CN101613827A - 一种高性能冷轧相变塑性钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高性能冷轧相变塑性钢，其化学组成为：C：0.05％～0.3％，Si：0.1％～0.6％，Mn：0.5％～2.0％，P：0.01％～0.1％，V：0.01％～0.5％，N：0.01％～0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质。其制备方法：(1)通过转炉冶炼、精炼、板坯连铸后，进行热轧，终轧温度为750～900℃，卷取温度为550～700℃，然后以40％～80％的压下量进行冷轧，制成厚度为0.5～2.0mm的钢板；(2)对钢板进行热处理，即在700～850℃等温保持0.5～6分钟，然后以10～50℃/s速率快速冷却至300～500℃并等温0.5～10分钟，最后以5～20℃/s速率空冷或油冷至室温。本发明采用特殊的成分设计和热处理工艺，使不含Al的低碳低硅钢具有优良的强塑性和良好的焊接性、热浸镀性及铸坯表面质量。
Description
技术领域
本发明属于合金钢技术领域，尤其涉及一种高性能冷轧相变塑性钢及其热处理加工技术。
背景技术
由于能源和环境问题而引起了汽车业减轻车重的变革，人们开始用高强度钢(HSS)来替代软钢，这种替代可有效降低车重和油耗，而不降低安全可靠性。在这些高强钢中，以相变诱发塑性(TRIP：TransformationInduced Plasticity)钢由于其独特的强韧化机制，即可以通过发生残余奥氏体向马氏体的相变来诱发塑性，相变产物马氏体又增强了材料强度，可使材料同时具有高的强韧性。TRIP钢的制备方法分为热轧和冷轧两种方式，采用热处理工艺形成铁素体、马氏体和少量奥氏体，具有高强度和高延伸性能，高碰撞吸收性能，用于汽车保险杠、底盘，结构件及加强件，车门、罩壳等。
传统的低碳TRIP钢成分中都含有较高的硅或铝含量，为了使钢的强塑积值大于20000MPa％，TRIP钢中一般要含有大于1％(重量百分比)的硅含量。这些硅的存在，一方面改变了碳在奥氏体中的活度，导致低碳钢在室温可以获得一定量的较稳定的残余奥氏体，这些残余奥氏体在应变过程中发生马氏体相变，导致钢具有高的强度和塑性；另一方面，硅固溶于铁素体中，使钢的强度进一步提高。但是，较高的硅含量，造成钢板表面质量下降，使钢板热轧性能及表面涂覆性能大大下降。
单纯地降低硅含量，低碳低硅TRIP钢无法获得高的强度和塑性，通过添加一些替代元素，如：铝、磷等元素，可以提高低碳低硅TRIP钢的强塑积。但是，含铝低碳低硅TRIP钢的强度较低，含磷TRIP钢的其他性能较差，它们都较难达到传统TRIP钢的性能。在临界退火时，含Al的TRIP钢中的奥氏体含量低，等温时贝氏体含量少且相变进程慢，同时Al增加层错能，抑制马氏体γ-ε相变。
现有技术中有关冷轧TRIP钢的制备方法，如申请号为01124921.8，名为“加工性及镀层密合性优良的高强度钢板及其制造方法”的中国专利和申请号为200480002242.9，名为“高强度热浸镀锌钢板及其制备方法”的中国专利，分别通过添加适量的Al和N来控制铁氮化物的形成，获得了良好的表面涂覆性。但是，Al和N含量的提高会恶化铸坯的表面质量。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术所存在的上述各种缺陷，在低硅无铝成分的基础上通过复合添加磷和钒，结合相应的热处理工艺，提供一种具有优良的强塑性，同时还具有良好的焊接性、热浸镀性和表面质量的相变塑性钢及其制备方法。
本发明高性能冷轧相变塑性钢的化学组成以重量百分比计为：C：0.05％～0.3％，Si：0.1％～0.6％，Mn：0.5％～2.0％，P：0.04％～0.1％，V：0.01％～0.5％，N：0.01％～0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明所述高性能冷轧相变塑性钢按重量百分比计还可含有RE：0.06％～0.2％；该相变塑性钢由铁素体、残余奥氏体和贝氏体组成，其中，铁素体含量以体积百分比计为40％～80％，残余奥氏体以体积百分比计为5％～20％，其余为贝氏体。
本发明高性能冷轧相变塑性钢的制备方法包括以下工艺步骤：(1)通过转炉冶炼、精炼、135～250mm厚度的板坯连铸，获得相应成分的铸坯后，进行热轧，其终轧温度为750～900℃，卷取温度为550～700℃，再以40％～80％的累积压下量进行冷轧，制成厚度为0.5～2.0mm的钢板；(2)对钢板进行热处理，即在700～850℃等温保持0.5～6分钟，然后以10～50℃/s速率快速冷却至300～500℃并等温0.5～10分钟，最后以5～20℃/s速率空冷或油冷至室温，即得到高性能冷轧相变塑性钢。
本发明在低硅无铝成分的基础上通过复合添加磷和钒，必要时还添加稀土，利用添加元素的有益的作用，并采用相应的热处理技术，便可获得强塑积值大于20000MPa％的低碳低硅TRIP钢。其中，添加的磷有助于获得一定量的稳定的残余奥氏体；而加入的钒，一部分固溶在奥氏体中，有助于增加残余奥氏体量，另一部分以碳化物的形式存在于铁素体中，提高钢的强度；添加稀土可以净化钢质，改善焊缝塑性，提高焊接工艺性能。
本发明为使该相变塑性钢获得良好的强塑性，采用了连续退火热处理技术，使经处理的TRIP钢由铁素体、残余奥氏体和贝氏体组成，其中，铁素体含量以体积百分比计为40％～80％，残余奥氏体以体积百分比计为5％～20％。
本发明的有益效果：由于采用特殊的成分设计和热处理工艺，本发明使不含Al的低碳低硅(≤0.6％)TRIP钢具有高的强度和良好的塑性(抗拉强度达到800MPa以上，拉断延伸率达到25％以上，两者的乘积达到20000MPa％以上)。同时，本发明还具有良好的焊接性、热浸镀性和表面质量。因为，Si会引起诸如表面质量等问题，原因是所存在的Si的氧化物在酸洗后会产生具有不规则且极高粗糙度的表面；而且，从腐蚀保护的角度考虑，对高硅含量的的基体进行热浸镀锌处理一般会导致表面质量不能满足汽车应用场合，此外，表面上存在漏镀区的危险性非常高。由于本发明不含铝且N含量极低，所以与对比文献(01124921.8和200480002242.9两项专利)相比有效避免了连铸坯表面缺陷的产生，因为高铝含量的钢在浇铸过程中，由于铝的易氧化性形成絮状氧化产物而堵塞水口，同时，焊接时铝的氧化物也会损害焊接性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
本发明实施例所用高性能冷轧相变塑性钢的制备工艺包括：转炉冶炼、LF炉精炼、135～250mm厚度的板坯连铸、1000～1250℃热轧、其终轧温度为750～900℃，卷取温度为550～700℃，再以40％～80％的累积压下量进行冷轧，制成厚度为0.5～2.0mm的钢板。再进行热处理：将冷轧后钢板在700～850℃等温0.5～6分钟，随后以10～50℃/s速率快速冷却至300～500℃并等温0.5～10分钟，最后以5～20℃/s速率空冷或油冷至室温，即可得到高性能冷轧相变塑性钢。
实施例1
本发明实施例1所用高性能冷轧相变塑性钢的化学组成见表1。其制备工艺过程如下：将具有上述组成的钢坯经冷轧，制成厚度为1.8mm的钢板；在热处理炉内将钢板加热到800℃等温180秒，随后以30℃/s快速冷却至400℃并等温550秒，最后以10℃/s空冷至室温，即得到高性能冷轧相变塑性钢。
经检测，热处理后钢板的显微组织相对量(体积百分比)为：铁素体62％，残余奥氏体8％，余量为贝氏体。热处理后钢板的各项力学性能值见表2。从表2不难看出采用本发明方法得到的高性能冷轧相变塑性钢的抗拉强度达到800MPa，其延伸率达到25％以上，同时具有良好的强塑性。
实施例2
本发明实施例2所用高性能冷轧相变塑性钢的化学组成见表1。其制备的工艺过程如下：将具有上述组成的钢坯经冷轧，制成厚度为1.0mm的钢板；在热处理炉内将钢板加热到760℃等温90秒，随后以40℃/s快速冷却至460℃并等温50秒，最后以20℃/s油冷至室温，即得到高性能冷轧相变塑性钢。
经检测，热处理后钢板的显微组织相对量(体积百分比)为：铁素体73％，残余奥氏体13.2％，余量为贝氏体。热处理后钢板的各项力学性能值见表2。从表2不难看出采用本发明方法得到的高性能冷轧相变塑性钢的抗拉强度达到600MPa，其延伸率达到30％以上，同时具有良好的强塑性。
实施例3
本发明实施例3所用高性能冷轧相变塑性钢的化学组成见表1。其制备的工艺过程如下：将具有上述组成的钢坯经冷轧，制成厚度为1.5mm的钢板；在热处理炉内将钢板加热到780℃等温90秒，随后以30℃/s快速冷却至430℃并等温300秒，最后以10℃/s空冷至室温，即得到高性能冷轧相变塑性钢。
经检测，热处理后的钢板的显微组织相对量(体积百分比)为：铁素体64％，残余奥氏体11.6％，余量为贝氏体。热处理后钢板的各项力学性能值见表2。从表2不难看出采用本发明方法得到了强度为700MPa以上，其延伸率达到28％以上的高性能冷轧相变塑性钢。
表1本发明实施例钢的成分(重量％)
| 实施例 | C | Si | Mn | P | S | V | N | RE |
| 1 | 0.182 | 0.53 | 1.62 | 0.0518 | 0.0043 | 0.090 | 0.0040 | 0.20 |
| 2 | 0.132 | 0.51 | 1.60 | 0.075 | 0.0043 | 0.095 | 0.0025 | - |
| 3 | 0.189 | 0.51 | 1.60 | 0.0232 | 0.0043 | 0.095 | 0.0025 | 0.15 |
表2本发明实施例钢板热处理后的力学性能
本发明实施例成品钢板的焊接及热浸镀性能都满足相应钢级的力学性能，其加工性和镀层密合性优良，热浸镀样品表面质量达到FB级别，镀层附着性能试验的弯心直径为a，可镀性评价见表3。
表3本发明实施例钢板热浸镀后的可镀性评价
注：○表示没有未镀覆部分。
Claims (4)
1.一种高性能冷轧相变塑性钢，其特征在于该钢的化学组成以重量百分比计为：C：0.05％～0.3％，Si：0.1％～0.6％，Mn：0.5％～2.0％，P：0.04％～0.1％，V：0.01％～0.5％，N：0.01％～0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高性能冷轧相变塑性钢，其特征在于按重量百分比计还含有RE：0.06％～0.2％。
3.根据权利要求1所述的高性能冷轧相变塑性钢，其特征在于该高性能冷轧相变塑性钢由铁素体、残余奥氏体和贝氏体组成，其中，铁素体含量以体积百分比计为40％～80％，残余奥氏体含量以体积百分比计为5％～20％，其余为贝氏体。
4.一种权利要求1、2或3所述的高性能冷轧相变塑性钢的制备方法，
其特征在于包括以下工艺步骤：
(1)通过转炉冶炼、精炼、135～250mm厚度的板坯连铸获得相应成分的铸坯后，进行热轧，其终轧温度为750～900℃，卷取温度为550～700℃，再以40％～80％的累积压下量进行冷轧，制成厚度为0.5～2.0mm的钢板；
(2)对钢板进行热处理，即在700～850℃等温保持0.5～6分钟，然后以10～50℃/s速率快速冷却至300～500℃并等温0.5～10分钟，最后以5～20℃/s速率空冷或油冷至室温，即得到高性能冷轧相变塑性钢。
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