冷轧钢板及其制造方法.pdf

本发明涉及一种制造冷轧钢板的方法，该方法包括：加入0.005重量％或更低的碳(C)、0.002重量％至0.005重量％的氮(N)、0.1重量％至1.0重量％的锰(Mn)、0.005重量％至0.1重量％的磷(P)、0.015重量％至0.04重量％的铌(Nb)、0.3重量％或更低的硅(Si)、0.02重量％或更低的硫(S)、0.001重量％至0.03重量％的铝；将Nb/C的原子比值调节为1或更高，并将Al/N的原子比值调节为0.5至1.5，在1150℃至1300℃的温度下将钢均匀化，其中所述钢含有铁(Fe)并且其余为在制造钢的过程中不可避免地包含的元素；将最终热轧制温度设定为890℃至950℃，该温度高于Ar3临界点；以及将所述热轧钢板进行热卷绕，并以40％至80％的冷轧压下率对所述热轧钢板进行冷轧。

1.  一种制造冷轧钢板的方法，包括：
加入0.005重量％或更低的碳(C)、0.002重量％至0.005重量％的氮(N)、0.1重量％至1.0重量％的锰(Mn)、0.005重量％至0.1重量％的磷(P)、0.015重量％至0.04重量％的铌(Nb)、0.3重量％或更低的硅(Si)、0.02重量％或更低的硫(S)、0.001重量％至0.03重量％的铝；
将Nb/C的原子比值调节为1或更高，并将Al/N的原子比值调节为0.5至1.5，
在1150℃至1300℃的温度下将钢均匀化，其中所述钢含有铁(Fe)并且其余为在制造钢的过程中不可避免地包含的元素，将最终热轧制温度设定为890℃至950℃，该温度高于Ar3临界点；以及
将所述热轧钢板进行热卷绕，并以40％至80％的冷轧压下率对所述热轧钢板进行冷轧。

2.  根据权利要求1所述的制造冷轧钢板的方法，
其中在所述冷轧之后，于750℃至880℃下进行退火。

3.  根据权利要求1或2所述的制造冷轧钢板的方法，
其中在450℃至650℃的温度下进行热卷绕。

4.  一种由钢形成的冷轧钢板，所述钢含有：0.005重量％或更低的碳、0.002重量％至0.005重量％的氮(N)、0.1重量％至1重量％的锰(Mn)、0.005重量％至0.1重量％的磷(P)、0.015重量％至0.04重量％的铌(Nb)、0.3重量％或更低的硅(Si)、0.02重量％或更低的硫(S)、0.001重量％至0.03重量％的铝，余量为铁(Fe)以及在制造所述钢的过程中不可避免地包含的元素，
其中Nb/C的原子比值被调节为1或更高，并且Al/N的原子比值被调节为0.5至1.5。

冷轧钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及用于汽车的外板(如门、引擎罩和行李箱盖)的冷轧钢板的制造方法，更具体的说，本发明涉及一种室温下具有优异的耐应变时化性(strain aging resistance)以及烘烤硬化性的冷轧钢板的制造方法，所述方法为：在低碳钢中，调整用以固定碳和氮(其为固溶元素)的铌(Nb)和铝(Al)的量，并适当地调整锰(Mn)和磷(P)的量以调整钢的强度，同时保持外板以及涂漆-热处理之后的最终产品所需的高屈服强度。
背景技术
近年来，车辆用冷轧钢板需要具有高强度，以通过降低车辆的重量来提高燃料效率并降低车体重量，并且还需要具有足够的屈服强度和抗拉强度、良好的压制成形性、点焊性、疲劳特性以及耐油漆腐蚀性等等。
一般来说，钢板在强度和成形性方面具有相对立的特性，但是已知双相钢板和烘烤硬化性钢板可作为同时满足这两种性能的钢板。
尽管双相钢板具有超过40kgf/mm²级别的高抗拉强度，但其压制成形性低，除此之外，由于双相钢板中添加了大量的合金元素(如锰和铬)，因此其制造成本昂贵。
另一方面，当其抗拉强度为小于或等于40kgf/mm²级别时，烘烤硬化性钢板具有接近于软钢板的屈服强度，使得它们具有优异的可锻性以及钢的特性，其中，在压制成形之后的烘烤硬化过程中，屈服强度增加。
烘烤硬化是利用了一种应变时化的工艺，所述应变时化是通过将在碳或氮(其为溶解于钢中的间隙金属)变形时所产生的电荷固定而产生的。随着固溶液中碳和氮的溶解量增加，烘烤硬化水平随之增高，但是自然时化会伴随着元素的过量溶解，并且压制成形性发生劣化。因此，对固溶元素进行控制是很重要的。
在相关领域中，通过如下方法来制造用于车辆外板的钢板：适当地调节加入到超低碳铝镇静钢中的钛(Ti)或铌(Nb)的量以调节钢中的固溶元素的量，从而确保烘烤硬化性，并通过加入磷(P)、锰(Mn)和硅(Si)(均为固溶强化元素)等来确保获得屈服强度。
通过加入钛来控制固溶碳的剩余量从而制造烘烤硬化型钢的方法，可以使材料质量的差别加大，这是因为钛会与钢中诸如氮(N)、硫(S)、碳(C)等多种元素结合，从而使得固溶碳(其对最终的烘烤硬化性具有影响)的含量发生显著改变。
此外，根据制造烘烤硬化型钢的其他例子，通过加入铌(Nb)来控制固溶碳的剩余量的方法需要进行高温退火，这样可能会使材料质量的差别随退火条件而加大、并且在制造热浸镀材料的过程中镀覆质量可能发生劣化。此外，对于在相关领域内通过使用固溶碳来确保烘烤硬化性的方法而言，由于碳的扩散速率较高，因此难以确保获得较长的时化保证期。
也就是说，相关领域中的烘烤硬化钢具有这样的缺陷：其烘烤硬化性较高，而在试图通过维持钢中的固态碳以确保烘烤硬化性时，由于碳在室温下具有高扩散速度，因此这种钢在室温下的耐应变时化性降低。
此外，由于铝脱氧钢中的大部分固溶氮在卷绕工艺中会形成AlN，或者添加有钛的钢会在高温下形成TiN，因此这些元素不能被用作固溶元素。
另外，有这样一种确保烘烤硬化性的示例性方法，其针对碳含量为0.01％或更高的低碳钢，通过实施高温退火以除去固溶碳、并通过加入铝以除去固溶氮。然而，高温退火具有这样的缺陷：材料各部分的质量差别会随着控制条件的不同而加大，并且退火后固溶碳不能被完全除去。
在这种情况中，即使通过加入钛和铌以除去固溶碳，也会由于剩余的固溶碳而造成成形性劣化，并且不能充分地确保获得室温下的耐应变时化性，除非对NbC和TiC进行控制。
发明内容
技术问题
为了克服这些问题，本发明的目的是提供一种具有优异的耐冲击性(dent resistance)的冷轧钢板，所述方法为：调整用以固定碳和氮的铌(Nb)及铝(Al)的量，适当地调整锰(Mn)和磷(P)的量以调整钢的强度，并利用低温退火和低温卷绕，以维持外板所需的屈服强度以及涂漆-热处理之后的最终产品的高屈服强度。
技术方案
本发明的冷轧钢板的制造方法包括：加入0.005重量％或更低的碳(C)、0.002重量％至0.005重量％的氮(N)、0.1重量％至1重量％的锰(Mn)、0.005重量％至0.1重量％的磷(P)、0.015重量％至0.04重量％的铌(Nb)、0.3重量％或更低的硅(Si)、0.02重量％或更低的硫(S)、0.001重量％至0.03重量％的铝；将Nb/C的原子比值调节至1或更高，并将Al/N的原子比值调节为0.5至1.5；在1150℃至1300℃下将钢均匀化，其中所述钢含有铁(Fe)并且其余为在钢制造过程中不可避免地包含的元素；将最终热轧制温度设定为890℃至950℃(该温度恰好高于Ar3临界点)；将热轧钢板进行热卷绕，并以40％至80％的冷轧压下率(cold reduction ratio)对热轧钢板进行冷轧。
此外，在冷轧后，在750℃至880℃的温度范围内进行退火。
此外优选的是，在450℃至650℃的温度范围内进行热卷绕。
由本发明的实施方案的钢所形成的冷轧钢板包含：0.005重量％或更低的碳(C)、0.002重量％至0.005重量％的氮(N)、0.1重量％至1重量％的锰(Mn)、0.005重量％至0.1重量％的磷(P)、0.015重量％至0.04重量％的铌(Nb)、0.3重量％或更低的硅(Si)、0.02重量％或更低的硫(S)、0.001重量％至0.03重量％的铝，余量为铁以及在钢制造过程中不可避免地包含的元素，其中Nb/C的原子比值被调节为1或更高，并且Al/N的原子比值被调节为0.5至1.5。
有益效果
本发明被设计为通过使用碳和氮作为固溶元素来制造冷轧钢板，该冷轧钢板具有优异的室温下的耐应变时化性以及烘烤硬化性。因此，本发明具有如下优点：制造具有优异的室温下的耐应变时化性以及烘烤硬化性的冷轧钢板，以及使用低温退火和低温卷绕。
此外，本发明具有这样的优点：通过最大程度地防止形成固溶碳，以阻止碳对烘烤硬化造成的影响，从而防止出现非均匀加工、并确保获得室温下的耐应变时化性以及较长的时化保证期。
此外，根据本发明的实施方案，由于锰含量降低，因此加工性和点焊性能得以改善。通过控制沉淀物以及固溶氮来控制烘烤硬化，从而弥补了由锰含量的降低所造成的钢板强度的下降。因此，本发明可稳定地用于车辆的外板。
附图说明
图1为示出根据冷轧钢板制造方法的实施方案与具有不同元素的比较例之间的对比情况的图，其示出了烘烤硬化值随热卷绕温度的改变而发生的变化。
图2为示出本发明实施方案与对比例的烘烤硬化值随退火温度的改变而发生的变化的图。
本发明的最佳实施方式
下面将参照附图对本发明的优选实施方案进行详细描述。
本发明的实施方案的冷轧钢板及其制造方法包括：加入0.02重量％至0.05重量％的氮(N)、0.1重量％至1重量％的锰(Mn)、0.005重量％至0.1重量％的磷(P)、0.015重量％至0.04重量％的铌(Nb)、0.3重量％或更低的硅(Si)、0.02重量％或更低的硫(S)、0.001重量％至0.03重量％的铝；将Nb/C的原子比值调节至1或更高，并将Al/N的原子比值调节为0.5至1.5；在1150℃至1300℃的温度下(其为奥氏体温度区域)将钢均匀化，其中所述的钢含有铁(Fe)并且其余为在钢制造过程中不可避免地包含的元素；在最终热轧制过程中，在890℃至950℃下(该温度高于Ar3临界点)对钢进行轧制，从而形成热轧钢板；在450℃至650℃的温度范围内将热轧钢板进行热卷绕，以40％至80％的冷轧压下率对热轧钢板进行轧制，并在750℃至880℃的温度下进行退火。
然后，可通过以下方法制造经热浸镀的钢板，所述方法为：在合金化热浸镀生产线上，通过镀铝锌工艺或者镀锌工艺，于460℃的温度下进行热浸镀，并在460℃至560℃的温度下进行合金化。
优选的是，在退火后于400℃下进行过时化(overaging)处理，但是当退火在低温下进行时，则可以不进行过时化处理。
镀覆温度为460℃，该温度为本领域内已知的熔炉内的温度，并且优选不对该温度进行规定。
当热卷绕温度低于450℃时，在钢坯再加热过程中氮结合成AlN，从而不能通过氮来确保获得烘烤硬化性。
相反，当卷绕温度高于650℃时，烘烤硬化性会快速降低，因此可将热卷绕温度限定为450℃至650℃。
此外，根据本发明的合金组成，采用碳含量为0.005重量％或更低的超低碳钢，来最大程度地防止形成固溶碳，并且通过降低原料钢中的碳含量而仅使用固溶氮，来控制钢的烘烤硬化性。
与利用碳相比，仅利用氮进行控制更有利于获得烘烤硬化性。这是因为氮在钢中的扩散速度比碳低，因此这对室温下的耐应变时化性是有利的。室温下的耐应变时化性使钢的质量随着时间的延长而发生改变，并且由于烘烤硬化钢在由钢材制造商供应给汽车制造商之后的很长一段时间之后才会被使用，因此应确保烘烤硬化钢在室温下具有耐应变时化性。
通过调节Nb/C的原子比值来最大限度地除去残存的极少量的固溶碳。将Nb/C的原子比值调节为1或更高，这使得钢中的全部固溶碳转化为NbC沉淀物，从而仅有固溶氮存在于钢中。因此，在烘烤硬化时可防止固溶碳的影响。
通过与氮形成沉淀物的铝来对固溶氮进行控制。当固溶氮未被恰当地控制时，室温下的耐应变时化性以及成形性会发生劣化。将用以控制固溶氮的Al/N的原子比值调节为0.5至1.5。这是因为当Al/N的原子比值低于0.5时，不能稳定地确保室温下的耐应变时化性，而当Al/N的原子比值高于1.5时，则不能确保固溶氮具有合适的含量，从而会使烘烤硬化性劣化。
此外，本发明的合金组成通过降低锰(其会使加工性和点焊性能发生劣化)的含量，来提高加工性和点焊性能。通过均匀化处理、并通过NbC和AlN的沉积硬化而使结构变得精细，来弥补由锰含量的降低所造成的冷轧钢板强度的下降。
本发明实施方案的冷轧钢板中所含成分以重量％计(下文中称为％)如下。
1.碳(C)：0.005％或更低
当碳含量大于或等于0.005％时，用以固定碳的铌Nb含量会增加，这不仅使钢的制造成本增加，而且会使钢的加工性下降。
此外，当利用铌对碳进行的固定不充分时，会快速发生由碳造成的时化，可能使得钢在室温下的耐应变时化性降低。因此，将碳的含量限定为0.005％或更低。
2.硅(Si)：0.3％或更低
硅(Si)会提高在钢中以固溶态存在的碳的活性，从而使室温下的耐应变时化性劣化并使得镀覆质量显著降低。此外，尽管随着硅的含量增加，强度会由于固溶硬化而增加，但是这会使可锻性降低，因此将硅的最大添加量限定为0.3％。
3.锰(Mn)：0.1％至1.0％
锰(Mn)以固溶态存在于钢中，并且其具有提高钢强度的功能。然而，其含量为1.0％或更高时会大大降低可锻性，因此将锰的最高添加量限定为1.0％。另一方面，当不向钢中加入锰时，存在于钢中的硫可能会造成热脆性，因此优选将锰的最低添加量限定为0.1％。
4.磷(P)：0.005％至0.1％
磷(P)以固溶态存在于钢中，并且其具有提高钢强度的功能。其含量为0.1％或更高时会大大降低钢的可锻性和可焊性，因此将磷的最高添加量限定为0.1％。然而，当不向钢中加入磷时，则难以确保钢具有足够的强度，因此优选将磷的最低添加量限定为0.005％。
5.铌(Nb)：0.015％至0.04％
加入铌以固定在钢中以固溶态存在的碳。存在于钢中的固溶碳会阻止冷轧总体结构(collective structure)的形成，从而使钢的加工性劣化。此外，当碳以固溶态存在时，碳的快速扩散会使室温下的耐应变时化性劣化，因此需要足够量的铌来将固溶碳固定。将铌的所需含量设定为使得Nb/C的原子比值为1或更高；因此，考虑到碳的含量，将铌的最低含量限定为0.015％，并且将其最高含量限定为0.04％。
6.氮(N)：0.002％至0.005％
一般来说，氮(N)是不可避免地会加入到钢中的元素；然而，由于本发明利用氮来控制烘烤硬化性，因此需要调整本发明中的氮的添加量。当其添加量过低时，则难以确保烘烤硬化性，而当添加量过高时，则可以通过氮来确保获得足够的烘烤硬化性，但是可能会由于固溶氮而造成时化并使加工性劣化。因此，氮的添加量在0.02％至0.005％的范围内。
7.铝(Al)：0.001％至0.03％
另外还加入铝以使钢脱氧，但是铝会与本发明中的氮结合，因而也被用来控制烘烤硬化性。当铝含量为0.001％或更低时，脱氧性降低，并且氧存在于钢中。因此，当在钢制造过程中加入形成氧化物的元素(如锰和硅)时，会形成氧化锰和氧化硅，从而难以对硅等元素进行控制。然而，当铝含量大于或等于0.03％时，则不必要地加入了过量的铝，使得其与钢中存在的氮反应，并形成了氮化铝沉淀物。因此，不能够通过氮来获得烘烤硬化性。所以，将铝的最大添加量限定为0.03％。
此外，在钢的制造过程中，通常会不可避免地包含硫(S)元素，因而将其添加范围限定为0.02％或更低。
下表1示出了分别具有不同组分的本发明实施方案以及比较例。
表1

在表1中，通过以下方法获得所述实施方案和比较例，所述方法为：将固溶钢锭在1250℃的加热炉内保持两小时，并随后对其进行热轧，其中热轧的最终温度为900℃，热卷绕温度为560℃，并且以70％的冷轧压下率进行冷轧。
以-3℃/秒的冷却速度将冷轧样品冷却，并在800℃的温度下连续退火，将连续退火后的样品在万能材料试验机中进行拉伸试验。
下表2示出了随着表1中的各实施方案和比较例的热处理条件和制造条件的改变，机械性能发生的变化。
表2


如表2所示，样品No.1至4对应于本发明实施方案，其抗拉强度为270MPa至360MPa，伸长率为38％至47％，烘烤硬化强度为33MPa至40MPa，并且时化系数小于或等于30，因此它们获得了高强度钢，保持了优异的可锻性，具有高烘烤硬化性，并且在室温下具有出色的耐应变时化性。
另一方面，在比较例No.5、6和8中，Al的添加量较高，因而即使在低卷绕温度下进行卷绕工艺，也会由于铝将氮固定从而不能够确保获得足够的烘烤硬化性。
此外，在比较例No.7中未加入铌，因此有大量的碳以固溶态存在于钢中，从而使烘烤硬化性较高，但是其在室温下的耐应变时化性较低。
图1示出了在比较例和本发明实施方案(实施方案No.1和比较例No.5)的各自一种样品中，烘烤硬化值随热卷绕温度的变化而发生改变，并且图2示出了烘烤硬化值随退火温度的变化而发生改变。
从图1中可看出，随着实施方案No.1的卷绕温度降低，烘烤硬化性随之升高，特别是，当温度低于600℃时，烘烤硬化性快速升高。
这是因为当热轧卷绕温度降低时，AlN的沉淀被推延，因而可存在大量的固溶态氮。
在实施方案No.1、2、3和4(在热轧卷绕工艺中确保具有充足的固溶氮)中，如图2所示，即使在较低的退火温度下也可确保获得足够的烘烤硬化性，因此可实现低温退火。退火温度越低，越节省能量，并且使合金化热浸镀性能得以改善。