CN101353755A

CN101353755A - 一种高抗拉强度基板、热镀锌汽车外板及其制造方法

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Publication number: CN101353755A
Application number: CNA2007100441589A
Authority: CN
Inventors: 张红; 郑建平; 钱洪卫; 杨胜利
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2007-07-24
Filing date: 2007-07-24
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2027-07-24
Also published as: CN101353755B

Abstract

一种高抗拉强度基板的化学组成为(wt％)：C：0.01～0.08％，Si：≤0.1％，Mn：0.8～1.8％，Cr：≤1.0％，Mo：≤0.5％，T.Al：0.02～0.08％，N：≤0.006％，P+2S：≤0.12％，1.6％≤Mn+3Cr+2Mo≤3.8％，Fe：余量。采用上述高抗拉强度基板的一种高抗拉强度热镀锌汽车外板及其制造方法包括：所述组分通过冶炼、精炼、连铸铸成板坯；热轧采用650～680℃的高温卷曲，以得到正常的珠光体+铁素体原始组织，然后按常规冷酸连轧；热镀锌退火，临界再结晶退火温度为800～860℃；从退火温度至锌池的冷速为5～16℃/S；进入450～465℃的锌池完成镀锌处理。

Description

一种高抗拉强度基板、热镀锌汽车外板及其制造方法

技术领域

本发明涉及金属材料领域，特别是涉及一种高抗拉强度基板、热镀锌汽车外板及其制造方法。

背景技术

在过去的几十年里，作为汽车外板用钢，为了顺应深冲、减重、抗凹的发展潮流，经历了几次重要的变革与发展。最初以软钢为主，包括低碳铝镇静钢、深冲IF钢，IF钢具有优良的冷成形性能，其合金元素低，保证了钢板镀锌后具有优良的表面质量，但其强度低，导致钢板的抗凹性差。作为弥补，近几年大量采用烘烤硬化钢做外板，烘烤硬化钢(BH钢)作为一种微合金高强钢，其特点是在较低的强度下冲压成形，通过油漆烘烤提高强度，达到了成形与一定抗凹性结合的效果，但由于该钢种的时效问题使应用受到一定的阻碍。

随着对汽车节能减重、安全环保意识的加强，大量的高强钢用于汽车行业，如双相钢、TRIP钢等。大多应用于轿车的内板或结构件、加强件。如何在保证冲压要求的前提下进一步提高轿车外板用材强度，同时进一步增强汽车外部的抗凹性及耐蚀性，寻求一种新型的汽车外板更新换代材料越来越成为材料供给商和汽车设计工程师追求的目标之一。

汽车用高强钢，如双相钢、TRIP钢已经有商业化产品，其强度级别主要包括340～980MPa，大多用于汽车内板和各种结构件和加强件。还没有有关大于340MPa的高强钢用于轿车外板的专利和文献报道。

申请号为200380109234.X，发明名称为“制造双相钢板的方法”的中国专利申请公开了一种强度超过600MPa的热镀锌双相钢高强钢，作为汽车结构件。申请号为CN01807327.1，发明名称为“高强度双相薄钢板和高强度双相电镀薄钢板及其制造方法”公开了一种电镀锌镀层。

在美国通用、克莱斯勒汽车生产厂，汽车外覆件的烘烤硬化钢340BH已逐步被500MPa的电镀锌双相钢取代。

目前轿车外板主要用钢为软钢的无间隙原子钢(IF钢)和高强钢的烘烤硬化钢(BH)，IF钢存在抗凹性的不足，而340MPa的BH钢具有良好的抗凹性但确有时效性的限制。

按照汽车工业节能减重的要求，进一步提高外板用钢强度是一种有效的途经之一。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于轿车外板的抗拉强度在450MP a级到500MPa级的基板，以及使用该基板的热镀锌高强钢板，使高抗拉强度热镀锌汽车外板具有良好的冲压性、抗凹性、烘烤硬化性且没有时效性的优势。

对于450MPa级到500MPa级的冷轧热镀锌轿车覆盖件的制造，成分设计和生产工艺至关重要。

对于轿车覆盖件的制造，主要解决的问题是：首先要满足轿车外板冲压要求。根据计算机模拟的结果，作为轿车外板为防止冲裂、回弹等，一般要求屈服强度小于300MPa。双相钢具有低屈服强度的特点，而抗拉强度在450这个级别的双相钢，作为汽车结构件其屈服强度指标一般在310～340MPa之间，显然直接用做外板是不合适的；另一方面，为了满足材料强度级别的升高，必然要增加合计元素的添加量，热镀锌产品的退火是在镀锌线上完成的，且要经过460℃左右的锌池，故在添加合金元素提高强度的同时，要考虑基板的可镀性及外板对表面无缺陷高质量的要求。Si、Mn元素过多时在退火过程中易在表面形成富集，影响镀锌时基板的浸润性，造成漏镀等镀锌缺陷，这就需要用Cr、Mo元素部分替代Si、Mn等元素，减少其添加量。

本发明为了满足以上所述的高强度轿车外板的要求，提供了特有成分及相应的热轧、退火工艺。本发明的高抗拉强度热镀锌汽车外板，基板钢种的化学成分包含(wt％)：

C：0.01～0.08％

Si：≤0.1％

Mn：0.8～1.8％

Cr：≤1.0％

Mo：≤0.5％

T.Al：0.02～0.08％

N：≤0.006％

P+2S：≤0.12％

1.6％≤Mn+3Cr+2Mo≤3.8％

Fe：余量。

其中，优选P：≤0.02％，S：≤0.01％。

更优选，基板钢种的化学成分为(wt％)：

C：0.02～0.06％

Si：≤0.08％

Mn：1.0～1.6％

Cr：≤0.8％

Mo：≤0.30％

T.Al：0.03～0.06％

P：≤0.01％

S：≤0.006％

N：≤0.005％

1.8％≤Mn+3Cr+2Mo≤3.5％

Fe：余量。

本发明合金设计的理由如下：

C是重要的固溶强化元素，是获得高强度的保证，但轿车外板冲压工艺一般要求屈服强度小于300MPa，所以C不能太高，但C含量低于0.01％时，临界退火加热时铁素体和奥氏体两相区内的奥氏体量减少，得到的马氏体量也相应减少，难于保证450MPa以上的强度，因此选择0.01～0.08％，优选为0.02～0.06％。

Si是铁素体固溶强化元素，强烈提高强度，但对于热镀锌双相钢外板来说，Si含量大于0.1％时会直接影响基板的可镀性，从而影响外板表面质量，是作为热镀锌轿车外板应该控制的元素，因此控制Si含量≤0.1％，优选为≤0.08％。

Mn可强烈提高淬透性，提高加工硬化性能，Mn含量低于0.8％时，组织中难于形成足够量的马氏体，强化效果差，高于1.8％时同样会影响基板的可镀性和表面质量，是作为热镀锌轿车外板应该控制的元素，因此控制Mn含量0.80～1.80％，优选为1.0～1.5％。

Cr是贵重金属元素，作用与Mn相当，可提高奥氏体的淬透性，另外，Cr可促进C向奥氏体扩散，降低铁素体的屈服强度。但含量过高时增加成本且影响延展性，故控制其含量≤1.0％，优选为≤0.80％。

Mo是贵重金属元素，强碳化物形成元素，在临界加热区内多数溶解，有效提高奥氏体的淬透性，有利于获得强韧性匹配的双相钢。Cr、Mo元素均为热镀锌钢板中Si、Mn元素的替代元素，含量过高时，可增加生产成本，故控制整齐含量≤0.5％，优选为≤0.30％。

T.Al(熔融铝)：Al的主要功能是脱氧剂，不宜过低，但过高时影响连铸生产，故控制其含量为0.03～0.06％。

P是一种价廉的固溶强化元素，一定适量的P对强度是有益的，但过高时影响焊接性，故控制P≤0.02％，优选为≤0.01％。

S在钢中易形成MnS，引起热脆，同时影响焊接性，所以越少越好。控制S≤0.006％。

N在钢中越少越好。故控制N≤0.005％。

1.6％≤Mn+3Cr+2Mo≤3.8％，优选为1.8％≤Mn+3Cr+2Mo≤3.5％，几个元素综合作用，一方面保证在C含量较低的前提下钢板的强度，一方面防止添加过多，使屈服强度偏高且增加成本。

本发明的高抗拉强度热镀锌汽车外板的制造方法，包括如下步骤：

a)所述组分通过冶炼、精炼、连铸铸成板坯；

b)热轧采用650～680℃的高温卷曲，以得到正常的珠光体+铁素体原始组织，然后按常规冷酸连轧；

c)热镀锌退火，临界再结晶退火温度为800～860℃；

d)从退火温度至锌池的冷速为5～16℃/S；

e)进入450～465℃的锌池完成镀锌处理。

本发明可在氧气顶吹转炉中冶炼，并在加热钢包中精炼，然后通过连铸铸成板坯，由于热轧原始组织可影响退火后钢板的屈服强度，为保证较低的屈服强度，热轧采用650～680℃的高温卷曲，以得到正常的珠光体+铁素体原始组织，然后按常规冷酸连轧。

热镀锌退火工艺中，再结晶退火温度是控制高强钢性能最为重要的工艺因素，本发明钢种的临界再结晶退火温度为800～860℃，在铁素体和奥氏体两相区完成，在保证奥氏体组织不粗化和表面质量的前提下尽可能采用高温退火，温度太低，碳化物没有完全溶解到奥氏体中，影响淬透性和马氏体数量，特别是温度过低时晶粒细小，不利于屈服强度的降低，更好的退火温度为835～855℃.

图1是热镀锌退火模拟工艺示意图。

从退火温度至锌池的冷速一般在5～16℃/S(图中1CR)，最好为7～14℃/S，冷速过小，容易产生珠光体相变，降低基板的强度，冷速过大时易产生贝氏体相变，影响基板的延展性。

完成1CR的冷却后，基板进入450～465℃的锌池完成镀锌处理，如果是热镀锌产品，则开始2aCR段的冷却，要保证该冷速大于3℃/S，更好的大于7℃/S，可有效防止奥氏体向贝氏体转变，以减少非马氏体组织的生成，生产线上应尽可能采用最大的冷速。

如果是生产锌铁合金化热镀锌产品，则钢板从锌池出来后再加热到480～550℃进行约8～15秒的合金化处理，合金化温度越低，所需时间越长，工业大生产难于实现，温度过高，可能会造成镀层铁含量偏高，导致镀层粉化。

合金化处理后进行2bCR冷却，2bCR冷却条件同2aCR。即要保证该冷速大于3℃/S，更好的大于7℃/S，可有效防止奥氏体向贝氏体转变，以减少非马氏体组织的生成，生产线上应尽可能采用最大的冷速。

根据本发明的更高强度的热镀锌汽车外板的生产制造技术，得到的更高强度的热镀锌汽车外板具有良好的冲压性和优质的表面质量。由于基板为冷轧板，镀层分有热镀锌及锌铁合金化热镀锌，微观组织为铁素体加第二相，第二相主要为马氏体，包括了少量的珠光体和贝氏体，第二相百分比含量不大于整个组织的20％，其中马氏体含量在第二相中的比例大于80％，抗拉强度在450～550MPa，屈服强度小于300MPa，强塑积大于17000MPa^*％，总延伸率大于32％(50标距，横向拉伸)，烘烤硬化值BH2大于40MPa。

附图说明

图1是热镀锌退火模拟工艺示意图。

图2～4是实施例1～3的钢板的金相组织的1000倍的显微照片。

图5是实施例的拉伸曲线。

具体实施方式

以下通过具体实施例详细介绍本发明。

本发明成分设计及热镀锌退火工艺的制定是对工业大生产工况条件的模拟，所以可在工业大生产中实现。

各个实施例的成分见表1。

表1 本发明的化学成分(wt％)

试样	C	Mn	Mo	Cr	Si	P	T.Al	S	N
试样	C	Mn	Mo	Cr	Si	P	T.Al	S	N	实施例1	0.01	1.80	0.18	1.0	0.03	0.005	0.042	0.004	0.003
实施例2	0.08	0.8	0.15	0.10	0.03	0.005				实施例1	0.01	1.80	0.18	1.0	0.03	0.005	0.042	0.004	0.003
实施例2	0.08	0.8	0.15	0.10	0.03	0.005				实施例3	0.02	1.0	0.5	0.45	0.02	0.006	0.035	0.005	0.002
实施例4	0.04	1.35	0.15	0.20	0.08	0.01	0.040	0.004	0.006	实施例3	0.02	1.0	0.5	0.45	0.02	0.006	0.035	0.005	0.002

冷轧板制造工艺路线为炼钢、铸锭→锻造、锯切→热轧→酸洗→冷轧→CGL→性能检测。

其中，锻造工艺加热1230℃×1小时，开锻温度1150℃，终锻温度900℃；

锻坯尺寸为厚度25×宽度195×长度Lmm，经锯切最后热轧坯尺寸为厚度25×宽度195×长70mm。热轧再加热1200℃×1小时，终轧温度890℃，轧后水冷，卷取温度650℃～700℃，热轧板厚度2.8mm，酸洗后冷轧，冷轧板厚度0.7mm。

经上述工艺后再经热镀锌退火处理，用连退模拟试验机模拟热镀锌退火工艺，按照JIS 5#标准测定力学性能，在1000倍下用光学显微镜观察金相组织，金相试验用Lepera方法浸蚀，并用光学图像处理仪测定马氏体含量。热镀锌退火后的力学性能见表2，金相组织见图2～4，拉伸曲线见图5。

表2 热镀锌退火工艺及力学性能

试样号	退火温度℃	1CR℃/S	2aCR℃/S	2bCR℃/S	σsMPa	σbMPa	δ₅₀％	σb*δMPa	n	马氏体％
试样号	退火温度℃	1CR℃/S	2aCR℃/S	2bCR℃/S	σsMPa	σbMPa	δ₅₀％	σb*δMPa	n	马氏体％	实施例1	825	13	5		276	545	32	17440	0.21	6.7
实施例2	835	7.5		7	272	527	33	17391	0.20	5.8	实施例1	825	13	5		276	545	32	17440	0.21	6.7
实施例2	835	7.5		7	272	527	33	17391	0.20	5.8	实施例3	850	7.5		7	248	475	36	17100	0.21	4.8
实施例4	800	5	14		287	486	36	17496	0.21	5.3	实施例3	850	7.5		7	248	475	36	17100	0.21	4.8

注：σs：屈服强度，σb：抗拉强度，δ₅₀：总延伸率，σb*δ：强塑积，n：加工硬化指数，马氏体％：是指金相组织中的马氏体含量。

图2～4是实施例1～3的钢板的金相组织×1000。可以看出，金相组织中有4～7％的马氏体。

图5是典型的拉伸曲线(无屈服延伸)。有拉伸曲线可以看出，本发明高强钢具有无屈服延伸、无时效的特点，这种特性作为轿车外板材料具有独特的优势。

从以上结果可以看出，本发明的高强钢微观组织为铁素体加第二相，第二相主要为马氏体，包括了少量的珠光体和贝氏体，第二相百分比含量不大于整个组织的20％，其中马氏体含量在第二相中的比例大于80％，如图2-4所示，图中灰色的基体组织为铁素体，第二相为黑色或白色块状，其中大部分为马氏体，少量贝氏体。抗拉强度在450～550MPa，屈服强度小于300MPa，强塑积大于17000MPa^*％，总延伸率大于32％(50标距，横向拉伸)，烘烤硬化值BH2大于40MPa。具有良好的冲压性和表面质量。

以上是通过实施例对本发明进行了较为详细的说明，但不仅仅限于这些实施例，在不脱离本发明的构思的前提下还可以有更多其他实施例。

Claims

1.一种高抗拉强度基板，其以重量百分数计的化学组成为：

C：0.01～0.08％

Si：≤0.1％

Mn：0.8～1.8％

Cr：≤1.0％

Mo：≤0.5％

T.Al：0.02～0.08％

N：≤0.006％

P+2S：≤0.12％

1.6％≤Mn+3Cr+2Mo≤3.8％

Fe：余量。

2.根据权利要求1所述的高抗拉强度基板，其特征在于，P：≤0.02％，S：≤0.01％。

3.根据权利要求1所述的高抗拉强度基板，其特征在于，其以重量百分数计的化学组成为：

C：0.02～0.06％

Si：≤0.08％

Mn：1.0～1.6％

Cr：≤0.8％

Mo：≤0.30％

T.Al：0.03～0.06％

P：≤0.01％

S：≤0.006％

N：≤0.005％

1.8％≤Mn+3Cr+2Mo≤3.5％

Fe：余量。

4.根据权利要求1或2或3所述的高抗拉强度基板得到的高抗拉强度热镀锌汽车外板。

5.根据权利要求4所述的高抗拉强度热镀锌汽车外板，其特征在于，所述基板经过热镀锌或锌铁合金化热镀锌得到高抗拉强度热镀锌汽车外板。

6.根据权利要求4所述的高抗拉强度热镀锌汽车外板，其特征在于，所述热镀锌汽车外板的微观组织为铁素体加第二相，第二相中马氏体含量为大于80％；抗拉强度在450～550MPa，屈服强度小于300MPa，强塑积大于17000MPa*％，总延伸率大于32％(50标距，横向拉伸)，烘烤硬化值BH2大于40MPa，具有良好的冲压性和表面质量。

7.一种高抗拉强度热镀锌汽车外板的制造方法，包括如下步骤：

a)权利要求1或2所述的组分通过冶炼、精炼、连铸铸成板坯；

c)热镀锌退火，临界再结晶退火温度为800～860℃；

d)从退火温度至锌池的冷速为5～16℃/S；

e)进入450～465℃的锌池完成镀锌处理。

8.根据权利要求7所述的高抗拉强度热镀锌汽车外板的制造方法，其特征在于，所述的退火温度为835～855℃。

9.根据权利要求7所述的高抗拉强度热镀锌汽车外板的制造方法，其特征在于，所述的退火温度至锌池的冷速为7～14℃/S。

10.根据权利要求7所述的高抗拉强度热镀锌汽车外板的制造方法，其特征在于，对于热镀锌产品，钢板从锌池出来后进行第二段冷却，冷却速度大于3℃/S。

11.根据权利要求10所述的高抗拉强度热镀锌汽车外板的制造方法，其特征在于，所述冷却速度大于7℃/S。

12.根据权利要求7所述的高抗拉强度热镀锌汽车外板的制造方法，其特征在于，对于锌铁合金化热镀锌产品，钢板从锌池出来后再加热到480～550℃进行约8～15秒的合金化处理，再进行第二段冷却，冷却速度大于3℃/S。

13.根据权利要求12所述的高抗拉强度热镀锌汽车外板的制造方法，其特征在于，所述的冷却速度大于7℃/S。