體。在這個停留時間之后，而后緊接著 是第二冷卻級，在該第二冷卻級中將熱軋帶材冷卻到320-480。C之間的 溫度。在這個溫度下，奧氏體轉換為至少15°/。的貝氏體。除了采取短的停留時間，所述冷卻策略由精確定義的、預先給定 的用于兩個冷卻級的冷卻速度來確定。這個冷卻速度處于V=30-150K/s 之間，優選處于V = 50-90K/s之間，這一點依賴于熱軋帶材幾何形狀 及所使用的鋼種的化學成分。關于這些冷卻速度應該注意，小于30K7s的冷卻速度由于可供使用的時間4艮少在連續鑄軋設備的傳統的冷卻段中是不可能的，而大于150K/S的冷卻速度在所述的由以一定間距先后 布置的水冷卻區構成的冷卻段中同樣無法實現。用本發明的方法制造的熱軋帶材具有用于不同強度水平的TRIP 鋼特性以及處于0.45到0.75的范圍內的屈服極限比Rp0.2/Rm,并且具 有以下所列舉的由抗拉強度Rm及斷裂伸長率A構成的特性組合Rm=600-700MPa => A >25%Rm=700-800MPa => A >230/ Rm-800-卯0MPa => A>21%Rm=900-1000MPa => A >18%Rm>1000MPa => A >15%
下面借助于在簡要附圖中示出的實施例對本發明的其它細節及優 點進行詳細解釋。其中 圖1是CSP-設備，圖2是所迷CSP-設備的經過改動的冷卻段，圖3是雙相鋼及TRIP鋼的冷卻曲線的ZTU (時間溫度轉變)圖。
具體實施方式
圖1示意示出了傳統的CSP-設備1的布局。該設備l在所示出的 實施例中沿輸送方向(在圖中從左向右)包括以下主要部件，也就是 具有兩個連鑄坯2的澆注設備、連鑄坯導輥3、具有爐擺裝置 (Ofenfahre)的均熱爐4、多才幾架的軋制才幾組6、冷卻^殳10以及巻取 機8。圖2示出了 CSP-設備1的經過改動的冷卻段IO,在此為實施按本 發明的冷卻過程而需要所述冷卻段10并且所述冷卻段10為制造雙相 鋼早已由EP 1 108 072 Bl得到公開。所述CSP-設備1的這個布置在最 后的終軋機架6，后面的經過改動的冷卻段10具有多個以 一定間距先后 布置的、可調節的、具有水噴頭13的水冷卻區lln 12，通過所述水 噴頭13均勻地用特定的水量對所述熱軋帶材7的帶材上側面及帶材下 側面進行噴射。如此選擇所述水冷卻級lh-7、 12在所述冷卻,殳10內部 的定位、水冷卻級的數量及其彼此間的間距以及每個水冷卻級llw、 12的水噴頭13的數量，從而可以事先對所述兩個冷卻級的力求達到的冷卻速度進行靈活地調節，用于使所述水冷卻級ll,-7、 12最佳地與有 待調節的冷卻條件相匹配。由此，通過所噴射的水量的調節也可以在 冷卻過程中對冷卻速度進行必要的改變。與所述第一冷卻級的最后的水冷卻級117以較大的空間間距布置另一個水冷卻級12，借助于所述另一個水冷卻級12來實施第二冷卻級。 在這個水冷卻級12中，與所述第一冷卻級的水冷卻區n^相反布置了 在數量方面明顯更多的水噴頭13,用于在更短的行程上實施強化密集 的冷卻。在所述第一冷卻級的最后的水冷卻級117和所述第二冷卻級的 水冷卻級12之間的空間間距選擇得如此大，從而在預先給定的帶材速 度時為按本發明將奧氏體轉換為至少40%的鐵素體而調節所必需的停 留時間。圖3涉及具有鐵素體、珠光體及貝氏體的轉換線以及具有Ac3、Ad 和Ms的溫度線(20、 21、 22、 24)的ZTU圖。通過所述轉換線的水 平移動箭頭27以及所述溫度線的垂直移動箭頭28可以清楚地看到， 既有的或所添加的合金元素向這些轉換線或者說溫度線在ZTU圖中的 位置施加何種影響。在該ZTIJ圖中示范性地示出了用于雙相鋼制造的 冷卻曲線25以及用于TRIP鋼的按本發明的制造的冷卻曲線26。在冷間溫度(在Aq上方)時，通過冷卻過程的不同曲線走向以及原始鋼的 不同成分，來實現明顯不同的組織成分。相應于所繪出的用于所述雙 相鋼的冷卻曲線25，這條冷卻曲線25僅僅通到鐵素體區域中并且在明 顯處于室溫23的上方的馬氏體-起始溫度線22的下方終止，因而這里獲得一種如愿地僅僅由鐵素體及馬氏體構成的雙相的組織。與此相反， 所述用于TRIP鋼的按本發明的制造的冷卻曲線26首先穿過^J:體區 域，而后穿過貝氏體區域并且在現在處于室溫23的下方的馬氏體-起始 溫度線24的上方終止，從而在冷卻時沒有轉換為馬氏體，并且按本發 明獲得一種由鐵素體、貝氏體及一部分殘余奧氏體構成的組織。附圖標記列表1 CSP-設備2 具有兩個連鑄坯的澆注設備3 連鑄坯導輥4均熱爐
5爐擺裝置
6多機架的軋制設備
6，最后的軋機機架
7熱軋帶材
8巻取機
9溫度測量
10冷卻段
水冷卻區
12水冷卻區
13水噴頭
20AC3-溫度線
21Ad-溫度線
22雙相鋼的馬氏體-起始溫度線
23室溫線
24TRIP鋼的馬氏體-起始溫度線
25雙相鋼的冷卻曲線
26TRIP鋼的冷卻曲線
27轉換線的水平移動箭頭
28溫度線的垂直移動
權利要求
1.用于從熱軋的狀態通過在最后的軋機機架(6’)后面進行的受控制的冷卻過程來制造稱為TRIP鋼(相變誘發塑性鋼)的熱軋帶材的方法，用于進一步開發具有一種在具有高強度的同時具有極其良好的變形特性的多相組織的雙相鋼，其特征在于，用所使用的鋼種的預先給定的處于以下極限內的化學成份即0.12-0.25％碳、0.05-1.8％硅、1.0-2.0％錳并且其余部分為鐵及常見的伴生元素用組合的軋制和冷卻策略在薄板坯-澆注及軋制設備(CSP-設備)(1)中來制造所述熱軋帶材(7)，從而獲得一種由40-70％鐵素體、15-45％貝氏體及5-20％殘余奧氏體構成的組織，其中，為了在亞穩定的奧氏體的區域內緊靠Ar3之上在770和830℃之間的溫度下進行最后變形時調節出非常精細的奧氏體晶粒(d＜8微米)，對所述熱軋帶材(7)進行終軋，并且緊接在最后的軋機機架(6’)之后有控制地分兩級將所述熱軋帶材(7)冷卻到在320-480℃的貝氏體形成區域內的帶材溫度，其中具有在大約650-730℃的溫度下的停留時間，該停留時間的開始通過冷卻曲線(26)到鐵素體區域中的進入來確定，并且該停留時間的持續時間通過奧氏體轉換為至少40％鐵素體來確定。
2. 按權利要求l所述的方法， 其特征在于，依賴于所使用的鋼種的化學成分及熱軋帶材幾何形狀，將冷卻速 度調節在V=30-150K/s之間，優選調節在V-50-90K/s之間。
3. 按權利要求1或2所述的方法， 其特征在于，在由具有間距地先后布置的水冷卻區(lh.7、12)構成的冷卻段(10) 中有控制地分兩級對所述熱軋帶材(7)進行冷卻。
4. 具有根據權利要求1到3的方法所述TRIP鋼特性的熱軋帶材 (7)，其特征在于處于以下極限內的化學成分0.12-0.25%碳、0.05-1.8%硅、1.0-2.0°/0錳、并且其余部分為鐵及常見的伴生元素；處于0,45到0.75的范圍內的屈服極限比Rp0.2/Rm; 關于由抗拉強度Rm及斷裂伸長率A構成的特性組合的可能的強 度水平Rm=600-700MPa=>A >250/。R ,-700-800MPa=>A>23%Rn,=800-900MPa=>A>21%,=900-1000MPa=>A>18%,〉1000MPa=>A>15%。
全文摘要
為了從熱軋的狀態中制造稱為TRIP鋼(相變誘發塑性鋼)的、具有一種在具有高強度的同時具有極其良好的變形性能的多相組織的熱軋帶材，按照本發明提出了一種方法，該方法用所使用的鋼種的預先給定的、處于以下極限內的化學成分即0.12-0.25％碳、0.05-1.8％硅、1.0-2.0％錳并且其余部分為鐵及常見的伴生元素用組合的軋制和冷卻策略來實施，從而獲得一種由40-70％鐵素體、15-45％貝氏體及5-20％殘余奧氏體構成的組織，其中為了在亞穩定的奧氏體區域內緊靠Ar3之上在770和830℃之間的溫度下進行最后變形(6’)時調節出非常精細的奧氏體晶粒(d＜8微米)，對所述熱軋帶材(7)進行終軋，并且在所述熱軋帶材(7)的最后的軋機機架(6’)之后有控制地分兩級冷卻(10、11、12)到在320-480℃的貝氏體形成區域內的帶材溫度，其中具有在大約650-730℃溫度下的停留時間，該停留時間的開始通過冷卻曲線到鐵素體區域中的進入來確定，并且該停留時間的持續時間通過奧氏體轉換為至少40％鐵素體來確定。
文檔編號C21D8/04GK101297049SQ200680039706
公開日2008年10月29日 申請日期2006年10月10日 優先權日2005年10月25日
發明者A·斯普羅克, C·比爾根, J·奧勒特, W·亨寧 申請人:Sms迪馬格股份公司