CN102953004B

CN102953004B - 一种高强度复相钢板及其制造方法

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Publication number: CN102953004B
Application number: CN201210470414.1A
Authority: CN
Inventors: 张爱文
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2012-11-19
Filing date: 2012-11-19
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2032-11-19
Also published as: CN102953004A

Abstract

本发明公开了一种高强度复相钢板，其微观组织包括贝氏体和马氏体，且其化学元素质量百分含量为：C：0.175～0.215%，Si：0.15～0.55%，Mn：1.60～2.00%，Al：0.015～0.040%，Ti:0.005～0.020%，Nb:0.01-0.03%，N：≤0.006%，余量为铁和其他不可避免杂质。相应地，本发明还公开了该高强度复相钢板的制造方法，其中控制冷却步骤采取水冷→空冷→水冷分段式进行，其中第一段水冷速度≥100℃/s，第二段空冷温度控制在680～720℃，空冷时间为4～6s，第三段水冷速度≥75℃/s，终冷温度控制为≤250℃。

Description

一种高强度复相钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种钢板及其制造方法，尤其涉及一种合金钢板及其制造方法。

背景技术

传统的汽车用低强度钢(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)和相变诱发塑性钢(TRIP)等部分低强度级别钢。传统的高强钢大多通过固溶、析出和细化晶粒作为强化钢种的主要手段。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，一方面对于车辆节能环保与安全性能的呼声越来越高，另一方面对于车辆自重越来越轻以提高燃油经济性的要求也逐渐显现，于是先进高强度钢(AHSS)或者超高强度钢(Ultra-HSS)就应运而生。

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，主要划分为以下五大类：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控制相变来实现强化目的，一般这些钢板的微观组织中含有马氏体、贝氏体和/或残余奥氏体。先进高强钢兼具较高的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，在达到成品钢减重的同时也能保证钢结构的安全性能。

具有较高的抗拉强度和较低的屈强比的复相钢板的微观组织中含有至少两种以上的相，因而被称之为复相钢。复相钢中常见的微观组织为贝氏体、马氏体、铁素体和一定含量的残余奥氏体及细小析出物。例如：

公开号为CN1451776A，公开日为2003年10月29日，名称为“锰-硅-铬系空冷粒状贝氏体/铁素体复相钢”的中国专利文献涉及了一种具有贝氏体/铁素体微观组织的复相钢，其采用C、Mn、Si作为主要合金元素，各化学元素质量百分配比为：C:0.06～0.13%；Mn:1.90-2.60%；Si:0.60-1.50%；0﹤Cr≤2.0%；V≤0.15%；Al≤0.25%；0﹤Nb≤0.15%；V≤0.15%；0﹤Ti≤0.10%；B≤0.015%；0﹤N≤0.10%及Ni≤1.2%，Mo≤0.8%，余量为Fe和其他不可避免的杂质。该发明钢种在空冷过程中得到由非连续状的仿晶界型铁素体与粒状贝氏体构成的复相组织。该专利文献所涉及的复相钢含有较高的硅锰含量，还并加了铬，并具有较高含量的微合金元素和硼元素。

另外，公开号为CN1793401A，公开日为2006年6月28日，名称为“一种抗拉强度780MPa级复相钢板及制造方法”的中国专利文献公开了一种具有贝氏体与马氏体复相组织的钢材料，其化学成分按质量百分数计为：0.13～0.17%C、0.20～0.40%Si、1.30～1.50%Mn、0.02～0.03%Nb，余量为Fe，组织为粒状贝氏体与马氏体复相组织，其中：粒状贝氏体体体积分数为90～95%,马氏体体积分数为10～5%。其通过控轧控冷工艺进行轧制，控制开轧温度1100～1150℃，终轧温度800～850℃；控制第一段冷却速度40～70℃/s，冷却后温度550～610℃，第二段冷却速度220～360℃/s；冷却后进行卷取,卷取温度20～250℃。

公开号为KR1020110046689，公开日为2011年5月6日，名称为“具有优异的低屈服比性能钢板及其制造方法”的韩国专利文献公开了一种低屈强比钢，其化学元素的质量百分配比为：C:0.04-0.08%，Si:0-0.1%,Mn:1.8-2.0%,P:0.015-0.020%,Al:0.1-0.2%,Mo:0.10-0.20%，Ti:0.01-0.02%及N:0-0.006%，并选择添加Cr:0.1-0.2%，V:0.01-0.05%，B:0.0005-0.0015%中的一种或一种以上。其采用的工艺是轧制终轧温度为900℃，卷取温度560℃。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度复相钢板及其制造方法，该钢板通过适当的成分设计并辅以轧制及轧后分段冷却工艺，以获得复相组织，使其具有较低的屈强比、较高的强度、较好的形变性能、优良的成形性、优良的能量吸收性能及良好的残余形变性能。

为达到上述发明目的，本发明提供了一种高强度复相钢板，其包括贝氏体和马氏体，且其化学元素质量百分含量为：

C：0.175～0.215%，

Si：0.15～0.55%，

Mn：1.60～2.00%，

Al：0.015～0.040%，

Ti:0.005～0.020%，

Nb:0.01～0.03%，

N：≤0.006%，

余量为Fe和其他不可避免的杂质。

本发明所述的高强度复相钢板中的各化学元素设计原理如下：

碳：碳是确保钢板组织形成和强度级别的关键元素。在本技术方案中，由于需要获得贝氏体和马氏体复相组织，因此碳的含量不能太低，否则在后续极快的轧后冷却速度中可能会导致共析铁素体的析出。因此将碳含量控制在0.175～0.215%。

硅：硅对于本发明所述的复相钢来说是一个很重要的合金元素，因为硅能促进无碳贝氏体和粒状贝氏体的形成，同时考虑到生产成本因素，本发明控制硅含量为0.15～0.55%。

锰：锰可以稳定奥氏体组织，其能力仅次于合金元素镍，同时也是一种廉价的稳定奥氏体与强化合金元素，并且锰能够增加钢的淬透性，降低贝氏体和马氏体形成的临界冷速，从而能有效地降低轧后分段冷却中第一段水冷的冷却速度，进而利于得到贝氏体或者马氏体组织。不过，锰元素在钢板中具有较高的偏析倾向，不宜添加过多的锰元素。另外锰元素在钢中还可以和铝一起共同起到脱氧的作用，且钢板的强度级别也取决于锰的加入量。因此，综合考虑，本发明中锰的含量应控制在1.60～2.00%。

铝：铝是强脱氧元素。为了保证钢中的氧含量尽可能地低，需要添加一定含量的铝，并且脱氧后多余的铝还可以和钢中的氮元素能形成AlN析出物，其能提高钢板的强度并且在热处理加热时能细化钢的元素奥氏体晶粒度。所以，在本发明中将铝的含量控制在0.015～0.040%。

钛：钛是强碳化物形成元素，在钢中加入微量的Ti有利于固定钢中的N，所形成的TiN能使钢坯加热时奥氏体晶粒不过分长大，从而起到细化原始奥氏体晶粒的目的。钛在钢中还可分别与碳和硫生成TiC、TiS、Ti₄C₂S₂等化合物，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，进而改善成品钢板的焊接性能。因此，本发明中添加0.005～0.020%的钛。

铌：铌能显著提高钢的再结晶温度并实现晶粒细化。在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。添加适量的铌可以提高并保证钢的强度级别，但是较高的铌含量不利于获得低屈强比的钢板，因而在本发明中将铌含量设定为0.01～0.03%。

氮：氮是钢中残余的气体元素，其在钢中会和Al及微合金元素Nb、Ti、V等形成氮化物，提高强度，但会损害钢的韧性。本发明不利用N的析出强化，仅少量利用C形成碳化物强化钢。因此，本发明要求氮含量≤0.006%。

进一步地，本发明所述的高强度复相钢板的微观组织还包括少量铁素体。也就是说，本发明所述的高强度复相钢板的微观组织可以是贝氏体+马氏体，也可以是贝氏体+马氏体+铁素体。

相应地，本发明还提供了该高强度复相钢板的制造方法，其包括步骤：冶炼、铸造、加热、轧制和控制冷却，以获得钢板所需要的微观组织；所述控制冷却步骤采取水冷→空冷→水冷分段式进行，其中第一段水冷速度≥100℃/s，第二段空冷温度控制在680～720℃，空冷时间为4～6s，第三段水冷速度≥75℃/s，终冷温度控制为≤250℃。

在制造工艺方面，本技术方案特别控制轧后分段冷却工艺流程，即水冷-空冷-水冷的分段式冷却方式，并在冷却时严格控制冷却速度和终冷温度，能使钢板获得两相以上的复相微观组织。为了保证每段冷却速度和终冷温度，需要令水冷速度不能太快，因为冷却速度越快会使终冷温度越难控制。相较于现有技术，本发明实现复相组织和强度级别的关键之处就在于严格控制生产工艺中的冷却速度以确保冷却终冷温度的精确范围，从而获得具有较低的屈强比、较高的强度以及较好的形变性能的钢板。

进一步地，在本发明所述的高强度复相钢板的制造方法中，经过控制冷却的钢板空冷至室温。

进一步地，在上述加热步骤中，将板坯加热至1180～1220℃。将加热温度控制在1180至1220℃的范围之间，一方面是为了获得均匀的奥氏体化组织，另一方面是为了使铝、钛、铬、铌等合金元素的化合物部分或全部溶解。

进一步地，在上述轧制步骤中，在奥氏体再结晶和未再结晶温度范围内进行多道次轧制，控制轧制总压下率≥75%，且终轧温度850～880℃。

进一步地，在上述高强度复相钢板的制造方法中，所述铸造步骤可以采用连铸，也可以采用模铸，模铸后的铸坯需初轧为钢坯。

较之现有技术，本发明所述的高强度复相钢板具有以下优点：

1）本发明所述的高强度复相钢板具有较低的屈强比、较高的强度、较好的形变性能、优良的成形性和能量吸收性能及良好的残余变形性能，因此广泛适用于汽车行业和机械领域的结构件、加强件、安全件等一系列构件的生产制造；

2）本发明所述的高强度复相钢板添加经济的合金元素，生产成本低。

附图说明

图1显示了本发明所述的高强度复相钢板的制造方法中的主要工艺步骤与温度的关系。

图2显示了本发明所述的高强度复相钢板的实施例1的微观组织。

图3显示了本发明所述的高强度复相钢板的实施例3的微观组织。

图4显示了本发明所述的高强度复相钢板的实施例5的微观组织。

具体实施方式

下面将根据具体实施例和说明书附图对本发明的技术方案做进一步说明，但是该说明并不构成对于本发明所述技术方案的不当限定。

实施例1-5

按照下述步骤制造本发明所述的高强度复相钢板，其中主要工艺步骤与温度的关系曲线图如图1所示：

1）冶炼和真空脱气处理，控制各化学元素的配比如表1所示；

2）连铸；

3）加热：将板坯加热至1180～1220℃；

4）轧制：采用板带轧机或厚板轧机在奥氏体再结晶和未再结晶温度范围内进行多道次轧制，控制总压下率≥75%，且终轧温度850～880℃，轧制钢板的厚度为1.8-5.0mm；

5）控制分段冷却：第一段水冷速度≥100℃/s，第二段空冷温度控制在680～720℃，空冷时间为4～6s，第三段水冷速度≥75℃/s，终冷温度控制为≤250℃，以获得贝氏体+马氏体（可能含有少量铁素体）的复相微观组织；

6）终冷后的钢板空冷至室温。

表1实施例1-5中的高强度复相钢板的各化学元素的质量百分配比

（wt.%，余量为Fe和其他不可避免的杂质）

序号	C	Si	Mn	Al	Ti	Nb	N
								实施例1	0.175	0.55	1.85	0.015	0.005	0.030	0.0045
实施例2	0.180	0.50	2.00	0.034	0.013	0.026	0.0048
								实施例3	0.186	0.46	1.95	0.035	0.015	0.022	0.0040
实施例4	0.205	0.26	1.70	0.028	0.018	0.025	0.0047
								实施例5	0.215	0.15	1.60	0.040	0.020	0.010	0.0044

表2显示了实施例1-5中高强度复相钢板的具体制造工艺参数和钢板厚度。

表2

表3显示了实施例1-5所涉及的高强度复相钢板的力学性能和微观组织。

表3

序号	屈服强度(MPa)	抗拉强度(MPa)	延伸率A₈₀(%)	屈强比	微观组织
						实施例1	800	1118	12	0.72	B+M
实施例2	775	1096	13	0.71	B+M
						实施例3	755	1089	15	0.69	B+M(少量F)

实施例4	725	1055	15	0.69	B+M(少量F)
						实施例5	705	1050	16	0.67	B+M(少量F)

*表3中的屈服强度、抗拉强度、延伸率及屈强比参数是按照GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法而获得。

图2显示了本案实施例1的高强度复相钢板的微观组织，从图2中可以看出，实施例1中的高强度复相钢板的微观组织呈现为贝氏体+马氏体的两相复合微观组织。

图3显示了本案实施例3的高强度复相钢板的微观组织，从图3中可以看出，实施例3中的高强度复相钢板的微观组织呈现为贝氏体+马氏体+少量铁素体的三相复合微观组织。

图4显示了本案实施例5的高强度复相钢板的微观组织。从图4中可以看出，实施例5中的高强度复相钢板的微观组织呈现为贝氏体+马氏体+少量铁素体的三相复合微观组织。

结合图2、图3、图4以及表3可以获知，实施例1-5中的高强度复相钢板的微观组织呈现为贝氏体+马氏体（实施例3-5还有少量铁素体）的复相微观组织。另外，从表3可以看出，该高强度复相钢板的屈服强度＞700MPa，抗拉强度＞1000MPa，延伸率A₈₀＞10%，屈强比＜0.75。由此可见，该钢板具有高强度、低屈强比、良好的延伸率的综合力学性能，尤其适合汽车领域和机械领域中的结构件、加强件、安全件等一系列构件（如保险杠、B柱加强件）的生产制造，既能满足这些行业领域对先进高强度钢板的所提出的高端要求，又符合了当下有效利用能源、降低生产成本及减轻钢结构自重的节能减排的发展潮流，具有广泛的应用价值和潜在的市场需求。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims

1.一种高强度复相钢板，其特征在于，其微观组织包括贝氏体和马氏体，且其化学元素质量百分含量为：

C：0.175～0.215％，

Si：0.15～0.55％，

Mn：1.60～2.00％，

Al：0.015～0.040％，

Ti:0.005～0.018％，

Nb:0.01～0.03％，

N：≤0.006％，

余量为铁和其他不可避免杂质。

2.如权利要求1所述的高强度复相钢板，其特征在于，该高强度复相钢板的微观组织还包括铁素体。

3.如权利要求1或2所述的高强度复相钢板的制造方法，其特征在于，依次包括下列步骤：冶炼、铸造、加热、轧制和控制冷却，以获得钢板所需的微观组织；所述控制冷却步骤采取水冷→空冷→水冷分段式进行，其中第一段水冷速度≥100℃/s，第二段空冷温度控制在680～720℃，空冷时间为4～6s，第三段水冷速度≥75℃/s，终冷温度控制为≤250℃。

4.如权利要求3所述的高强度复相钢板的制造方法，其特征在于，还包括：控制冷却后的钢板空冷至室温。

5.如权利要求3所述的高强度复相钢板的制造方法，其特征在于，在加热步骤中：将板坯加热至1180～1220℃。

6.如权利要求3所述的高强度复相钢板的制造方法，其特征在于，在轧制步骤中：进行多道次轧制，控制总压下率≥75％，且终轧温度850～880℃。

7.如权利要求3所述的高强度复相钢板的制造方法，其特征在于，所述铸造步骤采用连铸。

8.如权利要求3所述的高强度复相钢板的制造方法，其特征在于，所述铸造步骤采用模铸，模铸后的铸坯初轧为钢坯。