CN101348884B

CN101348884B - 一种440MPa含铌高强IF钢及其制备方法

Info

Publication number: CN101348884B
Application number: CN200810119821A
Authority: CN
Inventors: 唐荻; 李本海; 李姚兵; 朱立新; 苏岚; 朱国森; 赵征志; 李飞; 陈银莉; 熊爱明; 赵爱民; 刘李斌; 孙蓟泉
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB; Shougang Corp
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB; Shougang Corp
Priority date: 2008-09-11
Filing date: 2008-09-11
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2028-09-11
Also published as: CN101348884A

Abstract

一种440MPa含铌高强IF钢及其制备方法，属于高强度汽车用钢技术领域。化学成分重量百分数为：C：0.005％～0.007％、Si：0.02％～0.03％、Mn：1.2％～2.1％、P＜0.08％、S＜0.006％、N≤0.003％、Nb：0.05％～0.11％、B：0.0005％～0.002％、Cr：0.2％～0.5％、Ti：0.005％～0.01％、Al：0.01％～0.04％、其余为Fe和不可避免的杂质。生产工艺为：冶炼→热轧→冷轧→连续退火或热镀锌。控制的工艺参数为：热轧板坯加热温度1200～1250℃，保温0.5～1.5小时，终轧温度910～920℃，卷曲温度640～680℃，冷轧压下量80％，退火温度840～860℃，退火保温时间100～120s。优点在于，能够获得强度≥440MPa，r值≥1.5的深冲性良好的440MPa高强IF钢。

Description

一种440MPa含铌高强IF钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及高强度汽车用钢技术领域，特别是提供了一种440MPa含铌高强IF钢及其制备方法，具有优良的深冲性能的440MPa含铌高强IF钢，是通过P、Mn和Cr的固溶强化，以及含铌碳氮化合物的析出强化与细晶强化相结合，从而获得优良的综合力学性能。

背景技术

伴随工业技术的发展，能源和环境问题成为重大的社会课题，汽车工业也不例外。因此，在现代汽车的结构性能中，减重降耗，减少环境污染和提高安全性成为研究的热点。汽车用钢不断的向高强度化方向发展，高强度IF钢、烘烤硬化钢、含磷(P)钢、高强度低合金(HSLA)钢、双相(DP)钢、复相(CP)钢、相变诱发塑性(TRIP)钢等。而440MPa含铌高强IF钢以其高强度和优良的深冲性能成为满足这种需求开发的材料之一。

IF钢(Interstitial Free Steel)，又称无间隙原子钢，是在超低碳中(一般碳含量在0.005％以下)加入微量的合金元素(主要是Ti、Nb)，使钢中的C、N间隙原子完全被固定成碳氮化合物，钢中物间隙原子存在，使得该钢种具有极优良的成形性和非时效性，同时适当增加置换型固溶强化原子P、Mn、Si的含量以保证强度。

固溶强化是通过改变金属的化学成分来提高强度的办法(晶格中铁素体的组织状态没有发生变化)，其强化的金属学基础是由于运动的位错与异质原子之间的相互作用的结果。

传统高强IF钢传统高强IF钢是通过添加P，Si，Mn等固溶强化元素提高强度，然而添加固溶强化元素，在提高断裂强度(强度极限为440MPa)和屈强比的同时，会降低r值，对材料的成形性能造成不良的影响。而发明的440MPa含铌高强IF钢利用P，Mn，Cr固溶强化作用，同时通过添加0.11％的铌，使铌碳含量的原子比率为2.3～2.8，不仅保证了无间隙原子的存在，而且形成很多细小弥散的铌碳氮化合物(NbCN)。这些细小的沉淀物通过析出强化和细晶强化提高了钢的抗拉强度。

细晶强化不仅对了钢的塑性有利，也提高了高强IF钢的抗二次加工脆性的能力。下式是根据位错理论计算得到的屈服强度与晶粒尺寸的关系。

σ_s＝σ_i+K₁D^-1/2

此式称为Hall-Petch公式。式中σ_i是常数，大体相当于单晶体时的屈服强度。从公式中可以看出，晶粒细小屈服应力就高，材料因此得到强化。而二相粒子的析出强化是使Ti、Nb等碳化物、氮化物称为微细析出物分散于铁素体中，从而提高强度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种440MPa含铌高强IF钢及其制备方法，解决了随着强度的提高，成型性能下降等问题。

本发明主要是通过有效的成分设计和制造工艺，得到一种既具有高强度又具有优良深冲性能的440MPa含铌高强IF钢。

传统高强IF钢通过添加P，Si，Mn等固溶强化元素提高强度，但强度提高的同时塑性下降，深冲性能降低，无法满足汽车外板冲压成型性能要求，且P的偏析作用使IF钢的二次加工脆性更严重。而发明的440MPa含铌高强IF钢利用P，Mn，Cr固溶强化作用，同时通过添加0.11％的铌，使铌碳含量的原子比率为2.3～2.8，不仅保证了无间隙原子的存在，而且形成很多细小弥散的铌碳氮化合物Nb(CN)。这些细小的沉淀物通过析出强化和细晶强化提高了钢的抗拉强度。而细晶强化不仅对了钢的塑性有利，也提高了高强IF钢的抗二次加工脆性的能力。440MPa含铌高强IF钢采用细晶强化，析出强化和固溶强化相结合的方法，获得了高强度和优良深冲性能的冲压成型用钢，而且改善了高强IF钢的抗二次加工脆性。

为了达到上述目的，本发明提供的应用于轿车覆盖件的440MPa高IF钢。其化学成分(重量)为：碳(C)0.005％～0.007％、硅(Si)0.02％～0.03％、锰(Mn)1.2％～2.1％、磷(P)＜0.08％、硫(S)＜0.006％、氮(N)≤0.003％、铌(Nb)≤0.05％～0.11％、硼(B)0.0005％～0.002％、铬(Cr)0.2％～0.5％、钛(Ti)0.005％～0.01％、铝(Al)0.01％～0.04％、其余为Fe和不可避免的杂质。

生产工艺为：冶炼→热轧→冷轧→连续退火或热镀锌。控制的工艺参数为：板坯随炉加热温度1200～1250℃，保温0.5～1.5小时，使奥氏体均匀化，终轧温度910～920℃，以保证奥氏体区轧制，板坯由35mm热轧成4mm，热轧压下率为86～89％，层流冷却至卷曲温度640～680℃，冷轧压下量75～85％，退火温度840～860℃，退火保温时间100～120s。

本发明优点在于：采用固溶强化、细晶强化和析出强化等强化工艺，获得440MPa高强IF钢。

采用P，Mn，Cr，Nb形成代位固溶体，利用P，Mn，Cr，Nb等多种元素复合的固溶强化手段，获得良好的固溶强化效果。

采用凝固细化、热轧细化和热处理细化等多种晶粒细化工艺，获得良好的细晶强化效果。

采用析出第二相粒子析出强化工艺，通过适当的成分控制和连退过时效段的热处理工艺，使铁素体基体上析出纳米尺寸的第二相粒子，获得第二相粒子析出强化作用。

用此成分设计冶炼的高强IF钢，经过合理的轧制工艺和退火制度，能够获得强度≥440MPa，r值≥1.5的高强度和深冲性良好配合的440MPa高强IF钢。

附图说明

图1为实施例的轧制工艺图。其中，SRT-板坯加热温度 FT-终轧温度 CT-卷曲温度 CRR-冷轧压下率 AT-退火温度

具体实施方式

(一)下面对本发明高强IF钢组成的数值限定的原因做详细的说明。

(1)碳(C)和氮(N)：C为0.005％～0.006％，N≤0.003％

碳，氮原子在钢中形成的固溶体都是以间隙固溶体形式存在，具有显著的固溶强化效果，使屈服强度和抗拉强度增加，硬度上升，但也显著降低钢塑性和成形性r值下降并引起时效.对于冲压用钢，氮的作用和碳元素一样，主要是造成屈服效应和应变时效.

为获得足够的铌的碳氮化物，C为0.005％～0.006％，N≤0.003％。

(2)磷(P)和锰(Mn)：Mn为1.2％～2.1％，P＜0.08％

P和Mn均为固溶强化元素，单独添加时，但随着含量的增加，使塑性和深冲性能下降。当P，Mn复合添加时，由于Mn原子半径大于铁原子，P原子半径小于铁原子，在形成晶格点阵时，使得整个点阵畸变变小，位错易滑移，使强度降低。P，Mn复合添加的含量为：锰(Mn)M为1.2％～2.1％，磷(P)＜0.08％。

(3)硅(Si)：Si为0.02％～0.03％

Si的强化能力仅次于P，但在浸镀性方面存在很多问题，故很少用于镀层钢。当钢中的Si含量大于0.3％时，镀层的附着力就会明显下降。

(4)硼(B)：B为0.0005％～0.002％

在IF钢中由于C、N被固定，晶界清洁，P向晶界偏析容易引起二次加工脆化，为了防止P的晶界偏析，常采取的措施是加B，它迁移到晶界，强化晶界并防止P的偏析。B过高有降低r值和提高再结晶温度的倾向。

(5)铌(Nb)和钛(Ti)：Nb为0.05％～0.11％，Ti为0.005％～0.01％

(Ti+Nb)-IF钢具有平面各向异性小，镀层具有良好的抗粉化性能，对工艺参数不敏感等优点。

(6)铝(Al)：Al为0.01％～0.04％

铝在优质冲压钢中一般是作为脱氧剂加入的，主要用于去除吹氧冶炼时溶在钢液中的氧。同时铝作为定氧剂，抑制氮在铁素体内的固溶，消除应变时效，提高低温塑性。

(7)硫(S)：S＜0.006％

S易偏析，明显损害钢板质量，是产生裂纹的原因，因此S应尽可能控制的低(S≤0.006％)

(二)下面对本发明中440MPa含铌高强IF钢进行详细的说明：

440MPa含铌高强IF钢生产工艺包括冶炼、热轧、冷轧、退火工艺。

(1)冶炼

在高强IF钢的实际冶炼过程中，C、N含量应保持在尽可能低的水平，加入微合金元素Ti、Nb，应保证能够完全清除钢中的C、N间隙原子，同时其他杂质元素也要控制在尽可能低的水平，以保证钢质纯净。

(2)热轧

终轧温度控制在910～920℃，保证在奥氏体区终轧，层流冷却至640～680℃，放入加热炉保温1小时后随炉冷却以模拟现场的热卷取。

(3)冷轧

酸洗后，经80％的冷轧总压下量轧制成0.8mm厚。

(4)退火工艺

退火温度控制在退火温度840～860℃，保温时间100～120s，温度过高引起NbC溶解量增加，快速冷却后，使固溶碳增多，提高强度，但恶化了r值。

其中图1为其轧制工艺，化学成分见表1，主要工艺对应的力学性能见表2。

表1化学成分

C	N	Si	Mn	P	S	Alt	Nb	Ti
C	N	Si	Mn	P	S	Alt	Nb	Ti	0.005	0.0035	0.05	1.99	0.039	0.005	0.032	0.018	0.055

表2主要工艺与力学性能

实施例	终轧温度/℃	卷取温度/℃	退火温度/℃	退火时间/s	屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	延伸率/％	r值
实施例	终轧温度/℃	卷取温度/℃	退火温度/℃	退火时间/s	屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	延伸率/％	r值	1	900	680	850	120	305	460	31.0	1.70
2	900	680	850	120	312	468	28.3	1.68	1	900	680	850	120	305	460	31.0	1.70
2	900	680	850	120	312	468	28.3	1.68	3	920	680	850	120	335	480	27.5	1.40
4	920	680	850	120	331	479	29.0	1.42	3	920	680	850	120	335	480	27.5	1.40

Claims

1.一种440MPa含铌高强IF钢，其特征在于，化学成分重量百分数为：C：0.005％～0.007％、Si：0.02％～0.03％、Mn：1.2％～2.1％、P＜0.08％、S＜0.006％、N≤0.003％、Nb：0.05％～0.11％、B：0.0005％～0.002％、Cr：0.2％～0.5％、Ti：0.005％～0.01％、Al：0.01％～0.04％、其余为Fe和不可避免的杂质。

2.一种制备权利要求1所述的440MPa含铌高强IF钢的方法，生产工艺为：冶炼→热轧→冷轧→连续退火或热镀锌；其特征在于，控制的工艺参数为：板坯随炉加热温度1200～1250℃，保温0.5～1.5小时，使奥氏体均匀化，终轧温度910～920℃，以保证奥氏体区轧制，板坯由35mm热轧成4mm，热轧压下率为86％～89％，层流冷却至卷曲温度640～680℃，冷轧压下率75％～85％，退火温度840～860℃，退火保温时间100～120s。