冷轧且连续退火的高强度钢带材及生产所述钢的方法

摘要

冷轧且连续退火的高强度钢带材，包含(以重量％计)：0.04－0.30％C，1.0－3.5％Mn，0－1.0％Si，0－2.0％Al，0－1.0％Cr，0－0.02％P，0－0.01％S，0－0.25％V，0－0.1％Nb，0－0.20％Ti，0－0.015％N，0－0.010％B，不可避免的杂质，余量的铁，该钢带材提供有热浸镀锌或镀锌层退火处理的锌合金涂层，其中所述锌合金由如下构成：0.3－4.0％Mg和0.05－6.0％Al；任选的最多0.2％的一种或多种附加元素；不可避免的杂质；余量的锌，和其生产方法。

说明书

技术领域

本发明涉及提供有锌合金涂层的冷轧且连续退火的高强度钢带材 及其生产方法。

背景技术

高强度钢在汽车和建筑应用中由于朝向重量减轻的驱使而得到逐 渐增多的使用。为了弥补所产生的用于构造车辆的材料的厚度降低， 考虑具有较高强度的材料。然而，较高强度通常以可成型性为代价。 结果，目前着眼于具有良好可成型性的许多高强度钢。这些钢的开发 通常产生具有显微组织和化学组成的很特定组合的钢，并且以仔细设 计和受控生产方法进行生产。

通过使用具有较高强度的较薄钢，要求钢对于腐蚀受到充分防护。 通过提供具有金属涂层的钢可以获得这种防护。提供具有锌涂层的钢 带材是公知的，特别是对于汽车和建筑用途。为了以经济的方式在钢 带材上获得薄锌层，一般做法是通过热浸镀锌来涂覆钢带材，其中所 述带材移动通过熔融锌的浴液。熔融锌附着到钢上，并且在大多数情 形中在所述带材从浴液离开时，通常使用气刀将过剩的锌从带材上除 去从而获得薄涂层。本领域中已知将某些化学元素加入到浴液中来改 善锌涂层的品质和/或改进涂覆钢带材的方法。作为元素，经常选择铝 和镁。

发明内容

这些仔细调制的组合导致高强度钢的生产倾向于因显微组织的波 动而使力学性能显著波动。因此本发明的目的是提供一种生产高强度 钢的方法，该钢具有对过程波动较不敏感的一致的力学性能。对高强 度钢镀锌的另一个问题是这些钢对于锌涂层显示出差的可润湿性，这 是由于在该钢中使用的较高量的合金化元素。与惰性界面(例如金上 的水)之间润湿的热力学平衡性质形成对比的是，通过热浸镀使钢表 面覆盖有液体Zn涂层是复杂的反应性润湿过程。然而，已知对氧具有 高亲和力的合金化元素例如Mn、Al、Si等导致在退火处理期间钢表面 上氧化物的富集。通常已知这样的氧化物对于液体锌的可润湿性非常 差。本发明的目的是提供锌涂层，该涂层提供了高强度钢基材的充分 可润湿性，尽管钢中高水平的合金化元素对于获得充分的可润湿性是 不利的。

通过冷轧和连续退火的高强度钢带材实现本发明的目的，所述钢 带材包含(所有百分数以重量％计，除非另外指明)：

0.04-0.30％C

1.0-3.5％Mn

0-1.0％Si

0-2.0％Al

0-1.0％Cr

0-0.02％P

0-0.01％S

0-0.25％V

0-0.1％Nb

0-0.20％Ti

0-0.015％N

0-0.010％B

不可避免的杂质

余量铁，

提供有热浸镀锌的锌合金涂层，其中所述锌合金涂层由如下构成： 0.3-4.0％Mg和0.05％-6.0％Al以及任选最多0.2％的一种或多种附加元 素连同不可避免的杂质，及余量的锌。

可按少量即小于0.2重量％加入的附加元素可为Pb或Sb、Ti、Ca、 Mn、Sn、La、Ce、Cr、Ni、Zr或Bi。通常加入Pb、Sn、Bi和Sb以便 形成锌花。优选地，锌合金中附加元素的总量为最多0.2％。对于通常 的应用，这些少量的附加元素不会以任何明显程度改变涂层或浴液的 性能。优选地，当锌合金涂层中存在一种或多种附加元素时，每一种 以＜0.02重量％的量存在，优选每一种以＜0.01重量％的量存在。这是 因为附加元素与加入的镁和铝相比不以明显程度改变抗腐蚀性，并且 附加元素使涂覆的钢带材成本更高。通常仅在具有用于热浸镀锌的熔 融锌合金的浴液中加入附加元素以便抑制形成浮渣，或者以便在涂层 中形成锌花。因此保持所述附加元素尽可能地低。锌合金涂层的厚度 优选为3-12μm，这是因为较厚的涂层对于大多数用途并非必需。根 据本发明的锌合金涂层改善了对腐蚀的防护，使得最多12μm的厚度 对于几乎所有用途是足够的。薄涂层对于(例如通过激光焊接)将两 片具有根据本发明涂层的钢板材焊接在一起也是有益的。在优选实施 方案中，锌合金涂层具有3-10μm的厚度，这对于汽车应用是优选的 厚度范围。根据另一优选的实施方案，锌合金涂层具有3-8μm或甚 至7μm的厚度。当在不使用隔片的情况下产生改良的激光焊缝是重 要时，该厚度是优选的。

本发明人发现，根据本发明的钢为根据本发明的锌合金涂层提供 了优异的基材可润湿性，不管是否有已知不利地影响钢基材可润湿性 的高水平合金化元素。重要地是注意，根据本发明的钢不含有作为合 金化元素的镍，这是因为镍与Mg形成化合物：MgNi₂和Mg₂Ni。如果来 自钢的镍与来自镀液的Mg形成这些化合物，则发生不希望的浮渣形成 且兼有镀液的不希望的Mg耗尽。因此出于处理原因，含镍基材是不希 望的。

优选地，显微组织包含90-65％铁素体，优选85-70％，更优选 80-75％。在临界区(inter critical)退火OAT后即刻冷却之前将存 在的奥氏体部分优选完全转变为非铁素体显微组织组分(优选贝氏体、 马氏体、针状铁素体)或者部分保持为残余奥氏体。在实施方案中， 钢带材包含90-65％铁素体，组织的其余部分为针状铁素体、贝氏体、 马氏体或残余奥氏体。优选地，显微组织不包含珠光体，尽管钢中可 以存在碳化铁析出物例如不是珠光体中片层形式的渗碳体。因此，获 得了具有所需力学性能与优异抗腐蚀性的钢基材的组合。铝含量限于 6％以便不损害可焊性。通常认为含Mg的锌层比不含Mg的锌层硬。虽 然事实上这通常意味着所述层更脆，但本发明人发现锌合金涂层的附 着性显著更好，以至于甚至在成形期间的高接触压力期间锌合金涂层 也不屈服于压力并且保留在适当位置来在成形期间或之后保护产品不 受腐蚀。在成型操作中高强度钢部件成型期间的较高接触压力不导致 涂层的损伤，例如经常发生于镀锌层退火(galveannealed)涂层的损 伤，并且其不如一般镀锌的锌层那样易于刮擦掉。这可能是因为认为 Mg的加入对于促进涂覆钢和(热)成形工具之间的润滑是有益的。本 发明人认为，在锌浴液上形成的Mg的氧化物保护锌在涂覆期间免于蒸 发。在热浸镀锌期间减少的锌蒸发在进口(snout)区域中也是有益的。 进口是带材进入锌浴液的位置。一般地，锌蒸发并且在较冷区域处形 成粉尘(锌和氧化锌)，所述粉尘可以落在进口中的带材和锌浴液表 面上。这可在锌涂层中产生缺陷。浴液表面上的Mg氧化物限制该区域 中锌的蒸发且因此减少锌涂层中缺陷的发生机会。

因为Fe₂Al₅的形成，涂层总是包含一些铁，即使从其沉积涂层的 浴液不含有上文限定的作为附加元素的铁。铁构成不可避免的杂质的 原因是使用钢基材。铁不是附加元素并且应优选不超过1.5％或更优选 1.0％。在本发明的实施方案中，涂层中的铁含量限制到低于0.6％，优 选低于0.4％。甚至更优选该量限制到低于0.2％。

在本发明的实施方案中，钢基材仅由明确要求的合金化元素构成。 其它元素例如氧或稀土元素可以仅以不可避免的杂质存在，且余量是 铁。

可使用0.05％的最小铝水平，这是因为其对于防止Fe和Zn之间 的所有反应都是不重要的。没有任何铝时，厚的固态(solid)Fe-Zn 合金在钢表面上生长并且涂层厚度不可通过用气体擦拭进行平稳地调 节。0.05％的铝含量足以防止成问题的Fe-Zn合金形成。优选地，铝含 量为至少0.3％。最后，钢的可磷化性由于Mg的加入而得到改善。

在本发明的实施方案中，锌合金包含0.3-2.3重量％镁和0.6-2.3 重量％铝。通过将镁水平限制到最多2.3％，减少锌浴液上氧化浮渣的 形成，同时维持腐蚀防护处于足够高的水平。通过限制铝含量，可焊 性得到改善。在优选实施方案中，锌合金层中的硅含量低于0.0010 重量％。

根据优选实施方案，提供了具有锌合金涂层的钢带材，其中所述 锌合金包含1.6-2.3重量％镁和1.6-2.3重量％铝。这是优选实施方案， 因为在这些值下涂层的腐蚀防护处于最大，并且腐蚀防护不受小的组 成变化影响。高于2.3重量％镁和铝时，涂层可变脆并且涂层的表面品 质可降低。

在本发明的实施方案中，提供了具有锌合金涂层的钢带材，其中 所述锌合金含有0.6-1.3重量％铝和/或0.3-1.3重量％镁。对于这些较 少量的铝和镁，不需要常规热浸镀锌浴液和装置的较大改动，而处于 0.3-1.3重量％水平的镁相当大地改善抗腐蚀性。通常，对于这些量的 镁，加入大于0.5重量％的铝来防止在浴液上形成比常规浴液更多的氧 化浮渣；浮渣可在涂层中导致缺陷。具有这些量的镁和铝的涂层对于 对表面品质和改善的抗腐蚀性要求高的用途是最佳的。

优选地，锌合金包含0.8-1.2重量％铝和/或0.8-1.2重量％镁。相 对于常规热浸镀锌，这些量的镁和铝对于以有限的额外费用向涂层提 供高的抗腐蚀性、优异的表面品质、优异的可成型性和良好的可焊性 是最佳的。

根据优选实施方案，提供了具有热浸镀锌的锌合金涂层的钢带材， 其中以重量％计的铝量与以重量％计的镁量加上或减去最大0.3重量％ 相同。发现当铝的量等于或几乎等于镁的量时显著地抑制浴液上形成 的浮渣。

在本发明的实施方案中，涂覆有根据本发明的锌合金涂层的钢带 材包含：0.07-0.16％C、1.4-2.0％Mn，优选1.5-1.8％Mn、0.2-0.4％Si， 优选至少0.25％Si、0.5-1.5％Al、0.4-0.8％Cr、0-0.05％Ti、0-0.03％Nb、 0-0.01％N、0-0.002％B和作为杂质的V。

在优选实施方案中，未加入作为合金化元素的硼，但如果存在， 硼仅作为杂质而存在。已知硼显著地影响淬硬性，由此在损失残余奥 氏体的情况下促使马氏体形成，且因而损害钢的可成型性。根据该实 施方案的钢的显微组织不含珠光体，而包含铁素体、贝氏体、马氏体 和残余奥氏体。优选地，残余奥氏体的体积分数为1-10％，优选约5％。 贝氏体优选不含碳化物。这些钢提供了良好的抗拉强度且兼有高的延 展性和优异的抗腐蚀性及可焊性。

在本发明的优选实施方案中，钢带材包含0.07-0.12％C和 0.5-1.0％Al。根据该实施方案的钢的抗拉强度稍微较低，为约600MPa。 合金化元素的减少意味着必须对冷轧后的退火处理进行调整以便仍获 得无珠光体的显微组织，该显微组织包含铁素体、贝氏体、马氏体和 残余奥氏体。

在本发明的实施方案中，提供有根据本发明的锌合金涂层的钢带 材包含0.07-0.20％C、1.2-3.5％Mn、0-1.5％Al、0-0.15％Ti、0-0.002％B。

在优选实施方案中，未加入作为合金化元素的硼，但如果存在， 硼仅作为杂质而存在。根据该实施方案的钢的显微组织无珠光体，而 包含铁素体、马氏体和碳化物。优选地，铁素体的体积分数为70-95％， 优选约80％。锌合金涂层的施加向高强度钢提供了良好延展性。优选 地，钢带材包含0.07-0.17％C、1.2-2.5％Mn和0-1.0％Al。更优选地， 钢带材包含0.07-0.12％C、1.2-2.0％Mn、0-0.4％Si、0-1.0％Al、 0-0.05％Ti、0-0.07％Nb、0-0.01％N。两个优选实施方案均提供了稍微 较低的抗拉强度且兼有较高的延展性和优异的抗腐蚀性及可焊性。

在本发明的实施方案中，涂覆有根据本发明的锌合金涂层的钢带 材包含0.15-0.30％C、1.5-3.5％Mn、0.5-2.0％Al、0-0.05％Nb、0-0.01％N、 0-0.002％B。在优选的实施方案中，未加入作为合金化元素的硼，但如 果存在，硼仅作为杂质而存在。根据该实施方案的钢的显微组织无珠 光体，而包含铁素体、贝氏体、马氏体和残余奥氏体。该钢有时称作 TRIP钢。优选地，残余奥氏体的体积分数为1-10％，优选约5％。所述 贝氏体优选无碳化物。锌合金涂层的施加向高强度钢提供了良好延展 性和优异的抗腐蚀性及可焊性。在实施方案中，钢带材包含 0.15-0.24％C、1.5-2.0％Mn、0.2-0.8％Si，优选0.2-0.6％Si，优选至 少0.25％Si、0.5-1.5％Al、0-0.05％Nb，优选最多0.03％。在优选实施 方案中，钢带材包含0.15-0.20％C。

根据本发明的第二方面，提供了生产冷轧且连续退火的高强度钢 带材的方法，该方法包括下面的顺序步骤：

-提供冷轧钢带材，该钢带材包含：

0.04-0.30％C

1.0-3.5％Mn

0-1.0％Si

0-2.0％Al

0-1.0％Cr

0-0.02％P

0-0.01％S

0-0.25％V

0-0.1％Nb

0-0.20％Ti

0-0.015％N

0-0.010％B

不可避免的杂质

余量的铁

-将带材加热到临界区退火温度IAT

-将带材在IAT保持足以获得所需的铁素体与奥氏体之比的退火 时间

-将带材冷却至过时效温度OAT

-将带材在OAT保持过时效时间

-将带材加热至镀锌温度GT

-通过将带材浸入具有锌浴液温度ZBT的熔融浴液中来涂覆带材， 所述浴液包含待涂覆到钢带材上的锌合金涂层所用的锌合金

-冷却带材。

在将带材加热到IAT期间，取决于IAT和在IAT的退火时间，基 本上为铁素体的钢基质部分地转变为奥氏体。出于简明目的，可如图 1中示意性所示将IAT选择为恒定，然而还能够如图2中示意性所示， 将带材快速加热到稍微低于IAT的温度，接着缓慢加热到峰值IAT和 接着缓慢冷却到再次稍微低于IAT的温度，以便在IAT下的退火处理 结束时获得所需的铁素体与奥氏体之比。优选地，冷却到OAT之前奥 氏体内含物的体积分数为最多50％。然而，为了保持足够的淬硬性， 该体积分数优选为10-35％，优选15-30％，优选20-25％。在本发明的 实施方案中，AIT为750-850℃，优选780-830℃。

具体实施方式

在本发明的实施方案中，钢基材仅由明确要求的合金化元素构成。 其它元素例如氧或稀土元素可仅以不可避免的杂质存在，余量是铁。

在实施方案中，加热至IAT的步骤快速地进行到高于Ac1的温度， 且具有Ac1+20至Ac1+80的过热以便实现奥氏体的快速成核。本发明 人发现该快速加热步骤(其在大多数退火装置中与直接燃烧炉(DFF) 相符合，且因此快速加热步骤终止于DFF的出口)导致强度增加，并 且延展性通过显微组织的细化和无带状物结构的促进而得到维持或甚 至改善。对于发明的所有实施方案，发现了与高于Ac1的过热结合的 快速加热的这种作用。极限抗拉强度的改善范围根据化学组成而为 30-120MPa。优选地，加热速率为10-50℃/s，更优选15-40℃。发现 加热速率的合适值为15-25℃/s例如约20℃/s。在快速加热后，可以 按较慢的加热速率进行加热至IAT的其余部分(如在图2中)，或者 通过快速加热速率可已达到IAT(如在图1中)。

在实施方案中，过时效温度OAT比GT最多低150℃，优选比GT 最多低100℃，更优选比GT最多低70℃，甚至更优选比GT最多低50 ℃。通过允许OAT低于GT，可设定该处理以在从IAT冷却和独立于随 后热浸涂覆的在OAT下的过时效处理之后获得所需的显微组织。发现 在低于GT的温度下的过时效提供了强度和延展性的非常良好的组合。 在另一方面，可将热浸处理进行最优化以便获得最佳腐蚀防护、涂层 覆盖和涂层附着。

在本发明的实施方案中，OAT比GT至少低10℃，优选至少低20 ℃，更优选比GT至少低30℃。在本发明的实施方案中，通过感应加 热步骤实现从OAT到GT的升温。感应加热是快速且清洁的加热方法， 以便不污染待热浸涂覆的钢带材的表面并且非常短的加热工段是足够 的。对于可实现将钢带材从OAT加热到GT的加热步骤没有限制，但本 发明人发现可通过感应加热经济地跨越(bridge)OAT和GT之间10-75 ℃的温度差异。

在实施方案中，锌浴液温度ZBT比GT低最多25℃，优选最多20 ℃，更优选最多15℃，甚至更优选最多10℃。优选地，钢带材在进入 熔融锌合金的浴液之前的温度GT为380℃至850℃之间，更优选为熔 融锌合金浴液的温度至高于浴液温度25℃之间。钢带材的温度应不低 于锌合金的熔点以避免锌浴液的局部凝固。高的钢带材温度将引起锌 的较高的蒸发，从而导致粉尘形成。高的钢带材温度还可加热锌浴液， 从而需要连续冷却浴液中的锌，这是昂贵的。出于这些原因，刚好高 于浴液温度的钢带材温度是优选的。

在实施方案中，OAT为350-450℃，优选380-430℃。发现在这些 温度边界内的OAT为获得高的强度和延展性提供了最佳显微组织。

在实施方案中，ZBT为430-490℃，优选440-480℃，更优选450-470 ℃。根据该方法的优选实施方案，熔融锌浴液的温度ZBT保持为380 ℃-550℃，优选430℃-490℃。440℃的下限对于避免任何凝固是绝对 安全的。提高锌浴液温度增加了锌蒸发并且在镀锌生产线中导致粉尘 形成，从而引起表面缺陷。因此上限应合理地低，对此550℃是适当 的，并且优选480℃作为技术上可能的上限。

在优选实施方案中，提供了根据上文所述过程的生产冷轧且连续 退火的高强度钢带材的方法，其中所述钢带材包含如下成分，优选由 如下成分组成，以重量％计：

0.04-0.16％C，优选0.08-0.12％C

1.4-2.0％Mn，优选1.5-1.8％Mn

0.2-0.4％Si，优选至少0.25％

0.5-1.5％Al

0.4-0.8％Cr

0-0.05％Ti

0-0.03％Nb

0-0.01％N

0-0.002％B，优选硼作为杂质

作为杂质的V

不可避免的杂质

余量的铁

在优选实施方案中，不加入硼作为合金化元素，但如果存在，硼 仅作为杂质而存在。钢基材的组成、退火处理、热浸涂覆处理和独立 于热浸涂覆处理来控制显微组织的能力的组合提供了具有优异的强 度、一致性和延展性的高强度钢带材，然而可独立于过时效处理进行 涂覆处理以便获得涂层的最佳品质。这是大的优点，因为通常显微组 织的组分和因此在退火处理初始阶段中产生的力学性能在镀锌处理的 较后阶段中受到不利影响。优选通过感应加热获得过时效和热浸涂覆 之间带材的加热。在优选实施方案中，钢带材包含0.04-0.12％C，或 甚至0.8-0.12％C。本发明人发现，当对于40秒-150秒，优选60-100 秒，更优选70-90秒的过时效时间选择OAT为380-430℃时，对于该 特定组成获得强度和延展性的非常良好的组合，特别是对于具有 0.3-0.7％铝含量的钢。当钢的铝含量为约1％时，在400-420的OAT下 120秒的退火时间提供了良好的结果。

为了进一步改善锌合金涂层的品质，在锌合金涂覆步骤之后且在 冷却到环境温度的步骤之前可使用镀锌层退火处理步骤。镀锌层退火 处理步骤可以包括在热浸之后即刻加热带材例如在470-550℃下 20-40秒，以便在锌合金涂层中获得至多15％，优选7-13％，例如约10％ 的铁含量。

在实施方案中，锌合金由如下构成：0.3-4.0％Mg和0.3-6.0％Al； 任选的最多0.2％的一种或多种附加元素；不可避免的杂质；余量的锌。 优选地，锌合金由如下构成：0.3-2.3重量％镁；0.5-2.3重量％铝；任 选的＜0.2重量％的一种或多种附加元素；不可避免的杂质；余量的锌。 优选地，锌合金包含小于0.0010重量％的硅。

在实施方案中，锌合金浴液含有1.5-2.3重量％镁和1.5-2.3重量 ％铝。优选地，锌合金浴液含有0.6-1.3重量％铝，优选含有0.7-1.2 重量％铝和/或锌合金浴液含有0.3-1.3重量％镁，优选含有0.7-1.2 重量％镁。对具有根据本发明的组成的各种钢基材进行工业测试。锌合 金涂层包含基本相等的各为1.5-2％的铝和镁含量。发现附着性是优异 的且与钢基材的组成无关，尽管使用了显著量的合金化元素。