CN100584983C - 冷轧高强度双相带钢及其制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷轧高强度双相带钢及其制造工艺，此带钢包括：C：0.05-0.12wt%，Si：≤0.1wt%，Mn：1.2-1.8wt%，Mo：0.15-0.35wt%，Cr：Mn+Cr+Mo≤2.4wt%，P：≤0.015wt%，S：≤0.01wt%，N：≤0.005wt%，Nb：0.015-0.035wt%，Al：0.015-0.065wt%，其它为Fe和不可避免杂质，其制造工艺主要包括热轧、冷轧和退火。通过本发明可获得抗拉强度780Mpa的冷轧高强度双相钢，消除该强度级别常见的带状组织，提高该级别双相钢的磷化性。

Description

冷轧高强度双相带钢及其制造工艺

技术领域

本发明涉及一种带钢及其制造工艺，尤其涉及一种冷轧高强度双相带钢及其制造工艺。

背景技术

汽车工业出于减重的需要，要求使用更薄的钢板；同时，出于对安全的要求，必须使用高强度钢板，以保证足够的结构强度。因此，高强钢在汽车制造业有较好的应用前景。其中，抗拉强度在780Mpa左右的高强度双相钢用量最大，因为这种强度级别的钢，在强度和成形性兼顾较好。为了提高双相钢的强度，钢中必须加入较高的碳和合金元素，以保证钢具有一定的淬硬性。但在添加了较高的合金元素后，铸造过程中容易发生严重的成分偏析，造成后续的材料由于成分不均匀和组织不均匀，出现带状组织和力学性能的不均匀和不同方向上力学性能的较大差异。带状组织在抗拉强度590Mpa以上的高强钢中就比较严重，如何消除带状组织，获得组织分布均匀的冷轧双相钢是高强度钢需要解决的重要问题。磷化性是指汽车用钢板在涂漆前进行的表面磷化处理，目的是改善涂漆的附着力和表面质量。通常要求磷化膜组织均匀致密。高强钢由于添加了较多的合金元素，表面会富集这些合金元素，有时高达十几倍。表面合金元素富集做出表面形成氧化膜，不利于磷化过程的均匀反应，易造成磷化膜粗大、疏松等缺陷，不符合汽车制造的要求。磷化性能差也是高强度钢在汽车制造方面的常见问题。

钢的带状组织主要是成分偏析引起的，偏析则发生于钢水凝固过程中，首先析出凝固的钢水成分和后续析出的成分含量不一样，溶解在钢水中的合金元素浓度会越来越高(或越来越低)，最终造成凝固的组织中先凝固的部分和后凝固的部分合金元素含量差别非常大。成分偏析的区域在热轧过程中被变形拉长，最终形成带状组织。带状组织通常含有高的合金元素，并且由于这些合金元素扩散困难，很难通过加热消除，合金元素的富集吸引碳也富集在同样区域，造成双相钢淬火后形成呈带状分布的又硬又脆的马氏体，对性能的危害较大。磷化性能主要与合金元素表面富集有关，在通常的退火条件下，合金元素扩散到表面，和保护气氛中的氧反应，形成氧化膜，阻碍了磷化液和铁的正常反应，造成磷化膜粗大或者疏松，影响后续的涂漆的附着性能，使之不符合汽车制造的要求。

通过查新检索到连续退火生产的强度约为780Mpa的冷轧双相钢的发明专利如下：

专利号为CA2526488的化学成分为：0.05-0.09％C，0.4-1.3％Si，2.5-3.2％的Mn，可以选择添加0.05-0.5％的Mo或者0.05-2的Ni，≤0.05％P，S≤0.08*Ti-3.43*N+0.004，≤0.006％N，0.005-0.10％Al，≤0.045％Ti，也可以添加≤0.04％Nb或者≤0.0015％B，可以添加Ca进行处理；其它为Fe和不可避免杂质组成。要求贝氏体含量大于7％，Pcm≤0.3，通过Ar3以上温度热轧，700℃以下卷取，冷轧、700-900℃之间退火，550-700℃开始快速冷却，最终获得强度最小为780Mpa的高强度钢。该钢具有局部变形能力强，焊接区域硬度低的特点。该钢设计采用了较高的Mn含量，必然会造成严重的带状组织，从而造成力学性能的不均匀性；另外，加入了高Mn的情况下，又加入了比较多的Si，提高碳的活度，加剧C在富Mn区的偏聚，既不利于获得均匀的组织，也不利于磷化性能。

专利号为EP1659191A1介绍了一种抗拉强度大于780Mpa的高强度钢的制造方法，其化学成分为：0.04-0.13％C，0.30-1.2％Si，1.0-3.5％Mn，最多不超过0.04％的Cu，≤0.01％S，≤0.07％Al，≤0.05％Ti，≤0.05％Nb，此外单独加0.02-0.5％Cr或0.05-0.3Mo或0.05-0.5Ni或0.0005-0.02％B，其它为Fe和不可避免杂质组成。该发明钢经热轧、450-650℃卷取、770-880℃退火、10-50℃/s冷却到340℃以下，可以获得780Mpa以上的抗拉强度的双相钢。该钢具有10％以上的马氏体体积含量，马氏体强度高达8Gpa，具有好的碰撞抗冲击性能。该发明钢加入了较多的合金，Mn的上限很高，又加入了比较多的Si，加剧C在富Mn区的偏聚，既不利于获得均匀的组织，也不利于磷化性能。

专利号为US20040238082A1介绍了一种扩孔性好的高强钥的制造方法，其化学成分为：0.04-0.1％C，0.5-1.5％Si，1.8-3％Mn，≤0.020％P，≤0.01％S，0.01-0.1％Al，≤0.005％N，其它为Fe和不可避免杂质组成。该钢在Ar3-870℃之间热轧，620℃以下卷取，750-870℃退火，550-750℃开始快冷，快冷速率≥100℃/s，快冷终止温度低于300℃，最终获得抗拉强度在780Mpa以上，扩孔率至少为60％的冷轧高强钢。该钢设计采用了较高的Mn含量，易形成带状组织，从而造成力学性能的不均匀性；另外，加入了高Mn的情况下，又加入了比较多的Si，加剧C在富Mn区的偏聚，既不利于获得均匀的组织，也不利于磷化性能。

专利号为US20050167007A1介绍了一种高强度钢板的制造方法，其化学成分为：0.05-0.13％C，0.5-2.5％Si，0.5-3.5％Mn，0.05-1％Cr，0.05-0.6％Mo，≤0.1％Al，≤0.005％S，≤0.01％N，≤0.03％P，添加0.005-0.05％Ti或者0.005-0.05％Nb或者0.005-0.2％V。该钢经Ar3温度以上热轧，450-700℃卷取，退火后以100℃/s的冷速从700-600℃冷却淬火，然后在180-450℃之间回火。最终得到抗拉强度780Mpa的扩孔率高于50％的高强钢。该钢设计采用较高Mn含量和并且未对合金元素总量加以限制，必然会造成严重的带状组织，不能确保组织均匀性，从而造成力学性能的不均匀；另外，加入了比较多的Si，加剧C在富Mn区的偏聚，既不利于获得均匀的组织，也不利于磷化性能。

表1本发明和现有其它发明的成分对照表(wt％)：

专利号	C	Si	Mn	Cr	Mo	Ni	B
								CA2526488	0.05-0.09	0.4-1.3	2.5-3.2		0.05-0.5	0.05-2	0.0002-0.0015
EP1659191A1	0.04-0.13	0.3-1.2	1-3.5	0.02-0.5	0.05-0.3	0.05-0.5	0.0005-0.02
								US20040238082A1	0.04-0.1	0.5-1.5	1.8-3
US20050167007A1	0.05-0.13	0.5-2.5	0.5-3.5	0.05-1	0.05-0.6
								本发明	0.05-0.12	≤0.1	1.2-1.8	2.4-Mn-Mo	0.15-0.35

表2本发明和现有其它发明的成分对照表续表(wt％)：

专利号	P	S	Al	N	Ti	Nb	Ca	V
									CA2526488	0.001-0.05	≤0.08*Ti-3.43*N+0.004	0.005-0.1	≤0.006	0.001-0.045	≤0.04	0.0003-0.0
EP1659191A1	≤0.04	≤0.01	0.001-0.07		0.005-0.05	≤005
									US20040238082A1	≤0.02	≤0.01	0.01-0.1	≤0.005
US20050167007A1	≤0.03	≤0.005	≤0.1	≤0.0	0.005-0.05	0.005-0.05		0.005-0.2
									本发明	≤0.015	≤0.01	0.015-0.065	≤0.005		0.015-0.035

以上专利均未对钢中的带状组织和磷化性能做任何说明，表明这些专利的发明目标均不是解决高强钢中带状组织和磷化性能不良的问题。根据冶金原理，按照以上专利的设计也不能有效消除高强度双相钢中常见的带状组织和磷化性差的问题。

发明内容

本发明的目的，是通过合理的成分设计和工艺设计，获得抗拉强度780Mpa的冷轧高强度双相钢，消除该强度级别常见的带状组织，获得均匀分布的马氏体和均匀的力学性能，同时，通过成分设计，提高该级别双相钢的磷化性，使其符合汽车制造的要求。

本发明的目的是这样实现的：

本发明钢针对高强度双相钢中的带状组织和磷化性能差的问题，通过适当的成分设计和工艺设计，在不增加任何附加工序的情况下，有效消除带状组织和磷化性差的问题。具体措施是，控制合金元素添加总量和多种合金元素复合添加。首先，控制合金元素总量，选择较低的含碳量范围，从而降低C在钢中的富集程度，减少带状组织倾向；选择较低的Mn含量添加，降低这个双相钢中主要合金元素量可以有效降低出现带状组织的倾向，和对磷化性的不良影响；添加一定量的Mo，弥补Mn含量低造成的淬透性下降，同时，Mo不发生表面富集不降低磷化性；在成分设计中严格限制Si的添加，减少由于Si改变C原子活度引起的C原子的偏聚，有利于降低带状组织形成倾向。限制合金元素总量，Cr的添加量视Mn、Mo的添加量而增减；通过以上措施可以大大降低带状组织产生的倾向和磷化性变差的倾向；多合金元素添加，一方面可以降低单个合金元素添加量，另一方面，添加的合金元素有意在熔点上拉开差距，本发明中的合金元素熔点高低次序为Mo＞Cr＞Fe＞Mn。在凝固过程中，富Mo和富Cr相先析出，富Mn相后析出，避免了同时析出，减轻了合金元素同时析出时的高度富集，可以有效降低带状组织形成的倾向。在工艺方面，采用了较低的卷取温度，细化晶粒，使得在冷轧过程中，由于晶粒取向不同，转动方向和角度不同，使带状组织分散；采用了较高的退火保温温度，有利于含碳量的稀释，避免了带状组织，同时快速冷却到700-750℃就以更高的冷却速率冷却到300℃以下，有效避免了碳的偏聚和带状组织的形成。最终的产品中，由于Si、Mn含量低，合金元素表面富集大大低于高Si、高Mn的情况，获得不错的磷化性能。

本发明钢选择化学成分范围的原因如下：

C：提高马氏体的强度，影响马氏体的含量，对强度影响很大，同时，含碳量提高对焊接性不利，因此，选择含碳量在0.05-0.12wt％之间，如果低于0.05％，强度不够；如果高于0.12％，焊接性下降，另外过高的碳会造成带状组织比较明显。

Si：在钢中起到提高延伸率的作用，Si提高碳的活度，会促进C在富Mn区的偏聚，增加形成带状组织的倾向。另外，Si容易在表面富集形成氧化膜，为了提高磷化性，对含Si量的上限进行控制，要求≤0.1wt％。

Mn：可提高钢的淬透性，有效提高钢的强度，但对焊接不利。Mn在钢中偏析，在热轧过程中容易被轧制成成带状分布的Mn富集区，形成带状组织，不利于最终双相钢的组织均匀性。此外，Mn易在钢板表面富集，形成氧化膜，影响磷化性，因此，选取Mn的含量为1.2-1.8wt％，低于1.2％钢的淬透性不足，强度不够；高于1.8％，易产生带状组织，对磷化不利。

Mo：可提高钢的淬透性，有效提高钢的强度；Mo不在钢的表面富集，不影响磷化性，故添加0.15-0.35％的Mo。低于0.15％的Mo，作用不明显，Mo的价格比较高，所以上限定为0.35％。

Cr：可提高钢的淬透性，为了保证淬透性，可以添加Cr，但要求Mn+Cr+Mo≤2.4％，高于2.4％会造成强度偏高，塑性下降，带状明显及磷化性下降。

P：在钢中为杂质元素，要求≤0.015wt％。

S：在钢中为杂质元素，要求≤0.01wt％。

Al：在钢中起到了脱氧作用和细化晶粒的作用，要求Al：0.015-0.065wt％。

N：在钢中为杂质元素，要求≤0.005wt％。

Nb：为析出强化元素，起到调节强度的作用，要求分布在0.015-0.035wt％之间，过低对强度增加不明显，过高则塑性下降较多。

综上所述，本发明冷轧高强度双相带钢的化学成分包括：

C：0.05-0.12wt％Si：≤0.1wt％

Mn：1.2-1.8wt％Mo：0.15-0.35wt％

Cr：Mn+Cr+Mo≤2.4wt％

P：≤0.015wt％S：≤0.01wt％

N：≤0.005wt％Nb：0.015-0.035wt％

Al：0.015-0.065wt％

其它为Fe和不可避免杂质。

本发明冷轧高强度双相带钢的化学成分优选方案如下：

C：0.06-0.10wt％  Si：≤0.03wt％

Mn：1.4-1.6wt％   Mo：0.2-0.3wt％

Cr：Mn+Cr+Mo≤2.0wt％

P：≤0.01wt％     S：≤0.005wt％

N：≤0.003wt％    Nb：0.02-0.03wt％

Al：0.03-0.06wt％

其它为Fe和不可避免杂质。

本发明冷轧高强度双相带钢的制造工艺如下：

热轧：通过Ar3以上温度热轧，轧后快速冷却，卷取温度500～650℃；

冷轧：35-80％压下率；

退火：780-880℃保温，快速冷却到750-650℃之间，以不小于30℃/s速度冷却到300℃以下，经过200-300℃回火100-300s后，再经过0-0.6％平整。

本发明冷轧高强度双相带钢制造工艺的优选方案如下：

热轧：通过Ar3以上温度热轧，轧后快速冷却，卷取温度540～600℃，

冷轧：40-60％压下率

退火：800-860℃保温，以不小于10℃/s冷速冷却到750-700℃之间，再以40-100℃/s速度冷却到270℃以下，经过200-270℃回火100-300s后，再经过0-0.6％平整。

本发明由于采用了上述的技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明钢的组织中，马氏体分布均匀，无明显带状组织；按照本发明可以制造出强度高于780Mpa以上的高强度双相钢钢，延伸率好，不同方向取样的力学性能非常接近，力学性能均匀性良好，有利于双相钢的成形性；本发明钢的表面磷化膜细小致密，可以提供良好的附着力和耐腐蚀性能。本发明解决了高强度双相钢的带状组织和磷化性差的致命问题，完全符合汽车制造等领域对高强度双相钢在强度和成型性方面的要求。

具体实施方式

以下表格为本发明的具体实施方式，其中：表3为本发明钢的化学成分，A1-A5为本发明专利钢序号，本发明钢的工艺情况如表4所示，本发明钢经冶炼、热轧、冷轧、退火和平整后得到的强度如表5所示。从表5可以看出，按照本发明可以制造出强度高于780Mpa以上的高强度双相钢，其延伸率好，不同方向取样的力学性能非常接近，因此力学性能均匀性良好。可见，通过本发明适当的成分设计，改良的退火冷却工艺条件，可以获得组织均匀的高强度双相钢钢板，力学性能非常均匀，有利于双相钢的成形性。本发明解决了高强度双相钢的带状组织和磷化性差的致命问题，并且力学性能优良，因此，本发明在成分设计和工艺设计上和最终获得的结果等各方面不同于现有发明或者优于现有发明。

表3本发明钢的化学成分(wt％)

表4发明钢的关键工艺过程参数及力学性能对照

钢号-工艺	保温温度	一次冷却速度，℃/s	快冷入口温度	快冷出口温度	快冷速度，℃/s	回火温度，℃	回火时间，s	平整率，％
									A1	780	10	750	250	100	250	250	0
A2-1	800	15	750	270	80	270	150	0.2
									A2-2	820	12	700	250	60	250	200	0.3
A3	840	20	700	275	50	275	100	0.5
									A4	860	25	650	200	30	200	300	0.5
A5-1	880	30	650	235	45	235	250	0.6
									A5-2	800	15	700	300	50	300	100	0.3

表5发明钢的性能

Claims (4)

1.一种冷轧高强度双相带钢，其特征在于：

C：0.05-0.12wt％  Si：≤0.1wt％

Mn：1.2-1.8wt％   Mo：0.15-0.35wt％

Cr：Mn+Cr+Mo≤2.4wt％

P：≤0.015wt％    S：≤0.01wt％

N：≤0.005wt％    Nb：0.015-0.035wt％

Al：0.015-0.065wt％

其它为Fe和不可避免杂质。

2.如权利要求1所述的冷轧高强度双相带钢，其特征在于：所述

C：0.06-0.10wt％  Si：≤0.03wt％

Mn：1.4-1.6wt％   Mo：0.2-0.3wt％

Cr：Mn+Cr+Mo≤2.0wt％

P：≤0.01wt％     S：≤0.005wt％

N：≤0.003wt％    Nb：0.02-0.03wt％

Al：0.03-0.06wt％

其它为Fe和不可避免杂质。

3.如权利要求1所述的冷轧高强度双相带钢的制造工艺，其特征在于：

热轧：通过Ar3以上温度热轧，轧后快速冷却，卷取温度500～650℃；

冷轧：35-80％压下率；

退火：780-880℃保温，快速冷却到750-650℃之间，以不小于30℃/s速度冷却到300℃以下，经过200-300℃回火100-300s后，再经过0-0.6％平整。

4.如权利要求3所述的冷轧高强度双相带钢的制造工艺，其特征在于：

热轧：通过Ar3以上温度热轧，轧后快速冷却，卷取温度540～600℃；

冷轧：40-60％压下率；

退火：800-860℃保温，以不小于10℃/s冷速冷却到750-700℃之间，再以40-100℃/s速度冷却到270℃以下，经过200-270℃回火100-300s后，再经过0-0.6％平整。