CN102965569A - 一种热轧相变诱发塑性钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热轧相变诱发塑性钢板，其微观组织为铁素体+岛状贝氏体+残余奥氏体复合组织，且其化学元素质量百分含量为：C：0.175～0.215%，Si：1.50～2.00%，Mn：1.60～2.00%，Al：0.015～0.040%，N：≤0.006%，余量为Fe和其他不可避免的杂质。相应地，本发明还公开了该热轧相变诱发塑性钢板的制造方法。该热轧相变诱发塑性钢板具有较高的强度，较高的延伸率，较好的成形性和优良的塑性性能。

Description

一种热轧相变诱发塑性钢板及其制造方法

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

社会对于车辆减重节能、提高其安全性能的要求日益增长促进了先进高强度钢(AHSS，Advanced High Strength Steel)在汽车制造领域内的发展。由国际钢铁协会（IISI，International Iron & Steel Institute）组织出版的《先进高强度钢应用指南》（AHSS Application Guidelines）中，将屈服强度在210～550Mpa或抗拉强度在270～700Mpa的钢种定义为高强度钢（HSS，HighStrength Steel），屈服强度大于550Mpa或抗拉强度大于700Mpa的钢种定义为超高强度钢（UHSS，Ultra High Strength Steel）。定义以相变强化为特征的多相钢种（例如，铁素体＋马氏体双相钢DP、铁素体＋贝氏体双相钢FB、相变诱发塑性钢TRIP、复相钢CP，马氏体钢MartP等）为先进的高强度钢。

相变诱发塑性钢（TRIP-TRansformation Induced Plasticity）因具有高强度、高塑性和优良吸收能等综合性能，是先进高强钢中的重要组成。在塑性变形时，钢材中的奥氏体转变为马氏体而产生显著的加工硬化，并推迟颈缩，使得此类钢板具有良好的高塑性及优良的成型性，例如，深冲性能、伸延性能、凸缘性能及冷弯性能等。由于此类钢板具备较高的强度，尤其适合用于制造结构件、加强件、安全件等构件。

公开号为CN101550514A，公开日为2009年10月7日，名称为“一种热轧相变诱发塑性钢板及其制备方法”的中国专利文献公开了一种热轧相变诱发塑性钢板，该钢板的成分按重量百分比为：C 0.18～0.20%，Mn 1.30～1.45%，Si 0.60～0.70%，Al 0.50～0.60%，P≤0.009%，S≤0.007%，Nb 0～0.040%，余量为Fe及不可避免的杂质。所涉及的制备方法为:将低碳硅钢冶炼成钢锭,加热至1200±10℃，锻造成钢坯；装入加热炉中加热至1200±10℃，保温1～2HR，进行粗轧和精轧,空冷至700～760℃，以40～50℃/S的速度加速冷却，采用卷取机卷取。该技术方案的特点是成分和工艺相对比较简洁，轧后需要空冷待温。

公开号为CN101942601A，公开日为2011年1月12日，名称为“一种含V热轧相变诱发塑性钢的制备方法“的中国专利文献公开了一种含V热轧相变诱发塑性钢的制备方法，该钢的成分质量百分比为：C 0.15～0.30、Si1.0～2.0、Mn 1.0～2.0、Al<0.05、Nb 0.01～0.08、V 0.05～0.15、P<0.01、S<0.01，余量为Fe和其他不可避免的杂质。其制造方法为：将此种成分的钢冶炼成钢锭，加热到1150±10℃，锻造成钢坯：一种方法是将钢坯加热到1220±10℃保温1小时后，进行粗轧和精轧，精轧后先以30℃/s的冷速水冷至710～760℃后在740℃的保温炉中保温3分钟，再空冷到至670～690℃，随后以约50℃/s的冷速水冷至400～450℃，最后模拟卷取；另一种方法是将钢坯加热到1150±10℃保温1小时后，进行粗轧和精轧，最后一道次的轧制温度在740～760℃，随后以约50℃/s的冷速水冷至400～450℃，最后模拟卷取。该技术方案的特点是钢材中含有一定量的微合金元素Nb、V。

公开号为CN102383059A，公开日为2012年3月21日，名称为“一种热轧相变诱发塑性钢及其制备方法”的中国专利文献公开了一种热轧相变诱发塑性钢，其组分(重量百分比)为：C:0.05～0.4%，Si:0.1～0.5%，Mn:1～2%，Cr:0.1～1.5%，Ni:≤1.5%，Al:≤0.06，N:≤0.01%，其余为Fe和不可避免的杂质，制造方法：冶炼成钢坯后，经过热轧后热处理；首先在950℃保温30～60分钟，然后空冷至750～800℃，保温30～60分钟；然后盐浴淬火处理，在400-500℃保温20～120分钟，然后卷板，空冷至室温。该技术方案中加入了贵重合金元素如Cr、Ni，且需要轧后热处理。

上述专利文献各自有各自的特点，成分除C、Si、Mn主要元素之外，基本上都添加了微合金元素或者贵重合金元素。轧后工艺有空冷待温，分段冷却（中间需保温炉保温）或低温终轧，或者利用轧制后再热处理形成需要的组织和性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热轧相变诱发塑性钢板，该钢板通过合理的成分设计并配合以改进的工艺技术，使得钢板具有较低的屈强比、较高的延伸率、较好的成形性、较大的强度、良好的高塑性能和优良的吸收性能。

为达到上述发明目的，本发明提供了一种热轧相变诱发塑性钢板，其微观组织为铁素体+贝氏体+残余奥氏体，且其化学元素质量百分含量为：

C：0.175～0.215%，

Si：1.50～2.00%，

Mn：1.60～2.00%，

Al：0.015～0.040%，

N：≤0.006%，

余量为Fe和其他不可避免的杂质。

本发明所述的热轧相变诱发塑性钢板，通过控制相变组织类型从而获得所需要的钢板性能，即控制钢板最终微观组织为铁素体+贝氏体+残余奥氏体的三相复合微观组织，以使钢板具有良好的塑性和优良的成型性，原因在于当钢板产生塑性变形时，奥氏体转变为马氏体会产生显著加工硬化，并推迟钢板颈缩使得钢板在成型时具有高塑性。

本技术方案所涉及的各化学元素对于本发明所述的热轧相变诱发塑性钢板所产生的影响及设计原理如下：

碳：碳是确保钢板组织和强度的关键元素。对于要获得铁素体+贝氏体+残余奥氏体复合组织的钢板而言，碳含量非常关键，当碳太低时，不利于在最终微观组织中获得残余奥氏体，当碳太高时，不利于在最终微观组织中形成铁素体。因此，本发明中将碳含量控制为0.175～0.215%。

硅：硅对于相变诱发塑性钢板而言是一个关键的合金元素。硅能促进铁素体在相变诱发塑性钢的最终微观组织内的形成。另外，硅是廉价的合金元素，添加一定含量的硅并不会对生产成本造成很大的影响，但是硅元素的含量还需要综合考虑本技术方案的制造方法中轧后冷却工艺参数来予以确定。因此，本发明采用较高的硅含量提高强度和促进先共析铁素体的形成，故将硅含量的范围设计为1.50～2.00%。

锰：锰是稳定奥氏体组织与强化合金元素，其能力仅次于合金元素镍，也是相对廉价的合金元素。同时锰能增加钢的淬透性，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，这样便利于在最终微观组织中得到贝氏体或者马氏体组织。但是锰具有较高的偏析倾向，故其在钢板中的含量也不能太高，一般低碳微合金钢中锰含量不超过2.0%。在钢板中含有铝元素的情况下，锰还可以和铝元素共同起到脱氧的作用。此外，由于锰的加入量主要取决于钢的强度级别，所以本发明锰的含量应控制在1.60～2.00%。

铝：铝为强脱氧元素。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。然而，为了保证钢中的氧含量尽可能的低，铝的含量应控制在合适范围，即0.015～0.040%。

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。本发明中未添加微合金元素，故不利用N的析出强化，主要利用相变强化及复相组织获得高强度和高塑性。因此，本发明要求氮含量≤0.006%。

在成分设计方面，本发明所述的热轧相变诱发塑性钢板不添加贵重的合金或微合金元素，重点考虑C、Si和Mn元素在热轧相变诱发塑性钢板钢的作用，通过制造方法中的轧后分段冷却的控制以使钢板获得铁素体+贝氏体+残余奥氏体的三相复合微观组织。

相应地，本发明还提供了该热轧相变诱发塑性钢板的制造方法，其包括冶炼、铸造、加热、轧制、冷却和卷取，以获得钢板的微观组织为铁素体+贝氏体+残余奥氏体；所述冷却步骤采取水冷→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710～750℃，空冷时间为4～6s，第三段水冷速度≥75℃/s，终冷温度控制在350～400℃，然后在终冷温度卷取。

在制造工艺方面，本技术方案在采用合理成分设计的前提下，特别控制轧后分段冷却工艺流程，即水冷-空冷-水冷，并在冷却时严格控制冷却速度和冷却温度，这是使得热轧相变诱发塑性钢板的最终微观组织形成铁素体+岛状贝氏体+残余奥氏体三相复合组织的关键所在，采用该方法实现了钢板的细晶强化及相变强化的效果，提高了钢板的强度、硬度和成形性能等综合力学性能。

在上述热轧相变诱发塑性钢板的制造方法中，铸造步骤可以为连铸也可以为模铸，但是在模铸后需进行初轧制成钢坯。

进一步地，在上述加热步骤中，将板坯加热至1150～1200℃。将加热温度控制在1150至1200℃的范围之间是为了获得均匀的奥氏体化组织。

进一步地，在上述轧制步骤中，进行多道次轧制，控制轧制总压下率≥75%，且终轧温度820～860℃。在奥氏体再结晶和未再结晶温度范围内多道次轧制钢板是因为随着变形量的加大，钢的晶粒能得到显著细化，多道的累积变形量加大，导致随后相变组织中铁索体数量增多，铁素体晶粒细化，相应地提高了钢板的强度且改善了钢板的韧性。

更进一步地，在上述热轧相变诱发塑性钢板的制造方法中，卷取后的钢板空冷。

较之于现有技术，本发明所述的热轧相变诱发塑性钢板微观组织为铁素体+岛状贝氏体+残余奥氏体三相复合微观组织，其具有如下优点：

（1）本发明所述的热轧相变诱发塑性钢板具有较低的屈强比、较高的强度、较高的延伸率、较好的成形性、优良的塑性和良好的能量吸收性能，因此广泛适用于汽车行业中结构件、加强件及安全件等构件的生产制造；

（2）本发明所述的热轧相变诱发塑性钢板几乎不添加贵金属，生产成本低；

（3）本发明所述的热轧相变诱发塑性钢板的制造方法相对简单。

附图说明

图1显示了本发明所述的热轧相变诱发塑性钢板的制造方法中，主要工艺步骤与温度的关系。

图2显示了本发明所述的热轧相变诱发塑性钢板实施例3的微观组织。

图3显示了本发明所述的热轧相变诱发塑性钢板实施例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作进一步说明，但是具体实施例和相关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热轧相变诱发塑性钢板：

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1150～1200℃；

4）轧制：进行多道次轧制，控制总压下率≥75%，且终轧温度820～860℃，轧制成厚度为2-5mm的钢板；

5）冷却：分段冷却，第一段水冷速度≥100℃/s，第二段空冷温度控制在710～750℃，空冷时间4～6s，第三段水冷速度≥75℃/s；

6）卷取：卷取温度为350～400℃；

7）空冷：将卷取后的钢板空冷至室温。

表1实施例1-5中的热轧相变诱发塑性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）

表2显示了实施例1-5中热轧相变诱发塑性钢板的具体制造工艺参数。

表2

表3显示了实施例1-5所涉及的热轧相变诱发塑性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A50(%)	屈强比	组织
						实施例1	575	855	31	0.66	F+B+A(残余)
实施例2	565	865	29	0.65	F+B+A(残余)
						实施例3	555	850	30	0.65	F+B+A(残余)
实施例4	535	825	33	0.65	F+B+A(残余)
						实施例5	515	815	31	0.63	F+B+A(残余)

*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。

从表3可以看出，实施例1-5中的热轧相变诱发塑性钢板其的屈服强度＞500MPa，抗拉强度＞800MPa，延伸率A₅₀＞25%。因此，该钢板具有高强度、高塑性、良好的延伸率及优良吸收能的综合力学性能，尤其适合汽车领域中的结构件、加强件、安全件等一系列构件的生产制造，既能满足汽车等行业对先进高强度钢板的较高要求，又顺应了当下有效利用能源、减少污染排放及减轻钢结构自重的节能减排的发展趋势，具有广泛的应用价值和市场前景。

图1显示了本发明所述的热轧相变诱发塑性钢板的制造方法中，主要工艺步骤与温度的关系。从图1中可以很明显地看出本技术方案中的分段冷却工艺分为第一段水冷，第二段中间停留空冷和第三段水冷。

图2显示了本案实施例3的热轧相变诱发塑性钢板的微观组织，图3显示了本案实施例5的热轧相变诱发塑性钢板的微观组织。从图2和图3可以看出，实施例3和实施例5中的热轧相变诱发塑性钢板的最终微观组织为铁素体+岛状贝氏体+残余奥氏体的三相复合微观组织，具有这样微观组织的钢板强度高、塑性大、延伸率高，成型性能好。

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 (7)

1.一种热轧相变诱发塑性钢板，其特征在于，其微观组织为铁素体+贝氏体+残余奥氏体，且其化学元素质量百分含量为：

C：0.175～0.215%，

Si：1.50～2.00%，

Mn：1.60～2.00%，

Al：0.015～0.040%，

N：≤0.006%，

余量为Fe和其他不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的热轧相变诱发塑性钢板的制造方法，其特征在于，包括步骤：冶炼、铸造、加热、轧制、冷却和卷取，以获得钢板的微观组织为铁素体+贝氏体+残余奥氏体；所述冷却步骤采取水冷→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710～750℃，空冷时间为4～6s，第三段水冷速度≥75℃/s，终冷温度控制在350～400℃，然后在终冷温度卷取。

3.如权利要求2所述的热轧相变诱发塑性钢板的制造方法，其特征在于，在加热步骤中：将板坯加热至1150～1200℃。

4.如权利要求2所述的热轧相变诱发塑性钢板的制造方法，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820～860℃。

5.如权利要求2所述的热轧相变诱发塑性钢板的制造方法，其特征在于，所述铸造步骤采用连铸。

6.如权利要求2所述的热轧相变诱发塑性钢板的制造方法，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。

7.如权利要求2所述的热轧相变诱发塑性钢板的制造方法，其特征在于，卷取后的钢板空冷。

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