Способ изготовления высокопрочного стального листа с покрытием, обладающего улучшенными прочностью, формуемостью, и полученный лист

Настоящее изобретение относится к способу получения высокопрочного стального листа с покрытием, имеющего улучшенную прочность, пластичность и формуемость, и к листам, полученным с помощью способа.

Для изготовления различного оборудования, такого как детали конструктивных элементов кузова и панелей кузова для автомобильной техники обычно используют оцинкованные или отожженные оцинкованные листы, изготовленные из DP (двухфазных) сталей или TRIP (пластичность, наведенная превращением) сталей.

Например, такие стали, которые включают мартенситную структуру и/или остаточный аустенит и которые содержат около 0,2% С, около 2% Mn, около 1,7% Si, имеют предел прочности при разрыве около 750 МПа, предел прочности при растяжении около 980 МПа, общее удлинение более 8%. Эти листы производятся на линии непрерывного отжига охлаждением от температуры отжига выше температуры превращения Ас₃, до перестаривания выше точки превращения Ms и выдержкой листа при температуре в течение заданного времени. Затем лист оцинковывают или оцинковывают и отжигают.

Для снижения массы автомобилей с целью повышения их эффективности использования топлива с учетом глобальной охраны окружающей среды желательно иметь листы с улучшенной текучестью и пределом прочности при растяжении. Но такие листы также должны иметь подходящую пластичность и формуемость и более конкретно подходящей способностью к отбортовке внутренних кромок.

В связи с этим, желательно иметь листы с пределом прочности при разрыве YS, по меньшей мере, 800 МПа, пределом прочности при растяжении TS около 1180 МПа, общим удлинением, по меньшей мере, 14% и коэффициентом раздачи отверстия HER в соответствии со стандартом ISO 16630:2009 более 25%, и даже более 30%. Следует подчеркнуть, что из-за различий в методах измерения, значения коэффициента раздачи отверстия HER в соответствии со стандартом ISO очень разные и несравнимы с величинами коэффициента раздачи отверстия λ в соответствии с JFS Т 1001 (стандарт Федерации черной металлургии Японии).

Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание такого листа и способа его изготовления.

Поэтому изобретение относится к способу изготовления высокопрочного стального листа с покрытием, имеющего улучшенную пластичность и формуемость, листа, имеющего предел прочности при разрыве YS, по меньшей мере, 800 МПа, предел прочности при растяжении TS, по меньшей мере, 1180 МПа, общее удлинение, по меньшей мере, 14% и коэффициент раздачи отверстия HER, измеренные в соответствии со стандартом ISO, по меньшей мере, 30%, путем термической обработки и нанесения покрытия на стальной лист, причем химический состав стали содержит:

0,13%≤С≤0,22%

1,9%≤Si≤2,3%

2,4%≤Mn≤3%

Al≤0,5%

Ti≤0,05%

Nb≤0,05%

остальное Fe и неизбежные примеси,

термическая обработка и нанесение покрытия включают следующие стадии:

- отжиг листа при температуре отжига ТА выше Ас3, но ниже 1000°С в течение времени более 30 с,

- закалка листа его охлаждением до температуры закалки QT между 200°С и 280°С при скорости охлаждения, достаточной для получения структуры, состоящей из аустенита и, по меньшей мере, 50% мартенсита, с таким содержанием аустенита, что конечная структура, то есть после обработки, нанесения покрытия и охлаждения до комнатной температуры, может содержать 3-15% остаточного аустенита и 85-97% суммы мартенсита и бейнита, без феррита,

- нагрев листа до температуры перераспределения РТ между 430°С и 490°С и выдержки листа при этой температуре в течение времени перераспределения Pt между 10 с и 100 с, эта стадия является стадия перераспределения,

- горячее покрытие листа окунанием и

- охлаждение листа до комнатной температуры.

Предпочтительно температура перераспределения РТ может удовлетворять, по меньшей мере, одному из следующих условий: РТ≥455°С и РТ≤485°С.

В ходе перераспределения температура листа может оставаться в пределах между РТ - 20°С и РТ + 20°С или линейно снижаться от температуры повторного нагрева до температуры между 455°С и 465°С.

Предпочтительно химический состав стали может удовлетворять, по меньшей мере, одному из следующих условий: С≥0,16%, С≤0,20%, Si≥2,0%, Si≤2,2%, Mn≥2,6% и Mn≤2,8%.

Предпочтительно после охлаждения листа до температуры закалки QT и до нагрева листа до температуры перераспределения РТ лист выдерживают при температуре закалки QT в течение времени выдержки между 2 с и 8 с, предпочтительно между 3 с и 7 с.

Предпочтительно температура отжига выше Ас3 + 15°С, предпочтительно выше 875°С.

Предпочтительно стадия горячего покрытия является стадией цинкования или стадией цинкования с отжигом при температуре сплавления TGA между 490°С и 530°С или удовлетворяющей, по меньшей мере, одному из следующих условий TGA>515°C и TGA<525°C.

Предпочтительно время перераспределения Pt составляет 10-90 с.

Изобретение также относится к стальному листу с покрытием с химическим составом стали, мас.%:

0,13%≤С≤0,22%

1,9%≤Si≤2,3%

2,4%≤Mn≤3%

Аl≤0,5%

Ti≤0,05%

Nb≤0,05%

остальное Fe и неизбежные примеси. Структура стали состоит из 3-15% остаточного аустенита и 85-97% суммы мартенсита и бейнита, без феррита. По меньшей мере, одна поверхность листа включает металлическое покрытие. Лист имеет предел прочности при разрыве, по меньшей мере, 800 МПа, предел прочности при растяжении, по меньшей мере, 1180 МПа, общее удлинение, по меньшей мере, 14% и коэффициент раздачи отверстия HER, по меньшей мере, 30%. Коэффициент раздачи отверстия HER может быть даже больше 40%.

Необязательно химический состав стали может удовлетворить, по меньшей мере, одному из следующих условий:

С≥0,16%

С≤0,20%

Si≥2,0%

Si≤2,2%

Mn≥2,6%

и

Mn≤2,8%.

Предпочтительно, по меньшей мере, одна сторона с покрытием оцинкована или оцинкована и отожжена.

Предпочтительно содержание С в остаточном аустените составляет, по меньшей мере, 0,9%, более предпочтительно, по меньшей мере, 1,0%, и до 1,6%.

Средний размер аустенитного зерна, то есть средний размер зерна остаточного аустенита, предпочтительно составляет 5 мкм или менее.

Средний размер зерна или блоков мартенсита и бейнита, предпочтительно составляет 10 мкм.

Изобретение далее будет детально описано, но без введения ограничений и иллюстрируется единственной фиг., которая является иллюстрацией примера 1 в соответствии с изобретением.

В соответствии с изобретением, лист получают горячей прокаткой и необязательно холодной прокаткой полупродукта, изготовленного из TRIP или двухфазной стали, химический состав которой содержит в % масс:

- 0,13-0,22% и предпочтительно более 0,16%, предпочтительно менее 0,20% углерода для обеспечения удовлетворительной прочности и улучшенной стабильности остаточного аустенита, что необходимо для получения достаточного удлинения. Если содержание углерода слишком высоко, горячекатаный лист слишком твердый для холодной прокатки и свариваемость является недостаточной.

- 1,9-2,3%, предпочтительно более 2% и менее 2,2% кремния с целью стабилизации аустенита, чтобы обеспечить упрочнение твердого раствора и задерживать формирование карбидов во время перестаривания без формирования оксидов кремния на поверхности листа, которые ухудшают покрываемость. Повышенное количество Si улучшает коэффициент раздачи отверстия и обеспечивает достижение более высоких температур цинкования без ухудшения внутренней микроструктуры путем задержки формирования карбидов - 2,4-3% и предпочтительно более 2,6%, предпочтительно менее 2,8% марганца, чтобы иметь достаточную прокаливаемость чтобы получить структуру, содержащую, по меньшей мере, 85% мартенсита или мартенсита и бейнита, мартенсит является предпочтительным, но часто бывает трудно различить мартенсит и бейнит оптической микрографией, предел прочности на разрыв более 1150 МПа и избежать проблем сегрегации, которые являются вредными для пластичности. Кроме того, 2,4-3% Mn может стабилизировать аустенит во время цинкования;

- до 0,5% алюминия, который обычно добавляют к жидкой стали для раскисления, предпочтительно содержание Аl ограничивается 0,05. Если содержание Аl превышает 0,5%, температура аустенизации будет слишком высокой, чтобы ее достичь, и будет трудно перерабатывать сталь в промышленном масштабе;

- содержание Nb ограничено 0,05%, потому что выше такого значения будут формироваться выделения большого размера и формуемость будет уменьшаться, затрудняя достижение общего удлинения 14%;

- содержание Ti ограничено 0,05%, потому что выше такого значения будут формироваться выделения большого размера и формуемость будет уменьшаться, затрудняя достижение общего удлинения 14%.

Остальное является железом и остаточными элементами, появляющимися при производстве стали. В этом отношении Ni, Cr, Mo, Cu, V, В, S, Р и N, по меньшей мере, рассматриваются как остаточные элементы, которые являются неизбежными примесями. Таким образом, их содержание составляет менее 0,05% для Ni, 0,05% для Cr, 0,02% для Мo, 0,03% для Cu, 0,007% для V, 0,0010% для В, 0,007% для S, 0,02% для Р и 0,010% для N.

Лист получают горячей прокаткой и необязательно холодной прокаткой в соответствии со способами, известными специалистам в данной области техники.

После прокатки листы травят или очищают, затем подвергают термообработке и горячему покрытию.

Термическая обработка, которую предпочтительно выполняют на объединенной линии непрерывного отжига и горячего покрытия, включает стадии:

- отжиг листа при температуре отжига ТА выше температуры превращения стали Ас3 и предпочтительно выше Ас3 + 15°С, т.е. выше 875°С для стали в соответствии с изобретением, чтобы быть уверенным, что структура полностью аустенитная, но ниже 1000°С, чтобы излишне не укрупнять аустенитное зерно. Лист выдерживают при температуре отжига, т.е. поддерживаемой между ТА - 5°С и ТА + 10°С, в течение времени, достаточного для гомогенизации химического состава. Это время предпочтительно составляет более 60 с, но не должно быть более 300 с;

- закалки листа путем охлаждения до температуры закалки QT ниже температуры превращения Ms со скоростью охлаждения достаточной, чтобы избежать формирования феррита, т.е. иметь структуру свободную от феррита. Температура закалки составляет 200-280°С, чтобы иметь структуру, содержащую 3-15% остаточного аустенита и 85-97% суммы мартенсита и бейнита. В частности, резкое охлаждение листа до температуры закалки 200-280°С имеет решающее значение для получения прочности на разрыв, по меньшей мере, 1180 МПа, общего удлинения, по меньшей мере, 14%, и коэффициента раздачи отверстия HER в соответствии со стандартом ISO 16630:2009 более 30%. В частности, авторы изобретения установили, что температура закалки более 280°С приводит к значительному уменьшению общего удлинения и коэффициента раздачи отверстия ниже целевых значений. Как ранее было указано, предпочтительным является мартенсит, но мартенсит и бейнит зачастую трудно различить. Но, так как температура закалки ниже Ms, структура обязательно содержит мартенсит. Из-за полученного предела прочности при растяжении, количество мартенсита в конечной структуре может быть оценено более 50%, скорость охлаждения выше 30°С/с является достаточной;

- повторного нагрева листа от температуры закалки до температуры перераспределения РТ между 430°С и 490°С и предпочтительно между 455°С и 485°С. Например, температура перераспределения может быть равна температуре, до которой лист должен быть нагрет для горячего покрытием, т.е. между 455°С и 465°С. Повторный нагрева может быть выше, когда повторный нагрев производится с помощью индукционного нагревателя, но эта скорость повторного нагрева не имеет заметного влияния на конечные свойства листа. Предпочтительно между стадией закалки и стадией повторного нагрева листа до температуры перераспределения РТ, лист выдерживают при температуре закалки в течение времени выдержки между 2 с и 8 с, предпочтительно между 3 с и 7 с;

- выдержки листа при температуре перераспределения РТ в течение времени между 10 с и 100 с, например, 90 с. Выдержка листа при температуре перераспределения означает, что во время перераспределения температура листа остается между РТ - 20°С и РТ + 20°С или температура линейно уменьшается от температуры повторного нагрева до температуры между 455°С и 465°С;

- необязательно корректировки температуры листа охлаждением или нагревом для того, чтобы была равной температуре, до которой лист должен быть нагрет для горячего покрытия;

- горячего покрытия листа его цинкованием или его цинкованием с отжигом. При цинковании листа оно выполняется в обычных условиях. При цинковании и отжиге листа температура сплавления TGA не должна быть слишком высокой, чтобы получить подходящие конечные механические свойства. Эта температура предпочтительно составляет 490-530°С и предпочтительно 515-525°С.

Обычно после покрытия лист обрабатывают в соответствии с известным уровнем техники. В частности, лист охлаждают до комнатной температуры со скоростью охлаждения предпочтительно выше 1°С/с, обычно между 2°С/с и 4°С/с.

Эта обработка позволяет получить окончательную структуру, то есть после перераспределения, покрытия и охлаждения до комнатной температуры, содержащую между 3% и 15% остаточного аустенита и между 85% и 97% суммы мартенсита и бейнита, без феррита.

Кроме того, эта обработка позволяет получить повышенное содержание С в остаточном аустените, которое составляет, по меньшей мере, 0,9%, предпочтительно, по меньшей мере, 1,0% и до 1,6%.

Кроме того, средний размер аустенитного зерна предпочтительно составляет 5 мкм или менее, и средний размер блоков бейнита или мартенсита предпочтительно составляет 10 мкм или менее.

Количество остаточного аустенита составляет, например, по меньшей мере, 11%.

При такой обработке может быть получен лист с покрытием, имеющий предел прочности при разрыве YS, по меньшей мере, 800 МПа, предел прочности при растяжении, по меньшей мере, 1180 МПа, общее удлинение, по меньшей мере, 14% и коэффициент раздачи отверстия HER согласно стандарту ISO 16630:2009, по меньшей мере, 30%.

В качестве примера лист 1,2 мм толщиной, имеющий следующий состав:

С = 0,19%, Si = 2,1% Mn = 2,7%, остальное Fe и примеси, был изготовлен путем горячей и холодной прокатки. Теоретическая температура превращения Ms (по формуле Эндрюса) этой стали составляет 363°С, и точка Ас₃, измеренная экспериментально составляет 856°С.

Образцы листа подвергались термообработке отжигом при 880°С, закалке до температур закалки 250°С, 300°С и 350°С, и перераспределению путем нагрева до 480°С и линейного снижения температуры до 460°С. Затем их оцинковывали и сплавляли при 520°С, 550°С или 570°С.

Условия термообработки и полученные свойства приведены в таблице I.

В этой таблице, AT представляет температуру отжига, QT температуру закалки, РТ температура перераспределения, Pt время выдержки при температуре перераспределения, GA относится к цинкованию с отжигом и связана с температурой сплавления, YS предел прочности при разрыве, TS предел прочности при растяжении UE однородное удлинение, ТЕ общее удлинение и HER коэффициент раздачи отверстия, измеренный в соответствии со стандартом ISO, RA% является количеством остаточного аустенита в микроструктуре, средний размер RA является средним размером аустенитного зерна, С% в RA является содержанием С в остаточном аустените и размер зерна ВМ является средним размером зерна или блоков мартенсита и бейнита.

Все примеры относятся к листам, которые были оцинкованы и отожжены. Только пример 1, удовлетворяет требуемым условиям для свойств. Для остальных (примеры 2-8) пластичность недостаточна, за исключением примера 5, в котором недостаточный предел прочности при разрыве. Эти результаты показывают, что температура закалки 300°С или 350°С не дает удовлетворительного результата. Когда температура закалки составляет 250°С, если температура сплавления составляет 550°С или 570°С, результаты тоже не являются удовлетворительными.

Испытания, проведенные со стальными листами в соответствии с изобретением, показали, что свариваемость листов является удовлетворительной. В частности, испытания на сварку, выполненные на листах, соединенных сваркой, в соответствии с изобретением дают прочность в поперечном сечении около 6 кН, которая может быть повышена до около 12 кН, выполнением термообработки после сварки. Измеренный предел прочности при растяжении составляет около 25 кН.