CN103088258A - 一种590MPa级双相钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种590MPa级双相钢及其生产方法，其成分质量百分比为：C≤0.20％，Si≤1.80％，Mn≤2.00％，P≤0.050％，S≤0.015％，Nb≤0.10％，Ti≤0.10％，生产方法包括铁水预处理－转炉冶炼－合金微调站－LF－连铸-热连轧，热连轧工艺为：加热温度为1150～1250℃，终轧温度为800～900℃，轧后快速冷却至650～750℃，空冷6～11秒，再快速冷却至目标卷取温度，卷取温度为400～500℃。本发明通过合适的成分和工艺控制，实现铁素体贝氏体两相的精确控制和配比，可有效减少材料中软硬两相强度差及消除软硬两相界面，产品具有优异的强度－塑韧性匹配，延伸翻边性能好。
Description
技术领域
本发明涉及钢铁制造技术领域，特别涉及一种590MPa级双相钢及其生产方法。
背景技术
双相钢按生产工艺分为热轧、冷轧和镀锌双相钢，由于热轧双相钢省去了附加热处理工序，其焊接性和疲劳性也较热处理双相钢好，因而成本更低、生产规模更大。在热轧双相钢中，按组织类型区分主要有铁素体马氏体双相钢和铁素体贝氏体双相钢。目前铁素体马氏体双相钢业已广泛应用在汽车制造业，而铁素体贝氏体双相钢的研究较少，它们均是针对不同的应用部件来进行设计的。
由于不同汽车部件往往采用不同的成形加工方式，这需要根据高强钢的不同组织性能特征进行选材和用材，才能收到最佳效果。像汽车车轮等部件，由于采用内缘翻边成形或延伸凸缘成形，要求使用的钢板具有高的扩孔率。对于传统的铁素体马氏体双相钢来说，此种材料由软质的铁素体相保证延伸、而硬质的第二相提高钢的强度。但由于这种两相组织中基体相与第二相的硬度差别较大，不能保证高的扩孔率，通常在剪切加工或冲裁加工时，在剪切面附近易产生孔洞，由此导致翻边性能下降。研究表明，与作为第二相的马氏体相比，贝氏体组织对翻边拉伸性能和断裂韧性都有有利的影响，具有高的扩孔率-强度匹配。因此，铁素体贝氏体双相钢，也称为高扩孔钢，更适用于较厚的且成形性尤其是翻边拉伸性能要求较高的汽车支撑部件。
由于贝氏体相转变窗口窄，相变控制难度大。在板带轧制生产过程中，实现对相变的精确控制，是生产铁素体贝氏体双相钢的关键，高扩孔钢的生产难点之一在于如何精确控制两相的比例并沿带钢全长及宽度方向上获得一致的性能。同时，为了改善材料的翻边性能，还要考虑如何通过减少材料的两相强度差以及采取消除软硬不同的两相界面的方法，来抑制剪切孔洞生成并保证延伸翻边成形。
目前,国内外对于铁素体贝氏体双相钢的生产方法,基本采用添加铬、钼等贵重金属元素以控制过冷奥氏体的转变，同时结合恒速轧制和分段冷却来控制轧后铁素体和贝氏体的转变量，而贵重金属的添加显然会显著导致成本大幅上升。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种590MPa级双相钢及其生产方法，该双相钢具有优异的强度-塑韧性匹配，通过合理的成分设计和工艺控制，实现铁素体贝氏体两相的精确控制和配比，有效减少材料中软硬两相强度差及消除软硬两相界面，使产品具有优异的延伸翻边性能，并且该双相钢不添加贵重金属元素铬、钼，大大降低了合金使用量，降低了合金成本。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种590MPa级双相钢，其成分质量百分比为：C0.04~0.12％，Mn0.8~2.00％，P≤0.050％，S≤0.015％，Nb0~0.10％，Ti0~0.10％，余量为铁和不可避免的杂质；优选为C0.06~0.10％，Mn1.40~1.60％，P≤0.020％，S≤0.010％，Nb0.040~0.050％，Ti0.010~0.025%。
一种生产590MPa级双相钢的方法，包括铁水预处理－转炉冶炼－合金微调站－LF－连铸-热连轧，所述热连轧工艺为：加热温度为1150～1250℃，终轧温度为800～900℃，轧后快速冷却至650~750℃，空冷6~11秒，再快速冷却至目标卷取温度，卷取温度为400～500℃。
为满足材料的焊接性能要求，采用了低碳成分；同时从表面质量出发，没有添加硅元素；为弥补碳、硅减少而导致的强度损失，采用了中锰成分，辅以铌、钛微合金化；而铌、钛微合金化不仅有利于细化晶粒，提高强度的作用，还可提高组织均匀性；微钛的存在也有利于材料的焊接性能；同时，低碳、中锰和铌、钛微合金化的设计也具有在高温区抑制珠光体转变，促进铁素体形核转变，同时在中温区缩短贝氏体转变孕育期，促进贝氏体转变的作用。
在热轧工艺方面，加热温度过高，则铸态组织粗大，对组织均匀性不利，加热温度过低，则难以使铌等合金元素充分固溶，并进而影响合金元素在随后的轧制和冷却过程中发挥作用；终轧温度过高将减少铁素体转变形核能，减少铁素体体积分数，温度过低，则铁素体转变过多，不利于贝氏体体积分数的控制；而卷取温度过高或过低，均难以形成贝氏体转变。
按本发明双相钢的生产方法，材料在终轧后以大于50℃/s的速度快速冷却后进入铁素体转变区，首先在高温段空冷过程中生成80%左右的铁素体，再以大于50℃/s的速度快速冷却进入贝氏体转变区，在中温段（400℃~500℃）剩余20%左右的奥氏体在卷取保温过程中转变为贝氏体。低碳、铌钛微合金化和低温终轧、轧后快速冷却这几方面的综合作用，保证了铁素体基体组织均匀细小，晶粒度为13级左右，具有较高的强度；而较低的碳含量保证了硬质相贝氏体较为纯净，碳基本以薄膜状分布在贝氏体束之间，这一方面降低了贝氏体与铁素体两相之间的强度差，另一方面也使贝氏体具有较好的韧性。通过合适的成分和工艺控制，实现了铁素体贝氏体两相的精确控制和配比。
本方法与国内外传统方法相比：（1）不添加贵重金属元素铬、钼，只采用微量铌钛合金化来生产铁素体贝氏体双相钢，大大降低了合金使用量，化学成分简单，容易稳定控制，并有效地节约了资源，可大幅度降低合金成本；（2）不添加硅元素，有效地保证了材料热轧或酸洗后的表面质量；（3）产品具有优异的强度－塑韧性匹配，抗拉强度达590MPa以上，延伸率达25%以上，可较好地满足较高焊接性、疲劳性、成形性尤其是翻边拉伸性能要求的汽车支撑部件的需要；尤其是具有极为优异的扩孔性能，扩孔率最高可达170%。
附图说明
图1~5是实施例1~5双相钢组织金相图；
图6 是实施例1生产的双相钢酸洗后表面形貌。
具体实施方式
实施例1
一种590MPa级双相钢，其成分质量百分比见表1，余量为铁和不可避免的杂质。
一种生产590MPa级双相钢的方法，包括铁水预处理－转炉冶炼－合金微调站－LF－连铸-热连轧，所述热连轧工艺为：加热温度为1180℃，终轧温度为870℃，轧后快速冷却至671℃，空冷8.4秒，再快速冷却至目标卷取温度，卷取温度为416℃；轧制成的钢板厚度为2.3mm。
实施例2
一种590MPa级双相钢，其成分质量百分比见表1。
一种生产590MPa级双相钢的方法，包括铁水预处理－转炉冶炼－合金微调站－LF－连铸-热连轧，所述热连轧工艺为：加热温度为1250℃，终轧温度为883℃，轧后快速冷却至685℃，空冷10.2秒，再快速冷却至目标卷取温度，卷取温度为431℃；轧制成的钢板厚度为3.2mm。
实施例3
一种590MPa级双相钢，其成分质量百分比见表1。
一种生产590MPa级双相钢的方法，包括铁水预处理－转炉冶炼－合金微调站－LF－连铸-热连轧，所述热连轧工艺为：加热温度为1200℃，终轧温度为869℃，轧后快速冷却至668℃，空冷7.8秒，再快速冷却至目标卷取温度，卷取温度为402℃；轧制成的钢板厚度为3.8mm。
实施例4
一种590MPa级双相钢，其成分质量百分比见表1。
一种生产590MPa级双相钢的方法，包括铁水预处理－转炉冶炼－合金微调站－LF－连铸-热连轧，所述热连轧工艺为：加热温度为1175℃，终轧温度为823℃，轧后快速冷却至670℃，空冷8.3秒，再快速冷却至目标卷取温度，卷取温度为452℃；轧制成的钢板厚度为4.0mm。
实施例5
一种590MPa级双相钢，其成分质量百分比见表1。
一种生产590MPa级双相钢的方法，包括铁水预处理－转炉冶炼－合金微调站－LF－连铸-热连轧，所述热连轧工艺为：加热温度为1150℃，终轧温度为811℃，轧后快速冷却至715℃，空冷11.0秒，再快速冷却至目标卷取温度，卷取温度为480℃；轧制成的钢板厚度为5.6 mm。
实施例1~5生产的590MPa级双相钢力学性能和扩孔性能测试结果见表2~3。
表1 实施例双相钢的化学成分（wt%）
| 实施例 | C | Mn | P | S | Nb | Ti |
| 1 | 0.096 | 1.50 | 0.012 | 0.005 | 0.054 | 0.016 |
| 2 | 0.087 | 0.93 | 0.010 | 0.003 | 0.062 | 0.021 |
| 3 | 0.074 | 1.72 | 0.013 | 0.006 | 0.041 | 0.015 |
| 4 | 0.068 | 1.38 | 0.015 | 0.004 | 0.045 | 0.014 |
| 5 | 0.049 | 1.57 | 0.011 | 0.004 | 0.048 | 0.018 |
表2 实施例双相钢的力学性能测试结果
| 实施例 | Rel /MPa | Rm /MPa | A50/% | 冷弯 |
| 1 | 550 | 642 | 25 | 合格 |
| 2 | 544 | 629 | 25 | 合格 |
| 3 | 547 | 622 | 29 | 合格 |
| 4 | 532 | 605 | 26 | 合格 |
| 5 | 526 | 595 | 27 | 合格 |
表3实施例双相钢的扩孔性能测试结果
| 试样编号 | 初始孔径/mm | 扩后平均值/mm | 扩孔率/% |
| 1 | 10 | 24.80 | 148.0 |
| 2 | 10 | 26.90 | 169.0 |
| 3 | 10 | 26.79 | 167.9 |
| 4 | 10 | 26.72 | 167.2 |
| 5 | 10 | 27.12 | 171.2 |
Claims (3)
1.一种590MPa级双相钢，其成分质量百分比为：C0.04~0.12％，Mn0.8~2.00％，P≤0.050％，S≤0.015％，Nb0~0.10％，Ti0~0.10％，余量为铁和不可避免的杂质。
2.如权力要求1所述的双相钢，其特征在于：其成分质量百分比为：C0.06~0.10％，Mn1.40~1.60％，P≤0.020％，S≤0.010％，Nb0.040~0.050％，Ti0.010~0.025%，余量为铁和不可避免的杂质。
3.一种生产590MPa级双相钢的方法，包括铁水预处理－转炉冶炼－合金微调站－LF－连铸-热连轧，所述热连轧工艺为：加热温度为1150～1250℃，终轧温度为800～900℃，轧后快速冷却至650~750℃，空冷6~11秒，再快速冷却至目标卷取温度，卷取温度为400～500℃。
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