CN102770565B - 金属带材的热处理方法以及以这种方式生产的带材 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属带材热处理方法，该方法提供在带材宽度上不同的机械性能，其中在连续退火过程期间带材被加热并冷却并且任选地过时效。根据本发明，所述过程中的至少一种下列参数在带材宽度上不同：-加热速率，-最高温度，-最高温度保持时间，-在最高温度后的冷却轨线，或者当进行过时效时，过程中的至少一种下列参数在带材宽度上不同：-加热速率，-最高温度，-最高温度保持时间，-在最高温度后的冷却轨线，-过时效温度，-过时效温度保持时间，-在过时效之前的最低冷却温度，-达到过时效温度的再加热速率，并且其中所述冷却轨线中的至少一个遵循非线性的温度时间路径。本发明还涉及如此制造的带材。

Description

金属带材的热处理方法以及以这种方式生产的带材

本发明涉及金属带材的热处理方法，该方法提供在带材的宽度上不同的机械性能。本发明还涉及依照该方法生产的带材。

钢带材通常在轧制后经受连续退火过程，从而向该带材提供期望的机械性能。在退火之后，可通过例如热浸镀锌对带材进行涂覆和/或进行光整冷轧以便向带材提供期望的表面性能。

通过如下方式进行退火：以一定的加热速率加热带材，将带材保持在一定的最高温度（top temperature）下持续特定的保持时间，和以一定的冷却速率冷却带材。为了一些目的，在带材冷却期间，保持温度恒定持续一定时间段以便将带材过时效。这种常规的连续退火过程为带材提供在带材长度和宽度上恒定的机械性能。将该带材切割成坯料，例如用于汽车工业。

为了某些目的，最常见是汽车工业中的目的，需要坯料具有机械性能不同的截面。此类坯料是通过如下方式常规制成：生产具有不同机械性能的两个以上的带材，从这些带材切割出坯料零件并且将两个以上的具有不同机械性能的坯料零件焊接在一起从而形成单一坯料。还可以将这些带材焊接在一起并然后从组合的带材切割出坯料。以这种方式，可形成用于白车身（body-in-white）的零件，例如该零件在一端的机械性能不同于另一端的机械性能。

然而，这些所谓的定制焊接坯料的缺点是由于焊接期间的加热从而焊缝形成特殊的区域，由此在例如坯料的成型步骤期间使坯料劣化。

日本专利申请JP2001011541A提供了一种提供压力成型用的定制钢带材的方法，其中机械性能在带材的宽度上不同。根据第一种选择，当钢带材离开连续退火炉时通过在带材的宽度上改变冷却速率使机械性能在带材宽度上变化。作为第二种选择，该日本专利申请提到通过在带材宽度上调节渗氮或渗碳的量来改变在带材宽度上的机械性能。根据该日本专利申请的第三种选择是使用在带材宽度上具有两种以上的板厚度的钢带材。

根据日本专利申请JP2001011541A的这些选择具有一些缺点。所述第三种选择仅当带材厚度在带材宽度上对称时才是可能的。使用渗氮或渗碳的第二种选择不适合于钢铁工业中目前要求的快速处理。考虑该文献中给出的实施例，所述第一种选择仅提供有限的机械性能变化。

本发明的一个目的是提供一种带材的热处理方法，该方法在带材的宽度上提供机械性能的变化，该方法能够以经济的速率进行。

本发明的另一个目的是提供一种带材的热处理方法，该方法在带材的宽度上提供机械性能的变化，该方法使得宽泛的机械性能变化可行。

本发明的又一个目的是提供一种带材的热处理方法，该方法在带材的宽度上提供机械性能的变化，其中使用现有技术中提供的处理方法之外的其它处理方法。

本发明的目的还在于提供机械性能在带材宽度上不同的带材。

利用一种提供在带材宽度上不同的机械性能的金属带材热处理方法实现了本发明的一个或多个目的，其中在连续退火过程期间带材被加热并冷却并且任选地过时效，其特征在于该过程中的至少一种下列参数在带材宽度上不同：

-加热速率

-最高温度

-最高温度保持时间

-在最高温度后的冷却轨线（trajectory）

或者当进行过时效时，过程中的至少一种下列参数在带材宽度上不同：

-加热速率

-最高温度

-最高温度保持时间

-在最高温度后的冷却轨线

-过时效温度

-过时效温度保持时间

-在过时效之前的最低冷却温度

-达到过时效温度的再加热速率

并且其中，在最高温度之后的冷却轨线中的至少一个遵循非线性的温度时间路径。

本发明人已发现当每种上述参数单独或者组合给出在带材宽度上不同的值时，每种上述参数单独或者组合也导致在该带材上不同的机械性能。本发明因此提供了用于获得机械性能在带材宽度上变化的带材的多种方法，并且本发明使得能够在带材的宽度上定制带材的机械性能，准确地符合于使用定制坯料的带材最终用户的愿望，例如使用此类坯料来形成白车身零件的汽车制造商。非线性温度-时间路径是指在冷却轨线的开始（高于200℃）之后不久有目的地改变冷却速率。

根据一种优选实施方案，最高温度在带材的两个或更多个宽度区域上是不同的，并且任选地在最高温度保持时间之后冷却轨线在带材的这两个或更多个宽度区域上也是不同的。热处理的最高温度对带材的机械性能具有强烈影响，并且因此非常适合于在不同的带材宽度区域中提供不同的机械性能。在最高温度保持时间之后的冷却轨线可增加这种影响，如上所示。

优选地，在至少一个宽度区域中的最高温度介于Ac1温度和Ac3温度之间，且至少一个其它宽度区域中的最高温度是高于Ac3温度。使用这些温度范围提供了机械性能的强烈变化。

作为替代，在至少一个宽度区域中的最高温度低于Ac1温度，且在至少一个另外的宽度区域中的最高温度介于Ac1温度和Ac3温度之间。使用这种替代方案还是上述优选方案当然取决于金属类型以及将使用其的目的。

根据一种替代方案，在至少一个宽度区域中的最高温度高于Ac3温度，并且在至少一个另外的宽度区域中的最高温度低于Ac1温度。对于这种替代方案，上述同样适用。

根据另一替代方案，在至少两个宽度区域中的最高温度介于Ac1温度和Ac3温度之间，并且在这两个宽度区域中的所述两个最高温度之间存在至少20℃的温度差。使用这种替代方案还是上述可能方案之一同样取决于所用钢的类型以及将使用该带材的目的。

根据另一优选实施方案，在带材的两个或更多个宽度区域上的冷却轨线是不同的，并且所述冷却轨线中至少之一依从非线性的温度-时间路径。这意味着例如在一个宽度区域中冷却速率在第一冷却段（stretch）之后从5℃/s变为40℃/s，而另一宽度区域从开始以40℃/s冷却。

根据一种优选实施方案，进行过时效步骤，过时效温度在带材的两个或更多个宽度区域上是不同的，和/或过时效之前的最低冷却温度在带材的这两个或更多宽度上是不同的。以这种方式使用过时效处理步骤以便在金属带材的宽度区域上改变机械性能。通常，将不同的过时效温度与不同的最高温度结合使用。

根据这种实施方案，过时效温度保持时间优选为10-1000秒，且更优选过时效温度保持时间在带材的两个或更多个宽度区域上是不同的。这种措施提供了在带材宽度区域上改变机械性能的精确方式。

根据另一优选实施方案，加热速率和/或达到过时效温度的再加热速率在带材的两个或更多个宽度区域上是不同的。通常与其它参数结合，所述加热速率提供了改变机械性能的良好方式。

根据一种特定实施方案，过程中的至少一种参数在带材宽度的至少一部分上逐渐变化。以这种方式，机械性能也可在带材宽度上逐渐变化，这对于由此类带材切出的坯料制成的零件而言是非常有利的。这种逐渐变化的性能不能由定制的焊接坯料提供。

在大多数情形中带材是钢带材，优选是具有HSLA、DP或TRIP钢的组成的钢带材。然而，根据本发明的方法也能用于铝带材。

根据另一优选实施方案，在带材宽度上不同的所述至少一种参数在带材处理期间的至少一个时刻发生数值改变。根据另一优选实施方案，选择至少一种其它参数以便在带材处理期间的至少一个时刻于带材宽度上不同。以这些方式，带材的机械性能也可在带材长度上变化，因此在一个带材中，产生在带材长度上具有不同的变化性能的两段或更多段。当制备的带材长数百米并且仅需要制备相对少系列的零件时这是有利的。

本发明还涉及依照上文所述的方法制造的、机械性能在带材宽度上不同的带材。

将参照四个实施例阐述本发明，其中在附图中示出了温度-时间循环和定制退火带材的示意性区域分布。

图1显示了对带材的不同宽度区域使用高于Ac1的不同最高温度的钢带材的定制退火的实施例。

图2显示了对带材的不同宽度区域使用不同最高温度的钢带材的定制退火的实施例，一个最高温度低于Ac1且另一个高于Ac1。

图3显示了对带材的至少一个宽度区域使用变化的冷却速率的钢带材定制退火的实施例。

图4显示了使用不同的中间保持温度或过时效温度的钢带材定制退火的实施例。

作为第一实施例制备定制退火的带材，其中将不同的宽度区域加热到不同的最高温度，所述最高温度均高于Ac1温度。

汽车工业的一些部件需要不同量的可成形性，其可适当地用总延伸率来描述。实现不同量的总延伸率的一种方式是通过产生变化的双相显微组织，其中在铁素体基质中具有不同体积分数的马氏体。增加马氏体的体积分数会提高强度并降低总延伸率。

可通过加热至不同的最高温度来产生所述不同体积分数的铁素体-马氏体，如图1a所示。图1b中所示的实施例是对于白车身中的车顶弯梁（roof bow）定制退火的钢带材。存在三个区域（不包括过渡区），其中两个外部区域具有相同的温度-时间循环而中间区域不同。L代表带材的长度方向。所述外部区域（A1和A2）需要较高的延性并因此被加热到约780℃的最高温度持续30秒，而中心区域（B）被加热到更高的温度830℃持续30秒。不同的最高温度在温度-时间循环结束时产生不同的奥氏体量。在最高温度下进行加热之后，以30℃/s的速率将整个带材冷却到低于200℃，并且随后自然冷却。图1b中的虚线形状显示了有待从带材切出的坯料的形式，其将被用于形成部件。下表1中给出了实施例材料的化学组成并且表2中给出了上述处理之后的性能。

表1

C wt%	Mn	Si	Cr
				0.09	1.8wt%	0.25wt%	0.5wt%

表2

作为第二实施例制备定制退火的带材，其中将不同的宽度区域加热到不同的最高温度，所述不同的最高温度均高于和低于Ac1温度。

可在钢带材中实现的强度-延性性能的两个极端是具有高成形能力的再结晶铁素体，以及具有高强度和低延性的完全马氏体。通常马氏体的延性对于任何显著成形能力而言均过低。作为马氏体的替代，可以使用在较慢冷却速率下形成的完全贝氏体的显微组织，其具有较低的强度但较高的延性。此类极限可用于在其中需要高成形能力的部件的某些区域中利用给定材料的最大延性，而其它区域具有低的延性要求并且优选最大的强度。

在图2所示的实施例中，使用利用低于和高于Ac3的不同最高温度的原理的定制退火来制造为保险杠梁部件而优化的钢带材。在图2b所示的实施例中，以三个不同宽度区域对带材退火，其中两个外部区域（A1和A2）具有低于Ac3的相同温度（720℃），且中间区域（B）处在较高的温度（860℃，在该情形中高于Ac3），参见图2a中的温度-时间坐标图。L代表带材的长度方向。带材的初始状态是冷轧的并且在退火期间，区域A1和A2中的材料再结晶从而变为具有粗大碳化物和珠光体的等轴铁素体。从该温度的冷却速率不是关键的，但是为了方便起见为20℃/s。将区域B加热到较高的温度且在该情形中高于Ac3，使得其完全转变成奥氏体。该区域以80℃/s冷却从而形成完全贝氏体的显微组织。图2b中的虚线形状显示了有待从带材切出的坯料的形式，其将被用于形成部件。下表3给出了实施例材料的化学组成并且表4中给出了上述处理之后的性能。

表3

C wt%	Mn	Si	Cr	Nb
					0.075	0.35wt%	0.02wt%	0.001wt%

表4

作为第三实施例制备定制退火的带材，其中沿不同的冷却轨线冷却不同的宽度区域。

可使用多路径冷却轨线来加速当使用恒定冷却速率时产生的某些相或显微组织的发展。对于给定的时间段，与恒定的较快速率下的冷却相比，较高温度下的较慢冷却增加铁素体形成量。下面的实施例利用这种现象并且是在带材内具有三个不同宽度区域的实施例。这个定制退火带材实施例经优化用于如图3b中所示的A柱加强部件。虚线形状显示了有待从带材切出的坯料的形式，其将被用于形成部件。L代表该带材的长度方向。

希望三个宽度区域从A、B至C具有增加的延性要求。首先，通过相同的加热速率将整个带材加热达到高于Ac3的温度，持续足以将钢带材完全转变成奥氏体的足够长的保持时间。区域A具有可用完全贝氏体显微组织充分满足的最低延性要求，当以40℃/秒的速率冷却钢时形成所述完全贝氏体显微组织，在图3a中显示了高于200℃的线性冷却轨线。区域B和C均以约5℃/s的相对缓慢速率冷却，但是持续由达到特定温度时的时间所限定的不同时段，参见图3a的温度-时间坐标图，其中显示了用于区域B和C的非线性冷却轨线。

当区域B达到720℃时，冷却速率增加到40℃/s，并且类似地当区域C达到600℃时其冷却速率增加到40℃/s。在区域B和C中以5℃/s冷却期间，奥氏体被转变成铁素体。当冷却速率增加时，到铁素体的进一步转变被延缓并且一旦残留奥氏体被冷却到低于约350℃的温度，其就转变成马氏体。与区域B相比，区域C被保持在较高温度下持续更长的时间，因为延长的时段具有较慢的冷却速率。这意味着在区域C中形成更多的铁素体，且因此区域C具有更大的成形能力。表5中给出了实施例材料的化学组成并且表6中给出了上述处理之后的性能。

表5

C	Mn	Si	Cr
				0.09wt％	1.8wt％	0.25wt％	0.5wt％

表6

作为第四实施例制备定制退火的带材，其中使用不同的中间保持温度或过时效温度来冷却不同的宽度区域。

一些部件的成形能力要求不能单独以总延伸率来最佳地描述，而是与其它标准例如扩孔性(hole expansion)结合来更好地描述。双相显微组织提供良好的强度一韧性，但是铁素体-贝氏体混合物提供的扩孔性好于使用铁素体-马氏体。图4b中所示的实施例是白车身中的后部纵向部件的方案，L代表带材的长度方向。

在该实施例中，以相同的加热速率加热整个带材，然后保持在840℃/s的相同最高温度下持续相同的保持时间30秒直到其完全转变成奥氏体，参见图4a。随后以30℃/s的相同冷却速率均匀冷却整个带材直至达到约540℃。在这个第一冷却阶段期间，铁素体再次生长从而再次变为主要相。在达到540℃时，使区域A的温度在该温度保持30秒，而区域B进一步冷却到400℃并然后在该温度保持约30秒。在中间退火保持后，以至少20℃/s的冷却速率将这两个区域冷却到至少低于200℃。

对于表7中所示的化学组成，在用于区域A和B的两种不同中间温度之间将形成不同比例的贝氏体。对于区域A中较高的中间保持温度，奥氏体至贝氏体的转变动力学相对较慢并且因此最终的分数主要由铁素体和马氏体组成，且具有相对较小分数的贝氏体。在具有较低的中间保持温度的区域B中，奥氏体至贝氏体的转变动力学相对较快并且因此最终的分数主要由铁素体和贝氏体组成，且具有相对较小分数的马氏体。表7中给出了实施例材料的化学组成并且表8中给出了上述处理之后的性能。

表7

Cwt%	Mn wt%	Si wt%	Cr wt%	Nb wt%
					0.13	2.1	0.25	0.53	0.017

表8

应当清楚上述化学组成的实施例仅给出了主要元素。当然存在不可避免的杂质，以及也可存在其它元素，余量是铁。

Claims (17)

1.金属带材热处理方法，该方法提供在带材宽度上不同的机械性能，其中在连续退火过程期间将该带材加热并冷却并且任选地过时效，其特征在于该过程中的至少一种下列参数在带材宽度上不同：

-加热速率

-最高温度

-最高温度保持时间

-在最高温度后的冷却轨线

或者当进行过时效时，过程中的至少一种下列参数在带材宽度上不同：

-加热速率

-最高温度

-最高温度保持时间

-在最高温度后的冷却轨线

-过时效温度

-过时效温度保持时间

-在过时效之前的最低冷却温度

-达到过时效温度的再加热速率

并且其中，在最高温度之后的冷却轨线中的至少一个遵循非线性的温度-时间路径。

2.根据权利要求1所述的方法，其中最高温度在带材的两个或更多个宽度区域上是不同的，并且任选地在最高温度保持时间之后的冷却轨线在带材的这两个或更多个宽度区域上也是不同的。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中在至少一个宽度区域中的最高温度介于Ac1温度和Ac3温度之间，并且至少一个其它宽度区域中的最高温度高于Ac3温度。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中在至少一个宽度区域中的最高温度低于Ac1温度，且在至少一个另外的宽度区域中的最高温度介于Ac1温度和Ac3温度之间。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中在至少一个宽度区域中的最高温度高于Ac3温度，并且在至少一个另外的宽度区域中的最高温度低于Ac1温度。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中在至少两个宽度区域中的最高温度介于Ac1温度和Ac3温度之间，并且在这两个最高温度之间存在至少20℃的温度差。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其中在带材的两个或更多个宽度区域上冷却轨线是不同的，并且所述冷却轨线中的至少一个遵循非线性的温度-时间路径。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中进行过时效步骤，过时效温度在带材的两个或更多个宽度区域上是不同的，和/或在过时效之前的最低冷却温度在带材的这两个或更多个宽度上是不同的。

9.根据权利要求8所述的方法，其中过时效温度保持时间为10-1000秒。

10.根据权利要求9所述的方法，其中过时效温度保持时间在带材的两个或更多个宽度区域上是不同的。

11.根据权利要求1或2所述的方法，其中加热速率和/或达到过时效温度的再加热速率在带材的两个或更多个宽度区域上是不同的。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述过程中的至少一种参数在带材宽度的至少一部分上逐渐变化。

13.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述带材是钢带材。

14.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述带材是具有HSLA、DP或TRIP钢的组成的钢带材。

15.根据权利要求1或2所述的方法，其中在带材宽度上不同的所述至少一种参数在带材处理期间的至少一个时刻发生数值改变。

16.根据权利要求15所述的方法，其中选择至少一种其它参数以便在带材处理期间的至少一个时刻在带材宽度上不同。

17.带材，该带材具有在带材宽度上不同的机械性能，该带材是依照前述权利要求1-16任一项所述的方法制造的。