CN103320702B - 一种抗拉强度1700MPa级热成形钢及其生产方法 - Google Patents
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Abstract
一种抗拉强度1700MPa级热成形钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.27～0.50%，Si：0.28～0.50%，Mn：1.20～1.60%，Cr：0.32～0.60%，Ti：0.025～0.055%，B：0.002～0.005%，Als：0.010～0.06%，P≤0.012%，Nb：0.010～0.035%或Mo：0.30～0.45％或两者混合不超过0.50%，S≤0.008%，N≤0.005%，O≤0.005%；方法：铁水脱硫、转炉冶炼并铸坯；将铸坯加热；粗轧；精轧；层流冷却；卷取；酸洗并冷轧；退火；平整；精整及剪切；保护气氛下加热；成型；淬火；低温回火；待用。本发明不仅抗拉强度大于1700MPa，且屈强比不超过0.70，用于汽车制作结构件和安全件，不仅能够减轻汽车车身重量，还能在汽车发生事故时首先发生屈服变形，吸收能量和冲击力，不会立即发生断裂，有效保护驾乘人员的安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车用钢及其生产方法，具体属于抗拉强度1700MPa级热成形钢及其生产方法。
背景技术
为应对全球气候变暖和能源危机，节能减排、低碳时代，已经成为全球汽车产业的共同课题。研究数字显示，汽车的整车重量每降低10%，燃油效率可提高6%～8%，高强度和超高强度钢的使用对汽车轻量化的有效作用早已成为全世界汽车工程师们的高度共识。
但是，随着车身用钢强度不断提高，其塑性明显下降、成形性能大大降低，成形过程中易产生开裂和回弹，严重影响零件的形状和尺寸精度，甚至无法装配。目前，汽车厂只能冲压成形800MPa级左右的高强钢，且存在较大的回弹及零件尺寸达不到要求等问题，对于1700MPa以上的超高强度钢根本无法成形。另外，随着强度的提高，对钢铁企业生产设备的要求也越来越高，特别对于冷轧产品，目前国内外能生产1700MPa级以上超高强度钢的冷轧生产设备基本没有。因此，为满足汽车工业发展的需要，新开发了一种冷轧退火态具有较低的强度便于工业化批量生产，通过特殊的热处理工艺处理后得到1700MPa以上超高强度零件的新型汽车用钢。该产品的成功开发和应用既可解决超高强度钢无法成形的问题，又可以满足汽车工业对车身安全件强度和刚度的要求。同时可使零件的厚度减少30％以上，从而实现轻量化目标，降低能耗和排放。
国内目前只有很少的几个钢厂和研究院所开展此类产品的研究工作，更多的是开展冷成形超高强度钢的研究，没有关于抗拉强度1700MPa级热成形钢的文献报道。国内外的一些钢铁企业和研究机构也正在开展此类产品的研究工作，以满足汽车工业的需要。
[文献2]申请号为CN201110117615.9的中国专利“抗拉强度1300MPa级汽车安全件用钢及其生产方法”是本发明人发明的低级别产品的专利，其化学成为：C：0.12～0.22％，Si：0.10～0.40％，Mn：1.00～1.60％，Cr：0.10～0.45％，Ti：0.01～0.10％，B：0.0005～0.005％，Als：0.01～0.06％，P：≤0.025％，S：≤0.010％，N：≤0.008％，其余为Fe和不可避免的杂质。
[文献5]申请号为CN201110269388的中国专利“一种汽车用高强韧性热成形钢板的热处理方法”，公开了一种汽车用高强韧性热成形钢板的热处理方法，属于汽车用高强钢技术领域，为解决目前热成形用钢板在成形后强度高但塑性不好等问题，解决问题的技术措施：将成分质量百分含量为：C：0.2～0.4%、Si：0.1～0.5%、Mn：1.0～2.0%、Cr：0.1～0.5%、B：0.001～0.005%、Ti：0.01～0.05%、Al：0.01～0.1%、P：＜0.02%、S：＜0.01%、N：＜0.01%，余量为铁及不可避免杂质的热成形用钢板在冲压成形后在100～500℃范围内，进行1～5min的回火处理，显著提高热成形钢的塑性，改善热冲压成形后钢板的韧性。该专利介绍了一种钢板的热处理方法，其回火处理时间较长，生产效率较低。
发明内容
本发明的目的在于克服目前不足，提供一种屈服强度Rp0.2：1100～1400MPa，抗拉强度Rm≥1700MPa，延伸率A80mm≥5％，能完成复杂变形，且零件尺寸精度高，中间工序强度低，易于实现工业化批量生产的抗拉强度1700MPa级热成形钢及其生产方法。
实现上述目的的技术措施：
一种抗拉强度1700MPa级热成形钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.27～0.50%，Si：0.28～0.50%，Mn：1.20～1.60%，Cr：0.32～0.60%，Ti：0.025～0.055%，B：0.002～0.005%，Als：0.010～0.06%，P：≤0.012%，Nb：0.010～0.035%或Mo：0.30～0.45％或两者以任意比例的混合：不超过0.50%，S：≤0.008%，N：≤0.005%，O：≤0.005%，其余为Fe及不可避免的杂质；屈服强度Rp0.2在：1100～1400MPa，抗拉强度Rm≥1700MPa，延伸率A80mm≥5％。
优选的C为0.40～0.50%。
优选的Si为0.40～0.50%。
优选的Cr为0.50～0.60%。
优选的Nb为0.020～0.030%。
优选的Mo为0.30～0.40％。
其特征在于：另外添加有RE：0.002～0.030％。
生产一种抗拉强度1700MPa级热成形钢的方法，其步骤：
1）铁水脱硫并进行转炉冶炼，控制冶炼终点的C：0.05～0.06%，P：≤0.008%，S：≤0.002%，N：≤0.004%，O：≤0.004%，出钢温度在1700～1780℃，炉渣厚度60～80mm；
2）转炉冶炼并连铸成坯；
3）将铸坯加热到1280～1320℃，升温速度控制在350～400℃/小时；
4）进行粗轧，控制粗轧出口温度在1100～1160℃；
5）进行精扎，控制精轧的终轧温度在870～910℃；
6）进行层流冷却，冷却速度为10～15℃/秒，终冷温度在650～700℃；
7）进行卷取，卷取温度控制在630～670℃；
8）进行常规酸洗并冷轧，控制冷轧总压下率在55～65%；
9）进行退火，退火温度控制为680～710℃，并控制温降速度在5～8℃/秒；
10）进行平整，控制平整延伸率在1.1～1.3%，控制抗拉强度≤650MPa；
11）进行常规精整及剪切；
12）在冷冲压模具上进行冲压成型；
13）在氮气的保护气氛下对冷成形后的零件进行加热，加热温度为870～920℃，保温时间为5～8分钟；
14）在780～820℃条件下进行二次成型，控制加热出炉至置入模具时间不超过7分钟；
15）进行淬火，控制其冷却速度在30～50℃/秒；
16）进行低温回火，温度控制在200～250℃并保持至少10～20秒钟；
17）取出构件，待用。
各合金元素的作用及机理
C：C是强化效果最好的固溶强化元素，对超高强度的获得起决定作用，碳含量对最终产品的组织形态和性能有较大影响，但是含量太高，热轧后钢中珠光体或贝氏体、马氏体含量愈高，强度愈高，从而造成轧制变形抗力增大，塑性降低，进行冷加工困难。另外，碳含量过高或增加碳当量，从而造成焊接困难，所以在保证热处理强化的前提下，碳含量不易过高。故将其含量限定在0.27～0.50%范围，最佳的在0.40～0.50%。
Si：Si能提高钢的淬透性，有减少奥氏体向马氏体转变时体积变化的作用，从而有效控制淬火裂纹的产生；在低温回火时能阻碍碳的扩散，延缓马氏体分解及碳化物聚集长大的速度，使钢在回火时硬度下降较慢，显著提高钢的回火稳定性及强度。所以，将其含量限定在0.28～0.50%范围，最佳的在0.40～0.50%。
Mn：Mn起固溶强化作用，同时能清除钢中的FeO，显著改善钢的质量。还能与硫化物生成高熔点的MnS，在热加工时，MnS有足够的塑性，使钢不产生热脆现象，减轻硫的有害作用，提高钢的热加工性能。锰能在奥氏体中无限固溶，降低相变驱动力，使“C”曲线右移，提高钢的淬透性，扩大γ相区，另它可降低钢的Ms点，故可保证在合适的冷却速度下得到马氏体。所以，将其含量限定在1.20～1.60%范围。
Cr：Cr能降低相变驱动力，也降低相变时碳化物的形核长大，所以提高钢的淬透性。另外，铬能提高钢的回火稳定性和高温抗氧化性。但是，钢中加入较多的铬会恶化钢的加工性能，所以，将其含量限定在0.32～0.60%范围，最佳的在0.50～0.60%。
B：B是强烈提高淬透性元素，钢中加入微量的硼元素能显著提高钢的淬透性。但是其含量低于0.002％，或者高于0.0050％，对提高淬透性的作用不明显。所以，将其含量限定在0.002～0.005%范围。
Ti：Ti是强C、N化物形成元素，钢中加入Ti的目的是固定钢中的N元素，但是过量的Ti会与C结合从而降低试验钢淬火后马氏体的硬度和强度。另外，钛的加入对钢的淬透性有一定的贡献。所以，将其含量限定在0.025～0.055%范围。
Als：Als在钢中起脱氧作用，应保证钢中有一定量的酸溶铝，否则不能发挥其效果，但过多的铝也会使钢中产生铝系夹杂，且不利于钢的冶炼和浇铸。同时钢中加入适量的铝可以消除钢中氮、氧原子对性能的不利影响。故将其含量限定在0.010～0.060％范围。
P：P是钢中的有害元素，易引起铸坯中心偏析。在随后的热连轧加热过程中易偏聚到晶界，使钢的脆性显著增大。同时基于成本考虑且不影响钢的性能，将其含量控制在0.012%以下。
S：S是非常有害的元素。钢中的硫常以锰的硫化物形态存在，这种硫化物夹杂会恶化钢的韧性，并造成性能的各向异性，因此，需将钢中硫含量控制得越低越好。基于对制造成本的考虑，将钢中硫含量控制在0.008%以下。
N：N在加钛的钢中可与钛结合形成氮化钛，这种在高温下析出的第二相有利于强化基体，并提高钢板的焊接性能。但是氮含量高于0.004％，氮与钛的溶度积较高，在高温时钢中就会形成颗粒粗大的氮化钛，严重损害钢的塑性和韧性；另外，较高的氮含量会使稳定氮元素所需的微合金化元素含量增加，从而增加成本。故将其含量控制在0.005％以下。
Nb：Nb也是强C、N化物形成元素，能起到细化奥氏体晶粒的作用，钢中加入少量的铌就可以形成一定量的铌的碳、氮化物，从而阻碍奥氏体晶粒长大，因此，其淬火后的马氏体板条尺寸较小，大大提高钢的强度。故将其含量控制在0.02～0.035%之间，最佳的在0.02～0.03%。
Mo：Mo能显著提高钢的淬透性，并且钼的层错能较高，加入钢中可提高钢的低温塑性和韧性。故将其含量控制在0.30～0.45%之间，最佳的在0.30～0.40%。
稀土加入钢中后，能与钢中的O、N结合，形成比重小易上浮的化合物，可降低钢中的气体含量，减少非金属夹杂物；另外，其与钢液反应，形成微细质点，增大形核率，抑制柱状晶的成长，改善铸锭冶金质量。故钢中加入0.002～0.030%的稀土。
本发明与现有技术相比，其不仅抗拉强度大于1700MPa，而且屈强比不超过0.70，因此，该发明产品应用于汽车上车体和下车体上制作结构件和安全件，不仅能够减轻汽车车身重量，而且能够在汽车发生事故时首先发生屈服变形，吸收能量和冲击力，不至于立即发生断裂，从而有效保护驾乘人员的安全。
附图说明
附图为本发明的金相组织为板条马氏体组织的图。
具体实施方式
下面进行详尽描述：
表1为本发明各实施例及对比例的组分及取值；
表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数取值；
表3本发明各实施例及对比例对应的力学性能检测值。
生产抗拉强度1700MPa级热成形钢的方法，其步骤：
1）铁水脱硫并进行转炉冶炼，控制冶炼终点的C：0.05～0.06%，P：≤0.008%，S：≤0.002%，N：≤0.004%，O：≤0.004%，出钢温度在1700～1780℃，炉渣厚度60～80mm；
2）转炉冶炼并连铸成坯；
3）将铸坯加热到1280～1320℃，升温速度控制在350～400℃/小时；
4）进行粗轧，控制粗轧出口温度在1100～1160℃；
5）进行精扎，控制精轧的终轧温度在870～910℃；
6）进行层流冷却，冷却速度为10～15℃/秒，终冷温度在650～700℃；
7）进行卷取，卷取温度控制在630～670℃；
8）进行常规酸洗并冷轧，控制冷轧总压下率在55～65%；
9）进行退火，退火温度控制为680～710℃，并控制温降速度在5～8℃/秒；
10）进行平整，控制平整延伸率在1.1～1.3%，控制抗拉强度≤650MPa；
11）进行常规精整及剪切；
12）在冷冲压模具上进行冲压成型；
13）在氮气的保护气氛下对冷成形后的零件进行加热，加热温度为870～920℃，保温时间为5～8分钟；
14）在780～820℃条件下进行二次成型，控制加热出炉至置入模具时间不超过7分钟；
15）进行淬火，控制其冷却速度在30～50℃/秒；
16）进行低温自回火，温度控制在200～250℃并保持至少10～20秒钟；
17）取出构件，待用。
表1本发明各实施例及对比例的化学成分取值列表（wt.%）
表2本发明各实施例及对比例的主要工艺参数取值列表
表3本发明各实施例及对比例的力学性能检测情况列表
从表3可以看出，本发明的抗拉强度均大于1700MPa，屈强比不超过0.7，因此，该发明产品应用于汽车上车体和下车体上制作结构件和安全件，不仅能够减轻汽车车身重量，而且能够在汽车发生事故时首先产生屈服变形，吸收能量和冲击力，同时可将冲击力传递到吸能部位，能较好的缓冲来自剧烈碰撞所产生的巨大撞击力，从而有效保护驾乘人员的安全。
上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。
Claims (3)
1.一种抗拉强度1700MPa级热成形钢，其屈强比不超过0.7，其组分及重量百分比含量为：C：0.29%，Si：0.28%，Mn：1.20%，Cr：0.32%，Ti：0.048%，B：0.0025%，Als：0.051%，P：0.008%，Mo：0.39％，S：0.006%，N：0.004%，其余为Fe及不可避免的杂质；
生产步骤：
1）铁水脱硫并进行转炉冶炼，控制冶炼终点的C：0.05～0.06%，P：≤0.008%，S：≤0.002%，N：≤0.004%，O：≤0.004%，出钢温度在1700～1780℃，炉渣厚度60～80mm；
2）转炉冶炼并连铸成坯；
3）将铸坯加热到1315～1320℃，升温速度控制在350～400℃/小时；
4）进行粗轧，控制粗轧出口温度在1140～1150℃；
5）进行精轧，控制精轧的终轧温度在875～880℃；
6）进行层流冷却，冷却速度为10～15℃/秒，终冷温度在650～700℃；
7）进行卷取，卷取温度控制在640～645℃；
8）进行常规酸洗并冷轧，控制冷轧总压下率在55%；
9）进行退火，退火温度控制为695～700℃，并控制温降速度在5～8℃/秒；
10）进行平整，控制平整延伸率在1.1～1.3%，控制抗拉强度≤650MPa；
11）进行常规精整及剪切；
12）在冷冲压模具上进行冲压成型；
13）在氮气的保护气氛下对冷成形后的零件进行加热，加热温度为920℃，保温时间为5～8分钟；
14）在820℃条件下进行二次成型，控制加热出炉至置入模具时间不超过7分钟；
15）进行淬火，控制其冷却速度在35℃/秒；
16）进行低温回火，温度控制在200℃并保持至少10～20秒钟；
17）取出构件，待用。
2.一种抗拉强度1700MPa级热成形钢，其屈强比不超过0.7，其组分及重量百分比含量为：C：0.42%，Si：0.30%，Mn：1.22%，Cr：0.4%，Ti：0.05%，B：0.0029%，Als：0.06%，P：0.007%，Mo：0.35％，S：0.004%，N：0.004%，RE:0.0025%；其余为Fe及不可避免的杂质；
生产步骤：
1）铁水脱硫并进行转炉冶炼，控制冶炼终点的C：0.05～0.06%，P：≤0.008%，S：≤0.002%，N：≤0.004%，O：≤0.004%，出钢温度在1700～1780℃，炉渣厚度60～80mm；
2）转炉冶炼并连铸成坯；
3）将铸坯加热到1305～1310℃，升温速度控制在350～400℃/小时；
4）进行粗轧，控制粗轧出口温度在1120～1130℃；
5）进行精轧，控制精轧的终轧温度在890～895℃；
6）进行层流冷却，冷却速度为10～15℃/秒，终冷温度在650～700℃；
7）进行卷取，卷取温度控制在635～640℃；
8）进行常规酸洗并冷轧，控制冷轧总压下率在65%；
9）进行退火，退火温度控制为705～710℃，并控制温降速度在5～8℃/秒；
10）进行平整，控制平整延伸率在1.1～1.3%，控制抗拉强度≤650MPa；
11）进行常规精整及剪切；
12）在冷冲压模具上进行冲压成型；
13）在氮气的保护气氛下对冷成形后的零件进行加热，加热温度为880℃，保温时间为5～8分钟；
14）在785℃条件下进行二次成型，控制加热出炉至置入模具时间不超过7分钟；
15）进行淬火，控制其冷却速度在48℃/秒；
16）进行低温回火，温度控制在210℃并保持至少10～20秒钟；
17）取出构件，待用。
3.一种抗拉强度1700MPa级热成形钢，其屈强比不超过0.7，其组分及重量百分比含量为：C：0.27%，Si：0.50%，Mn：1.6%，Cr：0.33%，Ti：0.02%，B：0.005%，Als：0.046%，P：0.006%，Mo：0.45％，S：0.005%，N：0.002%，其余为Fe及不可避免的杂质；
生产步骤：
1）铁水脱硫并进行转炉冶炼，控制冶炼终点的C：0.05～0.06%，P：≤0.008%，S：≤0.002%，N：≤0.004%，O：≤0.004%，出钢温度在1700～1780℃，炉渣厚度60～80mm；
2）转炉冶炼并连铸成坯；
3）将铸坯加热到1280～1285℃，升温速度控制在350～400℃/小时；
4）进行粗轧，控制粗轧出口温度在1125～1135℃；
5）进行精轧，控制精轧的终轧温度在900～907℃；
6）进行层流冷却，冷却速度为10～15℃/秒，终冷温度在650～700℃；
7）进行卷取，卷取温度控制在655～660℃；
8）进行常规酸洗并冷轧，控制冷轧总压下率在56%；
9）进行退火，退火温度控制为700～705℃，并控制温降速度在5～8℃/秒；
10）进行平整，控制平整延伸率在1.1～1.3%，控制抗拉强度≤650MPa；
11）进行常规精整及剪切；
12）在冷冲压模具上进行冲压成型；
13）在氮气的保护气氛下对冷成形后的零件进行加热，加热温度为905℃，保温时间为5～8分钟；
14）在790℃条件下进行二次成型，控制加热出炉至置入模具时间不超过7分钟；
15）进行淬火，控制其冷却速度在42℃/秒；
16）进行低温回火，温度控制在230℃并保持至少10～20秒钟；
17）取出构件，待用。
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