CN102400046B - 一种高强度烘烤硬化钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高强度烘烤硬化钢及其制备方法，其化学成分：C0.001％～0.004％，Si＜0.4％，Mn 0.3％～0.8％，P 0.02％～0.06％，S＜0.02％，Al 0.02％～0.4％，N＜0.004％，Ti 0.01％～0.02％，Nb 0.01％～0.02％，Cu0.3％～1％，Ni 0.3％～1％，余量为Fe。制造方法包括冶炼、连铸、热轧、酸洗冷轧、连续退火和平整，板坯加热温度为1150～1230℃，热轧开轧温度为＞1100℃，终轧温度为890～930℃，卷取温度为670～730℃；冷轧压下率控制在70～80％；连续退火的加热温度为800～860℃，保温时间为70～150s，冷却速率为20～80℃/s；平整压下率为0.4～1.0％。采用本发明生产出的产品屈服强度＞260MPa，抗拉强度＞440MPa，延伸率＞33％，r＞1.6，BH＞30MPa。
Description
技术领域
本发明属于金属材料技术领域，尤其涉及铌钛复合添加的高强度烘烤硬化钢及其制备方法。
背景技术
随着对汽车在环保、安全、节能的要求不断提高，高强度钢板在汽车上的用量不断增加。然而，在汽车的生产过程中，不仅要求汽车板具有较高的强度，同时要求具有很好的成形性能。而通常随着汽车钢板强度的增加，钢板的成形性能不断下降，从而限制了高强度汽车板在汽车上的应用。在众多汽车板中，烘烤硬化钢很好的解决了高强度和成形性能的矛盾，同时具备较高的强度、良好的抗凹性能和成形性能从而得到广泛关注。
烘烤硬化钢分为低碳烘烤硬化钢和超低碳烘烤硬化钢，其中超低碳烘烤硬化钢以其良好的强度和成形性能在汽车业内得到大量应用。其基本原理是在超低碳钢中加入适量的Nb或Ti，使钢中的C、N原子被固定为碳氮化物以保证深冲性能，并在退火、平整后在钢板的铁素体组织中保留一定数量的C原子，使之经冲压成形和随后的烤漆处理后得到硬化，同时添加相应量的合金元素实现固溶强化或弥散强化，得到不同强度水平的冷轧钢板。
为了生产出高强度的超低碳烘烤硬化钢，中国专利No.101348883A提出了通过添加Mn、P等固溶强化元素来提高烘烤硬化钢板的强度。该方法很好的将烘烤硬化钢的强度由通常的270～300MPa提高到340MPa以上。然而，Mn、P等元素在提高钢板强度的同时，会快速恶化钢板的延伸率，因此，如果要生产440MPa以上的烘烤硬化钢板，单纯添加Mn、P等固溶强化元素是无法实现的。
POSCO公司的研究人员提出用CuS或MnS或(CuMn)S作为二相粒子析出来得到高强度的烘烤硬化钢板，如韩国专利KR2009072113A和中国专利CN101372733A中所述。其优点是得到了具有高强度和高延伸率的烘烤硬化钢板。其不足之处在于：该专利没有添加Nb、Ti等合金元素对C、N进行控制，在炼钢生产过程中需要非常高的控制精度，因而难以实现稳定连续生产；同时，为了得到细小弥散分布CuS、MnS等二相粒子，在热轧过程中需要快速冷却，冷却速率大于200℃/s。要在大生产过程中实现上述工艺要求，必须进行设备改造来增强冷却能力，这样做会导致成本上升。同时，其最大抗拉强度为359MPa。
日本专利JP2005008940A提出了一种制备抗拉强度达到440MPa的烘烤硬化钢的方法。其不足之处在于：该方法采用的是低碳成分设计，最终组织为铁素体+马氏体的双相组织。由于碳元素的存在，会降低该钢板的冲压性能(r值降低)，该专利中没有提及r值的大小，但由于碳含量较高，必然会降低钢板的成形性能。同时，由于该专利采用第二相组织强化的方法，会使钢板中组织不均匀，在制备需要发生冷弯、扩孔等局部变形量较大的零件时，已发生开裂，从而限制了其应用。
因此针对上述问题，本发明提出了利用添加Cu元素进行弥散析出强化同时结合Mn、P等元素进行固溶强化的方法，在常规的连铸连轧、连续退火的生产线上，生产出组织均匀的高强度烘烤硬化钢板。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种含铜的铌和钛复合添加的抗拉强度可达440MPa的超低碳烘烤硬化钢板及其生产方法。
本发明高强度烘烤硬化钢的化学成分重量百分比为：C0.001％～0.004％，Si＜0.4％，Mn 0.3％～0.8％，P 0.02％～0.06％，S＜0.02％，Al 0.02％～0.4％，N＜0.004％，Ti 0.01％～0.02％，Nb 0.01％～0.02％，Cu0.3％～1％，Ni 0.3％～1％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明的基本原理是通过添加Cu元素来得到弥散强化的效果同时结合Mn、P等元素的固溶强化，使钢板同时具有较高的强度、塑性和烘烤硬化性。
本发明基于以下理由选择合金元素种类及含量：
C：C元素是影响烘烤硬化值及钢板成形性能的关键元素。当C含量增高时，钢板成形性变差，而且在室温下抗时效性变差，因此本发明要求C元素含量控制在0.0040％以下。当C含量过低时，钢板难以得到足够的烘烤硬化值，为了保证烘烤硬化值大于30MPa，本发明要求C元素含量大于0.0010％。
Si：Si元素是很好的固溶强化元素，但随着Si含量的增加，会导致钢板表面质量下降，同时影响板材的冲压性能，因此本发明要求Si含量控制在0.4％以下。
Mn：Mn是本发明的主要固溶强化元素之一，对最终产品性能有较大影响。本发明中Mn含量超过0.8％时，钢板的强度偏高，成形性下降。如果含量过低，则导致钢板强度不足，因此本发明中Mn含量不能低于0.3％。
P：P元素是本发明中主要的固溶强化元素之一，本发明要求P元素含量在0.02～0.06％之间。如果P元素含量过高，会导致钢板出现二次加工脆性。过低则会降低钢板的强度。
S：S元素是钢板中的有害元素，本发明要求S元素控制在0.02％以下，在0.01％以下更优。
Al：Al是炼钢中的脱氧元素，当Al元素低于0.02％时，脱氧能力不足，当Al元素含量超过0.4％时，则会影响产品的表面质量。因此本发明要求Al的含量在0.02～0.4％之间。
N：N为钢中的有害元素，过高会导致钢板抗时效性变差。因此，本发明要求N元素含量控制在0.004％以下。
Ti：Ti元素的作用是固定钢中的N，其与N元素的比例关系为：Ti＝(48/14)*N，当钢中N含量为0.004％时，Ti含量为0.014％。
Nb：Nb元素的作用是固定钢中的C，其与C的比例关系为：Nb＝(0.7～0.9)*93/12*C，当钢中C含量为0.002％时，Nb的含量为0.011～0.014％。
Cu：本发明主要是通过Cu元素的弥散析出强化来提高超低碳烘烤硬化钢板强度，Cu元素在高温α-Fe中溶解度很高，而在低温α-Fe中溶解度很小，并且Fe-Cu之间没有金属间化合物，因此是一个很好的二相粒子析出强化的材料。本发明中Cu的优选含量为0.3～1％，可以根据不同强度级别来调整Cu的百分含量。
Ni：本发明主要是通过Ni的添加来消除Cu的添加所带来的塑性下降，轧制困难等问题。
本发明高强度烘烤硬化钢的制造方法包括以下步骤：
1)按上述成分冶炼、连铸成板坯；
2)热轧：板坯加热温度为1150～1230℃；热轧开轧温度＞1100℃，终轧温度为890～930℃；卷取温度为670～730℃；
3)酸洗冷轧：冷轧压下率控制在70～80％；
4)连续退火：加热速率为10℃/s，加热温度为800～860℃，保温时间为70～150s，冷却速率为45～80℃/s，无时效工艺；
5)平整：平整压下率为0.4～1.0％。
本发明采用现有的连铸连轧、连续退火生产线，通过复合添加Nb和Ti，并通过添加Cu元素实现弥散强化，同时结合添加P、Mn元素实现固溶强化，生产出组织均匀的高强度烘烤硬化钢板，该产品的屈服强度＞260MPa，抗拉强度＞440MPa，延伸率＞33％，r＞1.6，BH＞30MPa。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的描述。
本发明实施例钢水经RH精炼真空脱气处理，并采用多种夹杂物控制措施，最后经连铸工艺生产连铸坯。本发明实施例钢水的化学成分如表1所示(余量为Fe)。
表1本发明实施例钢水的化学成分(wt.％)
| C | Si | Mn | P | S | N | Sol.Al | Ti | Nb | Cu | Ni | O | |
| 实施例1 | 0.0015 | 0.002 | 0.42 | 0.034 | 0.01 | 0.003 | 0.039 | 0.01 | 0.011 | 0.98 | 0.75 | 0.0038 |
| 实施例2 | 0.0027 | 0.003 | 0.47 | 0.038 | 0.01 | 0.003 | 0.043 | 0.01 | 0.017 | 0.88 | 0.65 | 0.0045 |
| 实施例3 | 0.0021 | 0.12 | 0.52 | 0.031 | 0.01 | 0.003 | 0.047 | 0.01 | 0.013 | 0.78 | 0.68 | 0.0041 |
| 实施例4 | 0.0021 | 0.27 | 0.55 | 0.024 | 0.02 | 0.003 | 0.047 | 0.01 | 0.013 | 0.88 | 0.70 | 0.0041 |
| 实施例5 | 0.0023 | 0.02 | 0.72 | 0.027 | 0.01 | 0.004 | 0.042 | 0.01 | 0.014 | 0.72 | 0.60 | 0.0035 |
| 实施例6 | 0.0026 | 0.002 | 0.52 | 0.058 | 0.01 | 0.004 | 0.045 | 0.01 | 0.016 | 0.75 | 0.62 | 0.0044 |
| 实施例7 | 0.0025 | 0.26 | 0.78 | 0.057 | 0.02 | 0.004 | 0.047 | 0.01 | 0.016 | 0.45 | 0.38 | 0.0044 |
| 实施例8 | 0.0025 | 0.21 | 0.76 | 0.055 | 0.01 | 0.004 | 0.048 | 0.01 | 0.016 | 0.56 | 0.42 | 0.0054 |
| 参考例1 | 0.0049 | 0.007 | 0.45 | 0.038 | 0.02 | 0.003 | 0.042 | 0.01 | 0.008 | 0.68 | 0.48 | 0.0038 |
| 参考例2 | 0.0027 | 0.003 | 0.97 | 0.12 | 0.02 | 0.003 | 0.043 | 0.01 | 0.017 | 0.82 | 0.53 | 0.0043 |
| 参考例3 | 0.0027 | 0.003 | 0.57 | 0.068 | 0.01 | 0.003 | 0.043 | 0.01 | 0.017 | 0.02 | 0.02 | 0.0045 |
本发明实施例连铸坯在热轧前加热到1200±50℃，保温1～2.5小时，然后经粗轧、精轧、层流冷却后卷取，经室温冷却后进行酸洗和冷轧，生产出合乎规格要求的冷轧板。本发明实施例钢板的具体工艺参数见表2：
表2本发明实施例钢板的工艺参数
| 开轧温度(℃) | 热轧终轧温度(℃) | 热轧卷取温度(℃) | 冷轧压下率(％) | |
| 实施例1 | 1200 | 910 | 710 | 75 |
| 实施例2 | 1170 | 890 | 730 | 78 |
| 实施例3 | 1190 | 900 | 720 | 77 |
| 实施例4 | 1220 | 900 | 690 | 74 |
| 实施例5 | 1210 | 920 | 680 | 75 |
| 实施例6 | 1185 | 930 | 690 | 79 |
| 实施例7 | 1225 | 920 | 730 | 72 |
| 实施例8 | 1230 | 910 | 725 | 75 |
| 参考例 | ＞850 | ＞650 | 65～80 |
本发明实施例钢板在连退机组进行清洗、退火和平整，退火工艺参数及平整参数如表3所示：
表3本发明实施例钢板连退和平整的工艺参数
| 加热温度(℃) | 保温时间(s) | 冷却速率(℃/s) | 平整延伸率(％) | |
| 实施例1 | 829 | 113 | 60 | 0.8 |
| 实施例2 | 843 | 107 | 75 | 0.9 |
| 实施例3 | 857 | 147 | 79 | 1.0 |
| 实施例4 | 849 | 138 | 64 | 0.7 |
| 实施例5 | 859 | 82 | 48 | 0.8 |
| 实施例6 | 837 | 74 | 52 | 0.6 |
| 实施例7 | 846 | 129 | 59 | 0.4 |
| 实施例8 | 858 | 118 | 67 | 0.7 |
| 参考例 | 840 | 70～120 | 40～100 | 0.5～0.8 |
本发明实施例产品的力学性能如表4所示：
表4本发明实施例产品的力学性能
| Rp0.2(MPa) | Rm(MPa) | 断裂延伸率(％) | r90 | BH(MPa)* | |
| 实施例1 | 287 | 448 | 36 | 1.72 | 38 |
| 实施例2 | 298 | 452 | 35 | 1.65 | 52 |
| 实施例3 | 289 | 447 | 35 | 1.78 | 48 |
| 实施例4 | 312 | 466 | 34 | 1.68 | 44 |
| 实施例5 | 297 | 453 | 36 | 1.78 | 49 |
| 实施例6 | 304 | 449 | 36 | 1.68 | 52 |
| 实施例7 | 293 | 469 | 33 | 1.74 | 54 |
| 实施例8 | 312 | 449 | 35 | 1.73 | 58 |
| 参考例1 | 309 | 467 | 31 | 1.52 | 69 |
| 参考例2 | 329 | 487 | 28 | 1.42 | 47 |
| 参考例3 | 249 | 384 | 35 | 1.68 | 51 |
*注：此处BH值为BH2，测量时，钢板的预变形量为2％，烘烤温度为170℃，烘烤时间为20min。
Claims (4)
1.一种高强度烘烤硬化钢，其特征在于其化学成分重量百分比为：C0.001%～0.004%，Si＜0.4%，Mn0.42%～0.8%，P0.02%～0.06%，S＜0.02%，Al0.02%～0.4%，N＜0.004%，Ti0.01%～0.02%，Nb0.01%～0.02%，Cu0.3%～1%，Ni0.3%～1%，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高强度烘烤硬化钢，其特征在于所述Ti与N的比例关系为：Ti=（48/14）*N。
3.根据权利要求1所述的高强度烘烤硬化钢，其特征在于所述Nb与C的比例关系为：Nb=（0.7～0.9）*（93/12）*C。
4.一种权利要求1、2或3所述高强度烘烤硬化钢的制造方法，包括冶炼、连铸、热轧、酸洗冷轧、连续退火和平整，其特征在于板坯加热温度为1150～1230℃，保温1～2.5小时，热轧开轧温度为＞1100℃，终轧温度为900～920℃，卷取温度为690～730℃；冷轧压下率控制在70～80%；连续退火的加热温度为800～860℃，保温时间为70～150s，冷却速率为20～80℃/s；平整压下率为0.4～1.0%。
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| CN101348883A (zh) * | 2008-09-11 | 2009-01-21 | 北京科技大学 | 一种铌和钛复合添加的超低碳烘烤硬化钢板及其制造方法 |
| CN101509098A (zh) * | 2009-03-27 | 2009-08-19 | 武汉钢铁(集团)公司 | 屈服强度180Mpa热镀锌烘烤硬化钢及其生产方法 |
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2010
- 2010-09-07 CN CN201010276618.2A patent/CN102400046B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101278066A (zh) * | 2005-10-05 | 2008-10-01 | 新日本制铁株式会社 | 烤漆硬化性能和常温延迟时效性优异的冷轧钢板及其制造方法 |
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| Publication number | Publication date |
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