CN101376944A - 一种高强度高屈强比冷轧钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高强度高屈强比冷轧钢板及其制造方法。所述高强度高屈强比冷轧钢板的化学成分以重量百分比计包括：C：0.08～0.14％、Si：0.4～1.0％、Mn：1.2～2.0％、P≤0.03％、S≤0.02％、N≤0.008％、Al：0.02～0.06％、Nb：0.01～0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质。通过常温终轧、低温卷取、较高温度加热保温以及快速冷却等工艺，获得了本发明的高强度高屈强比冷轧钢板。该冷轧钢板的屈服强度≥500MPa、抗拉强度≥600MPa、屈强比≥0.80，由此，可满足汽车制造业对更高强度的高屈强比钢板的需求。

Description

一种高强度高屈强比冷轧钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及钢材领域，具体涉及冷轧钢板，更具体地涉及一种高强度高屈强比冷轧钢板及其制造方法。

背景技术

汽车工业出于提高安全性能以及减重节能的需要，要求使用高强度钢板，如汽车车身结构对于保护乘坐人员的安全至关重要，需要大量使用高强度钢板。汽车结构件一般成形比较简单，对钢的成形性要求不是特别高，但由于变形量不大，加工硬化程度不高，反而对钢板的原始强度要求很高，否则就难以保证车身具有足够的强度和刚度，因此，汽车结构用冷轧钢板多采用添加微合金元素的高强度低合金钢。微合金化的高强度低合金钢特点就是低碳钢，添加Nb、Ti、V、B等微合金元素，在热循环和热应变作用下，通过碳、氮化物的溶接和析出机制，从而获得较高的强度和屈强比。有关添加微合金元素的高强度低合金钢的发明多以热轧、线材为主，其化学成分及成品种类如表1所示。

表1 现有技术中添加微合金元素的高强度低合金钢的化学成分(wt％)及其成品种类

 

	C	Si	Mn	Cr	Mo	P	S
								US2004040633	0.05-0.012	0.2-0.5	1.5-2.2		0.1-0.2	≤0.025	≤0.01
CN1330166	0.05-0.08	0.2-0.8	2-3	0.5-1.5
								KR 2006036559	0.08-0.12	≤0.1	1.4-1.7		≤0.2	≤0.02	≤0.005
冷轧析出强化钢常用设计	0.04-0.10	≤0.4	0.4-1.2			≤0.03	≤0.015
								JP 57085963	0.02-0.15	≤0.08	0.5-1.5

续表1：

 

	A1	N	Nb	Ti	V	B	成品种类
								US2004040633	0.02-0.05	≤0.008	0.01-0.03	0.08-0.11	0.08-0.12	0.05-0.06	热轧钢板
CN1330166			0.01-0.08	0.01-0.1	0.02-0.15		热轧长材
								KR 2006036559	0.03-0.07	≤0.005	0.03-0.06	0.03-0.06	0.04-0.2		冷轧析出强化等轴状铁素体钢板
冷轧析出强化钢常用设计	0.02-0.06	≤0.005	0.01-0.08	0.01-0.1	0.02-0.15		同上
								JP 57085963	0.01-0.10		0.01-0.10	0.05-0.20			热镀锌钢板

US2004040633涉及一种热轧钢板或者厚板的制造，通过Ac3以上温度热轧，以15℃/s冷却，590～630℃卷取，从而获得较高强度的钢板，其抗拉强度为800～900Mpa，屈服强度为700～800Mpa。CN1330166公开了一种低碳微合金化贝氏体铁素体钢及其制造方法，通过1180～1220℃热轧或锻造，880～920℃终止热轧或者锻造，以0.1～1℃/s冷却，可获得高强度高韧性的钢。以上这些钢种由于工序、工艺、成品类型和冷轧钢板相差较多，无法相互代替，因此没有可比性。

JP 57085963涉及一种热镀锌的析出强化钢，该钢种经热轧、700℃卷取、冷轧，然后热镀锌，于800～950℃退火，成分中加入了0.05-0.20％Ti和0.01-0.10％Nb作为强化元素。KR 2006036559涉及一种冷轧析出强化钢板，该钢种经Ar3以上温度热轧，两段冷却到520～570℃卷取，冷轧压下率不低于50％，于800～820℃退火，成品为高强度低合金析出强化钢。该钢板的化学成分中也加入了较多的微合金元素：Ti:0.03～0.06％、Nb:0.03～0.06％、V：0.01～0.04％。

许多有关冷轧高强度低合金钢的文献介绍，这类钢采用的成分设计多为：0.04～0.12％C、0.2～0.4％Si、0.4～1.2％Mn、0.01～0.1％Ti和/或0.01～0.08％Nb和/或0.021～0.15％V，其余为Fe。通过通常的热轧、冷轧、退火和卷取，可以获得高强度高屈强比冷轧钢板，其屈服强度通常在240～450MPa的范围，抗拉强度在340～550MPa的范围，屈强比约在0.75～0.85的范围，基本上满足了汽车结构用钢的要求。该类钢通过再结晶退火生产，组织为细小铁素体，铁素体接近于平衡态，硬度很低，强度的提升主要靠微合金元素的析出强化效果和细化晶粒的效果。利用这种强化机理，如果使该类钢的屈服强度达到500MPa以上，就必须添加很多微合金元素，造成成本上升明显：如Nb在添加量达到0.05％以上时，其强化作用达到平台区，提高其添加量强化效果不明显；Ti虽然不存在强化效果减弱的情况，但Ti容易和钢中的N、O、S、P等杂质元素反应，造成强化效果的波动，不利于强度的稳定。因此，在使传统微合金钢的屈服强度达到500Mpa以上时，遭遇成本和稳定性的瓶颈。

为了解决以上问题，本发明者通过研究，发现：在添加少量微合金元素的情况下，控制轧制和退火工艺，可以开发出一种高强度(屈服强度在500Mpa以上)高屈强比冷轧钢板，该钢板完全满足汽车制造业对更高强度的高屈强比钢板需求。

本发明的一个目的在于提供一种高强度高屈强比冷轧钢板。

本发明的另一个目的在于提供所述高强度高屈强比冷轧钢板的制造方法。

发明内容

本发明的第一个方面提供一种高强度高屈强比冷轧钢板，该冷轧钢板的化学成分以重量百分比计包括：C：0.08～0.14％、Si：0.4～1.0％、Mn：1.2～2.0％、P≤0.03％、S≤0.02％、N≤0.008％、Al：0.02～0.06％、Nb：0.01～0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质。

在一个优选实施方式中：所述高强度高屈强比冷轧钢板的化学成分中还包括：Ti：0.01～0.05％。

在一个更优选的实施方式中：所述高强度高屈强比冷轧钢板的化学成分以重量百分比计包括：C：0.1～0.12％、Si：0.6～0.8％、Mn：1.4～1.8％、P≤0.015％、S≤0.005％、N≤0.005％、Al：0.03～0.05％、Nb：0.015～0.025％，余量为Fe和不可避免的杂质。

在另一个优选实施方式中：所述高强度高屈强比冷轧钢板的显微组织为铁素体。

下面，对本发明的高强度高屈强比冷轧钢板的化学成分作用作详细叙述。

C：钢中最基本的强化元素，特别是本发明在部分利用了低温转变成的铁素体的强化作用时，碳的影响尤为重要，碳固溶在低温形成的铁素体中，处于过饱和的状态，对于提高钢的强度和屈强比至关重要，但碳含量也不能太高，太高会造成钢的焊接性能的下降，因此，碳含量应控制在0.08～0.14wt％之间。

Si：在钢中起到固溶强化作用，有利于阻止碳化物的析出，因此，添加适量Si有利于提高钢中铁素体的强度。

Mn：既是固溶强化元素又有利于相变C曲线的右移，使连续冷却转变发生在低温区，有利于铁素体晶粒细化以及铁素体中固溶较多的碳，从而对提高强度有利，为了兼顾强度和塑性，Mn含量应控制在1.0～2.0wt％之间。

P、S：钢中残留元素，对钢的焊接性能不利，应尽量控制在较低水平。

Al：在钢中起到脱氧作用。

N：在钢中和微合金元素形成氮化物，TiN没有强化作用，因此，N含量控制≤0.008wt％。

Nb、Ti：这类微合金元素会和钢中的碳、氮形成细小的析出物，具有较强的细化晶粒效果和析出强化效果，可以显著提高钢的强度和屈强比，但若加入量过高，会增加原料成本，因此Nb含量的适宜范围为0.01～0.03wt％，Ti含量的适宜范围为0.01～0.05wt％

本发明的第二个方面提供一种高强度高屈强比冷轧钢板的制造方法，该方法包括冶炼、浇铸、热轧、冷轧、退火、平整，其中在退火过程中，加热至780～850℃保温60～200s，以20～60℃/s的速度冷却到400～500℃，然后以30～60℃/min速度冷却到200℃以下。

在一个优选实施方式中：在所述热轧过程中，终轧温度为830～900℃，卷取温度为500～600℃。

在另一个优选实施方式中：在所述冷轧过程中，冷轧压下量为40～65％

在另一个优选实施方式中：在所述退火过程中，加热保温时间为80～120s。

在另一个优选实施方式中：在所述平整过程中，平整率为0.5～1.2％。

在本发明的高强度高屈强比冷轧钢板的制造方法中，对其工艺选择分析如下：

1、轧制工艺

采用常温终轧和低温卷取的热轧工艺，使工艺稳定性和可行性大大提高，卷取时采用较低的卷取温度，有利于获得细小的析出物颗粒；选择较低的冷轧压下率有利于减小轧制抗力。

2、退火工艺

采用较高的温度和较短的时间加热保温，有利于形成较多的奥氏体，同时微合金元素的碳、氮化物不会粗化。在随后的快速冷却过程中，由于Mn的作用，使得奥氏体向铁素体的转变发生在中低温区，促进铁素体晶粒的细化，同时铁素体中的含碳量较高，均有利于屈强比和强度的提高，再加上析出碳化物的强化，可以使钢获得很好的强度。

3、平整

平整的作用是改善板型，采用通常的规范即可。

本发明的高强度高屈强比冷轧钢板与现有技术中的冷轧析出强化钢板在强化原理上有明显差异。普通的冷轧析出强化钢的组织为高温区形成的等轴状细铁素体晶粒，由于铁素体由高温再结晶形成，因此普通的冷轧析出强化钢的强化主要靠微合金元素，而微合金元素中的Nb、Ti析出强化作用都具有一定局限：当Nb在添加量达到0.05wt％以上时，其强化作用达到平台区，即使添加更多的Nb，对钢的强度的提升也不明显；Ti不存在强化效果减弱的情况，但Ti容易和钢中的N、O、S、P等杂质元素反应，一方面强化效果容易受到损失，另一方面强化效果也容易波动，不利于强度的稳定，而汽车用钢对强度波动要求较严，因此，加Ti也较不理想，汽车用冷轧析出强化钢中通常不推荐使用Ti。总之，在屈服强度级别小于500Mpa时，加微合金元素可以使冷轧钢取得良好的性能和成本配合，但设计屈服强度高于500Mpa的高屈强比钢，仅靠微合金元素，难以兼顾性能和成本。

本发明虽然也利用了微合金元素的析出强化效果，但强度的进一步提升更主要是依靠发生在较低温度区间的奥氏体向铁素体的转变，即，在较低温度下的转变中，形成的铁素体晶粒一方面晶粒细小，另一方面固溶了较多的碳，可以大大提高钢的强度，从而使钢板可以达到更高的强度级别，以适应制造业对强度日益增长的高要求。因此，从强化机理上看，本发明的钢和现有析出强化钢有本质上的不同，本发明利用了低温形成的铁素体晶粒细小并且含碳量较高的强化作用，从而将强度提高到了普通微合金钢难以达到的水平，同时，合金元素的消耗没有增加。从强度级别上看，普通的微合金钢(铁素体+析出强化)的强度级别不超过450Mpa，本发明钢的强度级别则在500Mpa以上。

由上可见，无论从强化机理、强度级别、消耗的合金元素的量，以及对环境的影响等方面综合考虑，本发明的钢均和原有钢种不同或者具有明显的优点，可以满足制造业更加苛刻的要求。

本发明的有益效果为：

(1)从成分设计看，微合金元素的添加量不高，有利于节约合金元素，减少对环境的影响，符合汽车行业减重节能的要求，具有较好的应用前景。

(2)本发明的钢板在提高强度的同时可以保持较高的屈强比，解决了其它如双相钢等提高强度，屈强比同时下降的问题，可以有效地满足高强度高屈强比钢板的要求。

附图说明

图1为现有技术中普通冷轧析出强化钢的显微组织图。

图2为本发明实施例5高强度高屈强比冷轧钢板的显微组织图。

具体实施方式

以下用实施例结合附图对本发明作更详细的描述。这些实施例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并不对本发明的范围有任何限制。

实施例1

按表2所示的化学成分冶炼钢水并浇铸后，进行热轧，终轧温度为830℃，卷取温度为500℃，经酸洗后冷轧，冷轧压下量为40％，再将轧件加热至780℃进行退火，保温80s，以20℃/s速度冷却到400℃，再以30℃/min速度冷却到200℃以下，最后进行0.5％的平整。

实施例2

实施方法同实施例1，其中终轧温度为850℃，卷取温度为530℃，冷轧压下量为45％，于790℃退火，保温60s，冷却速度为30℃/s，冷却到420℃，再以40℃/min速度冷却到200℃以下，平整率为0.6％。

实施例3

实施方法同实施例1，其中终轧温度为860℃，卷取温度为550℃，冷轧压下量为50％，于800℃退火，保温100s，冷却速度为25℃/s，冷却到440℃，再以35℃/min速度冷却到200℃以下，平整率为0.7％。

实施例4

实施方法同实施例1，其中终轧温度为880℃，卷取温度为580℃，冷轧压下量为55％，于810℃退火，保温120s，冷却速度为40℃/s，冷却到460℃，再以46℃/min速度冷却到200℃以下，平整率为0.8％。

实施例5

实施方法同实施例1，其中终轧温度为890℃，卷取温度为600℃，冷轧压下量为60％，于820℃退火，保温140s，冷却速度为25℃/s，冷却到470℃，再以54℃/min速度冷却到200℃以下，平整率为1.0％。

本实施例的高强度高屈强比冷轧钢板的显微组织见图2。

实施例6

实施方法同实施例1，其中终轧温度为900℃，卷取温度为590℃，冷轧压下量为65％，于830℃退火，保温160s，冷却速度为20℃/s，冷却到490℃，再以50℃/min速度冷却到200℃以下，平整率为1.2％。

实施例7

实施方法同实施例1，其中终轧温度为910℃，卷取温度为570℃，冷轧压下量为60％，于840℃退火，保温180s，冷却速度为60℃/s，冷却到440℃，再以40℃/min速度冷却到200℃以下，平整率为1.0％。

实施例8

实施方法同实施例1，其中终轧温度为920℃，卷取温度为540℃，冷轧压下量为55％，于850℃退火，保温200s，冷却速度为50℃/s，冷却到500℃，再以60℃/min速度冷却到200℃以下，平整率为0.8％。

表2 本发明实施例1-8的高强度高屈强比冷轧钢板的化学成分(wt％)

 

实施例	C	Si	Mn	P	S	N	Al	Nb	Ti
										1	0.08	0.4	1.8	0.03	0.015	0.005	0.02	0.03
2	0.09	0.5	1.6	0.01	0.01	0.008	0.03	0.015
										3	0.1	0.6	2.0	0.015	0.005	0.006	0.04	0.02
4	0.12	1.0	1.5	0.012	0.007	0.003	0.05	0.025
										5	0.14	0.8	1.8	0.03	0.008	0.002	0.06	0.02
6	0.08	0.4	1.8	0.03	0.015	0.005	0.02	0.01	0.05

 

7	0.09	0.5	1.2	0.01	0.01	0.004	0.03	0.015	0.03
										8	0.14	0.8	1.4	0.03	0.008	0.0025	0.06	0.03	0.01

试验例

对本发明实施例1-8的高强度高屈强比冷轧钢板进行机械性能测试，测试结果见表3。

表3 本发明实施例1-8的高强度高屈强比冷轧钢板的力学性能

 

实施例	屈服强度σsL(Mpa)	抗拉强度σb(Mpa)	延伸率δ5(％)	屈强比σsL/σb
					1	520	640	23	0.812
2	507	635	22	0.800
					3	570	700	18	0.814
4	580	720	18	0.806
					5	675	810	13	0.833
6	540	650	22	0.831
					7	530	660	22	0.803
8	570	690	20	0.826

结合图2和表3可以看出，采用本发明成分设计及工艺，可使制得的钢板获益于铁素体晶粒细化、固溶强化和析出强化的多重强化效果，大大提高其强度和屈强比，从而满足汽车制造业对更高强度的高屈强比钢板的需求。

Claims (9)

1、一种高强度高屈强比冷轧钢板，其特征在于，所述高强度高屈强比冷轧钢板的化学成分以重量百分比计包括：C：0.08～0.14％、Si：0.4～1.0％、Mn：1.2～2.0％、P≤0.03％、S≤0.02％、N≤0.008％、Al：0.02～0.06％、Nb：0.01～0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质。

2、根据权利要求1所述的高强度高屈强比冷轧钢板，其特征在于，所述高强度高屈强比冷轧钢板的化学成分中还包括：Ti：0.01～0.05％。

3、根据权利要求1所述的高强度高屈强比冷轧钢板，其特征在于，所述高强度高屈强比冷轧钢板的化学成分以重量百分比计包括：C：0.1～0.12％、Si：0.6～0.8％、Mn：1.4～1.8％、P≤0.015％、S≤0.005％、N≤0.005％、Al：0.03～0.05％、Nb：0.015～0.025％，余量为Fe和不可避免的杂质。

4、根据权利要求1或2或3所述的高强度高屈强比冷轧钢板，其特征在于，所述高强度高屈强比冷轧钢板的显微组织为铁素体。

5、权利要求1所述高强度高屈强比冷轧钢板的制造方法，所述方法包括冶炼、浇铸、热轧、冷轧、退火、平整，其特征在于，在退火过程中，加热至780～850℃保温60～200s，以20～60℃/s的速度冷却到400～500℃，然后以30～60℃/min速度冷却到200℃以下。

6、根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，在所述热轧过程中，终轧温度为830～900℃，卷取温度为500～600℃。

7、根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，在所述冷轧过程中，冷轧压下量为40～65％。

8、根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，在所述退火过程中，加热保温时间为80～120s。

9、根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，在所述平整过程中，平整率为0.5～1.2％。

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