CN102676926A - 一种复相钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复相钢板及其制造方法。钢板主要成分以重量百分比：C：0.13～0.17%、Si：0.60～1.00%、Mn：1.50～1.80%、P：≤0.015%、S：≤0.005%、Al：0.015～0.040%、Ti:0.01～0.02%、Nb：0.02～0.04%、N：≤0.006%、O：≤0.004%，余量为铁和不可避免杂质。钢板的制造方法为将连铸坯或钢坯经1180～1220℃加热后进行多道次轧制，总压下率≥70%，终轧温度810-850℃，轧后进行分段冷却：第一段水冷速度75-150℃/s，中间空冷温度控制在665-695℃，空冷时间3-5s，第二段水冷速度75-100℃/s，终冷温度≤250℃。终冷后的钢板单张空冷或卷取冷却至室温。所获钢板组织为贝氏体+马氏体（可能含有少量铁素体），屈服强度≥625MPa，抗拉强度≥900MPa，延伸率A80≥10%。适合制造结构件、加强件、安全件等构件，如保险杠、B柱加强件。

Description

一种复相钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种先进高强度钢板，具体地说是涉及一种高强度复相钢板及其制造方法。钢板的组织为贝氏体+马氏体（可能含有少量铁素体），适合制造结构件、加强件、安全件等构件，如保险杠、B柱加强件。

背景技术

传统汽车用低强度钢(LSS)和高强度钢(HSS)主要有无间隙原子钢(IF)、高强度无间隙原子钢(IF-HS)、普碳软钢(MILD)、各向同性钢(IS)、烘烤硬化钢(BH)、碳锰钢(C-Mn)以及低合金高强度钢(HSLA)、双相钢(DP)、相变诱发塑性钢(TRIP)等三个种类的部分低强度级别品种。传统的高强钢大多通过固溶、析出和细化晶粒作为主要强化手段。随着汽车产业的发展以及能源危机和环境问题的日益加剧，对车辆节能与安全的要求越来越高，车辆自重要求越来越轻以提高燃油经济性，于是先进高强度钢(AHSS)或者超高强度钢(Ultra-HSS)应运而生。通常抗拉强度大于600MPa的钢种定为先进高强度钢（AHSS）或者超高强度钢，主要有以下五大类：低合金高强度钢、双相钢、相变诱发塑性钢、复相钢(CP)、马氏体钢(MP)。先进高强钢主要通过相变进行强化，组织中含有马氏体、贝氏体和/或残余奥氏体。先进高强钢兼具高强度和较好的成形性，特别是加工硬化指数高，有利于提高冲击过程中的能量吸收，以达到减重的同时保证安全性。

复相钢具有较高的抗拉强度和较低的屈强比。这类钢组织中含有至少2种以上的相，所以称之为复相钢。复相钢中常见的组织为贝氏体、马氏体、铁素体和一定含量的残余奥氏体及细小析出物。复相钢的屈服强度约为620～800MPa，抗拉强度等级大于780MPa。复相钢具有高形变能力、高的吸收能和高的残余变形，适合制造结构件、加强件、安全件等构件，如保险杠、B柱加强件。

目前关于复相钢板及其制造方法的专利，例如中国专利公开号CN1113975C、CN1194113C均为铁素体和贝氏体复相钢，含有较高的硅锰含量以及可添加铬、较高含量的微合金元素和硼。可用于大截面钢筋和热轧板。

为了能够经济、高效地生产复相钢，充分发挥现代热轧机组较强的水冷能力和具备多种水冷模式的优势，用廉价的合金设计、轧制及控冷过程中的严格控制和多种冷却模式来获得先进高强度钢是目前技术的发展主流。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复相钢板及其制造方法，针对屈服强度625MPa级别，采用廉价的合金元素Si、Mn和少量的Nb，采用常规轧制工艺和轧后的分段冷却，获得贝氏体+马氏体（可能含有少量铁素体）复相组织，使得钢的屈强比较低，成形性较好。钢板具有高形变能力、高的吸收能和高的残余变形，满足了汽车、工程机械等行业对先进高强度钢板的较高要求。

本发明的构思如下：

本发明不添加贵重合金元素，仅采用C、Si和Mn和少量的微合金元素Nb保证强度级别；采用轧后分段冷却（水冷-空冷-水冷-空冷）能使钢板获得两相或三相复相组织，且为了保证每段冷速和终冷温度的精度，所以水冷速度不能太快。一般而言，冷速越快使得终冷温度就越难以控制。这也是本发明有别于其它发明的不同之处，也使得本发明在工业大生产时冷却速度和终冷温度精度实现的可能性大大提高。成分和工艺的有效配合以及冷速和温度精度的控制是本发明所述的复相组织和强度级别实现的关键之处。

本发明所述一种复相钢板的成分重量百分比为：C：0.13～0.17%、Si：0.60～1.00%、Mn：1.50～1.80%、P：≤0.015%、S：≤0.005%、Al：0.015～0.040%、Ti:0.01～0.02%、Nb：0.02～0.04%、N：≤0.006%、O：≤0.004%，余量为铁和不可避免杂质。

所述钢板的组织为贝氏体和马氏体（可能含有少量铁素体）复相组织。

本发明所述复相钢板的制造方法包括以下步骤：

（1）钢水经真空脱气处理后进行连铸成连铸坯或模铸并初轧成钢坯；

（2）连铸坯或钢坯经1180～1220℃加热后在轧机上进行多道次轧制，总压下率≥70%，终轧温度810-850℃；

（3）轧后进行分段冷却：第一段水冷速度75-150℃/s，中间空冷温度控制在665-695℃，空冷时间3-5s，第二段水冷速度75-100℃/s，终冷温度≤250℃。

（4）空冷至室温。

下面，将对本发明的主要化学成分作用及制造工艺过程对本发明产品的影响作详细叙述。

主要化学成分作用：

碳：确保钢板组织和强度的关键元素。对于要获得贝氏体和马氏体复相组织的钢板而言，碳含量不能太低，否则需要很高的轧后冷却速度避免先共析铁素体的析出。对于本发明的屈服强度625MPa强度级别复相钢板而言，碳含量0.13-0.17%是合适的。

硅：硅对于复相钢而言，是一个很重要的合金元素，硅能促进无碳贝氏体和粒状贝氏体的形成。同时硅也是一个廉价的合金元素，因此本发明采用较高的硅含量提高强度。但硅含量不宜太高，过高的硅含量会使钢板加热时的氧化皮粘度较大，出炉后除鳞困难，导致轧后钢板表面红色氧化皮严重，表面质量较差。且高硅不利于焊接性能。综合考虑硅各方面的影响，本发明硅含量为0.60-1.00%。

锰：锰稳定奥氏体组织，其能力仅次于合金元素镍，是廉价的稳定奥氏体与强化合金元素，同时锰增加钢的淬透性，降低贝氏体和马氏体形成的临界冷速。能有效降低轧后分段冷却中第一段水冷的冷却速度，利于得到贝氏体或者马氏体组织。但锰具有较高的偏析倾向，所以其含量不能太高，一般低碳微合金钢中锰含量不超过2.0%。锰的加入量主要取决于钢的强度级别。本发明锰的含量应控制在1.5～1.8%。锰在钢中还和铝一起共同起到脱氧的作用。

硫和磷：硫在钢中与锰等化合形成塑性夹杂物硫化锰，尤其对钢的横向塑性和韧性不利，因此硫的含量应尽可能地低。磷也是钢中的有害元素，严重损害钢板的塑性和韧性。对于本发明而言，硫和磷均是不可避免的杂质元素，应该越低越好，考虑到钢厂实际的炼钢水平，本发明要求P：≤0.015%、S：≤0.005%。

铝：强脱氧元素。为了保证钢中的氧含量尽量地低，铝的含量控制在0.015～0.040%。脱氧后多余的铝和钢中的氮元素能形成AlN析出物，提高强度并且在热处理加热时能细化钢的元素奥氏体晶粒度。

钛：钛是强碳化物形成元素，钢中加入微量的Ti有利于固定钢中的N，形成的TiN能使钢坯加热时奥氏体晶粒不过分涨大，细化原始奥氏体晶粒度。钛在钢中还可分别与碳和硫化合生成TiC、TiS、Ti₄C₂S₂等，它们以夹杂物和第二相粒子的形式存在。钛的这些碳氮化物析出物在焊接时还可阻止热影响区晶粒长大，改善焊接性能。目前，微钛处理已成为大部分低合金高强度钢的常规工艺。本发明添加0.01-0.02%的钛。

铌：能显著提高钢的再结晶温度和细化晶粒。热轧过程中铌的碳化物应变诱导析出能阻碍形变奥氏体的回复和再结晶，经控轧和控冷后的形变奥氏体组织得到细小的相变产物。本发明中为了提高钢的强度级别，添加了适量的铌保证板厚大于3mm厚钢板的强度级别，铌含量0.02-0.04%，较高的铌含量不利于低的屈强比的获得。

制造工艺过程对本发明产品的影响：

转炉吹炼和真空处理：目的是确保钢液的基本成分要求，去除钢中的氧、氢等有害气体，并加入锰、钛等必要的合金元素，进行合金元素的调整。

连铸或模铸：保证铸坯内部成分均匀和表面质量良好，模铸的钢锭需轧制成钢坯。

加热和轧制：连铸坯或钢坯在1180～1220℃的温度下加热，一方面获得均匀的奥氏体化组织，另一方面使铝、钛、铬、铌等合金元素的化合物部分或全部溶解。在奥氏体再结晶和未再结晶温度范围内经多道次轧制成钢板，总压下率不低于70%，终轧温度终轧温度810-850℃；轧后进行分段冷却：第一段水冷速度75-150℃/s，中间空冷温度控制在665-695℃，空冷时间3-5s，第二段水冷速度75-100℃/s，终冷温度≤250℃。终冷后的单张钢板或卷取后的钢卷空冷至室温即可。

本发明采用以上成分和工艺可以达到如下效果：

1.本发明通过成分设计、加热、控制轧制、轧后分段冷却，使钢板实现细晶强化、相变强化，提高了钢板的强度、硬度和成形性能，组织呈现为贝氏体+马氏体（可能含有少量铁素体）。1.8-6mm厚钢板屈服强度≥625MPa，抗拉强度≥900MPa，延伸率A80≥10%。1.8～6mm钢板具有高形变能力、高的吸收能和高的残余变形。

2.本发明不使用贵金属，与现有类似复相钢相比具备明显的成本优势。

采用上述成分设计和工艺控制方法制造的复相钢板，用于汽车及工程机械结构件、加强件、安全件等构件，如保险杠、B柱加强件，由于钢板具备较高的强度、塑型和成形性能，优良的冷弯性能，用户加工成型方便。

附图说明

图1是本发明工艺过程示意图。

图2是1.8mm厚钢板的典型金相组织照片。

图3是3mm厚钢板的典型金相组织照片。

图4是6mm厚钢板的典型金相组织照片。

具体实施方式

以下用实施例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。实施例的钢板化学成分及碳当量、终冷温度见表1，所以实施例中所得钢板的性能见表2。

实施例1

将按表1配比冶炼完成的钢水经如图1所示的工艺过程加工，具体为经真空脱气处理后进行连铸，所得坯料于1220℃加热后，在奥氏体再结晶和未再结晶温度范围内经多道次轧制，轧制成厚度为1.8mm的钢板，终轧温度为810℃，然后以150℃/s水冷至665℃空冷3秒，再以100℃/s水冷至150℃空冷至室温。

本实施例的部分钢板金相组织如图2、3、4所示。

实施例2-5的详细成分和工艺参数见表1和2，所有实施例所得钢板性能见表3。

表1本发明实施例1-5的化学成分、Ceq（wt%）

实施例	C	Si	Mn	P	S	Al	Nb	Ti	N	O	Ceq*
												1	0.13	1.00	1.50	0.009	0.004	0.035	0.02	0.010	0.0045	0.0033	0.380
2	0.14	0.75	1.65	0.007	0.003	0.040	0.021	0.012	0.0048	0.0028	0.415
												3	0.15	0.78	1.66	0.009	0.002	0.015	0.025	0.012	0.0040	0.0030	0.427
4	0.16	0.76	1.70	0.008	0.003	0.025	0.035	0.015	0.0047	0.0035	0.443

5

0.17

0.60

1.80

0.009

0.002

0.038

0.040

0.020

0.0044

0.0040

0.470

Ceq＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/14

C当量满足焊接要求。

表2本发明实施例1-5的加热、轧制、分段冷却相关工艺参数及钢板厚度

试验例1：钢板的力学性能

按照GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法屈服强度、抗拉强度、延伸率，其结果见表3。

表3本发明钢板的力学性能和组织

实施例	屈服强度/MPa	抗拉强度/MPa	延伸率A80/%	屈强比	组织
						1	725	1050	12.5	0.69	B+M
2	700	1020	13	0.69	B+M
						3	690	980	14	0.70	B+M+(少量F)
4	685	975	14	0.70	B+M+(少量F)
						5	655	950	15	0.69	B+M+(少量F)

试验例2：金相组织

利用光学显微镜测定本发明实施例钢板的金相组织，其结果见表3，实施例1-2为贝氏体+马氏体组织，实施例3-5为贝氏体+马氏体+（少量铁素体）组织。

图2是本发明实施例1钢板的金相组织照片。

图3是本发明实施例3钢板的金相组织照片。

图4是本发明实施例5钢板的金相组织照片。

其他实施例也能得到类似的金相组织照片。

从图中可见，本发明钢板的组织为贝氏体+马氏体（可能含有少量铁素体）。

从以上实施例可以看出，采用上述的成分和工艺参数进行加工，1.8-6mm厚成品钢板的屈服强度≥625MPa，抗拉强度≥900MPa，延伸率A80≥10%。1.8～6mm钢板具有高形变能力、高的吸收能和高的残余变形，适合制造结构件、加强件、安全件等构件，如保险杠、B柱加强件。满足了汽车、工程机械等行业对先进高强度钢板的较高要求，具有广的应用价值和市场前景。

要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种复相钢板，其特征在于，钢板的成分重量百分比为：C：0.13～0.17%、Si：0.60～1.00%、Mn：1.50～1.80%、P：≤0.015%、S：≤0.005%、Al：0.015～0.040%、Ti:0.01～0.02%、Nb：0.02～0.04%、N：≤0.006%、O：≤0.004%，余量为铁和不可避免杂质。

2.如权利要求1所述的复相钢板，其特征在于，所述钢板的组织为贝氏体和马氏体。

3.如权利要求1所述的复相钢板，其特征在于，所述钢板的组织为贝氏体和马氏体以及少量铁素体。

4.如权利要求1所述的复相钢板的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）钢水经真空脱气处理后进行连铸成连铸坯或模铸并初轧成钢坯；

（2）连铸坯或钢坯经1180～1220℃加热后在轧机上进行多道次轧制，总压下率≥70%，终轧温度810-850℃；

（3）轧后进行分段冷却：第一段水冷速度75-150℃/s，中间空冷温度控制在665-695℃，空冷时间3-5s，第二段水冷速度75-100℃/s，终冷温度≤250℃。

（4）空冷至室温。

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