CN103509997B

CN103509997B - 一种440MPa级冷轧高强度汽车结构钢及其制造方法

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Publication number: CN103509997B
Application number: CN201310442711.XA
Authority: CN
Inventors: 刘永刚; 潘红波; 詹华; 汪建威; 朱瑞琨; 舒宏富; 张军; 何峰; 占云高; 王立涛; 董梅; 施立发
Original assignee: Magang Group Holding Co Ltd; Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Magang Group Holding Co Ltd; Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2033-09-25
Also published as: CN103509997A

Abstract

本发明揭示了一种440MPa级冷轧高强度汽车结构钢及其制造方法，其主要化学成分质量百分数为：碳：0.06%～0.12%、硅≤0.25%、锰:1.0%～1.4%、铝：0.015%～0.060%、磷≤0.02%、硫≤0.01%，余量为Fe及不可避免杂质元素。再配合冶炼、连铸、热轧、酸洗冷轧、连续退火、平整、成品等工艺流程的控制，得到的440MPa级冷轧高强度汽车结构钢，屈服强度为270MPa～370MPa，抗拉强度为440MPa～510MPa，延伸率为31％～38％。通过增加碳的含量，代替昂贵的金属，降低生产成本，再通过工艺，使碳与Fe形成细小弥散的碳化物，均匀分布于铁素体中，得到的冷轧高强度汽车结构钢具有高强度特点。

Description

一种440MPa级冷轧高强度汽车结构钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及高强度汽车用钢技术领域，涉及汽车结构件用高强度CMn结构钢的制造方法，特别是提供了一种440MPa级冷轧高强度汽车结构钢及其制造方法。具有优异的抗二次加工脆性的440MPa级CMn结构钢，是通过C、Mn及少量（或不添加）Si的固溶强化，以及细晶强化相结合，从而获得优良的综合力学性能。

背景技术

随着汽车轻量化与节能减排法律法规的实施与推进，在现代汽车的白车身制造过程中，减重降耗、减少环境污染和提高安全性成为研究的热点。汽车用钢不断向高强度化方向发展，但是在汽车冲压过程中，超高强度钢由于回弹、开裂等问题，未能在汽车行业广泛普及使用。目前汽车行业应用最广泛的高强钢的强度级别为340～600MPa之间，普遍使用的是高强IF钢、HSLA、双相钢、CMn结构钢等。而对于高强IF钢来说，其主要的强化元素为P，P是冷脆性元素，加之晶界无间隙元素，其二次加工脆性很差。对于HSLA来说，由于需要添加贵重的Nb元素来微合金化，因此制造成本相对较高。对于双相钢来说，双相钢主要要通过大量的C、Mn、Si或Cr来提高钢的淬透性，对于强度级别较低的双相钢，其合金元素含量较少，淬透性很难得到保证。而440MPa的CMn高强结构钢以其经济性、可加工性以及优异的综合性能成为汽车结构中广泛使用的材料之一。

如专利申请号为CN200810119821.1，该专利的化学成分为0.005～0.007%C、0.02～0.03%Si、1.2～2.1%Mn、＜0.08%P、＜0.006%S、≤0.003%N、0.05～0.11%Nb、0.0005～0.002%B、0.2～0.5%Cr、0.005～0.01%Ti、0.01～0.04%Al，其余为Fe和不可避免的杂质，热轧板坯加热温度1200～1250℃，保温0.5～1.5小时，终轧温度910～920℃，卷取温度640～680℃，冷轧压下率为80%，退火温度840～860℃。可获得抗拉强度≥440MPa级，并具有优异的成形性能，但是该专利采用超低碳设计，通过P来固溶强化，其二次加工脆性差。因此采用上述工艺生产的440MPa级的汽车结构钢，在制成汽车零部件后，在寒冷地区汽车碰撞过程中很容易发生脆性断裂，乘客的安全性得不到保障。寻求具有经济型的、抗二次加工脆性的汽车结构钢的生产技术，具有较高的经济和社会效益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种经济型440MPa级冷轧高强度汽车结构钢及其制备方法，解决了固溶强化元素P的二次加工脆性以及Nb微合金强化的高成本制造高强钢的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明旨在提供一种经济型440MPa级冷轧高强度汽车结构钢及其制备方法。其主要化学成分质量百分数为：C：0.06%～0.12%、Si≤0.25%、Mn：1.0%～1.4%、Als：0.015%～0.060%、P≤0.02%、S≤0.01%，余量为Fe及不可避免杂质元素。其中Als为固态铝。

本发明的主要特点：通过加大碳的含量，减少合金元素的加入，降低成本；同时C对抗拉强度的贡献较屈服强度大，有利于降低屈强比。添加Mn含量，在钢中起固溶与细晶强化的作用，同时固定钢中的S含量，避免S与Fe结合形成热脆性；Mn的加入可提高钢的低温韧性。

本发明的加工步骤如下：

步骤1：冶炼，在转炉或电炉中按上述成分进行冶炼，并在加热钢包中进行精炼；

步骤2：连铸，钢水在结晶器作用下，成形并迅速凝固结晶，形成板坯；

步骤3：热轧，采用常规热轧工艺，板坯被轧至冷轧原料所需厚度，终轧温度控制在840～890℃，卷取温度控制在550～650℃；

步骤4：酸洗冷轧，采用常规酸洗工艺，充分去除带钢表面的氧化铁皮，然后经过冷轧至目标厚度，冷轧压下率控制在60～80%；

步骤5：连续退火，在760～830℃的温度下连续退火60～200秒经过缓慢冷却至660～680℃后，喷吹高速气体（N₂-H₂）快冷至过时效温度350～400℃进行过时效处理，过时效处理时间为300～450s，然后经平整后获得成品。

本发明的有益效果在于：采用本发明的化学成分、工艺流程和具体方法和步骤生产的汽车用高强度冷轧结构钢板，屈服强度为270MPa～380MPa，抗拉强度为440MPa～510MPa，延伸率为31％～38％。该方法通过提高碳的含量，减少合金元属的加入，减少了制造成本，该方法通过添加锰的含量，实现钢的固溶强化和细晶强化，同时固定钢中的硫，提高了钢的低温韧性。本发明解决了磷的二次加工脆性以及Nb微合金强化的高成本制造高强钢的问题。

具体实施方式

本发明旨在提供一种经济型440MPa级冷轧高强度汽车结构钢及其制备方法。其主要化学成分质量百分数为：C：0.06%～0.12%、Si≤0.25%、Mn：1.0%～1.4%、Als：0.015%～0.060%、P≤0.02%、S≤0.01%，余量为Fe及不可避免的杂质元素，其中Als是固溶铝。

C：最有效的强化元素，是最经济且强化作用最强的元素。当C含量较低时，其成形性与焊接性能较好；但是C含量过低，很难获得所需的强度；为了获得所需的强度，C含量的下限控制在0.06%。C含量过高，使得钢的延伸性能与焊接性能下降，因此本发明将C含量的上限控制在0.12%。

Si：在钢中有较强的强化作用，但Si易形成氧化物，不利于酸洗以及退火后表面容易形成氧化色，还降低钢板的涂镀性，因此本发明添加少量的Si或不添加Si，其上限控制在0.25%。

Mn：在钢中起固溶强化作用，同时降低钢的屈强比，其添加量与钢的强度有关。但是Mn含量过高，钢的塑性与焊接性能就受到较大影响。因此为了兼顾强度与塑性，Mn含量最好控制在1.0～1.4%。

Als：Al在钢中主要起脱氧作用，同时Al还可形成AlN析出，起到一定的细化晶粒的作用。少量Al的存在，保证强度性能的前提下，可使钢的延性提高。但是Al含量过高，结晶器容易堵塞，同时铸坯容易产生裂纹等缺陷，所以本发明Al重量百分比含量控制在0.015%～0.060%。

P：为钢中不可避免的有害杂质，对钢的冲压性能、冷脆性、二次加工脆性等均有不良影响，应严格控制钢中的P含量，P重量百分比含量控制在0.02%以内。

S：为钢中不可避免的有害杂质，对钢的各向同性、热脆性、冲压性能、冷弯性、翻边成形性能等有不利影响，应严格控制钢中的S含量，S重量百分比含量控制在0.01%以内。

余量为Fe及不可避免的杂质元素，杂质元素含量越少越好。

本发明的主要特点：通过提高C得到含量，减少合金元素的加入，降低成本；同时C对抗拉强度的贡献较屈服强度大，有利于降低屈强比。添加Mn含量，实现钢的固溶强化与细晶强化，同时固定钢中的S含量，避免S与Fe结合形成热脆性；Mn的加入可提高钢的低温韧性。

本发明采用上述的化学成分，生产制造工艺流程为：

冶炼→连铸→热轧→酸洗冷轧→连续退火→平整→成品。

（1）对汽车用冷轧高强度结构钢板的化学成分进行优化设计，不添加价格昂贵的合金元素，利用C、Mn元素的固溶强化与细晶强化提高产品的强度。

（2）热轧：840～890℃终轧，550～650℃卷取；采用常规的终轧温度，有利于工艺的稳定性，采用较低的卷取温度，热轧后采用层流冷却进行快速冷却，有利于获得细小的晶粒，改善钢的各向异性。

（3）酸洗冷轧：采用常规酸洗工艺，充分去除带钢表面的氧化铁皮。冷轧压下率控制在60～80%。

（4）连续退火：760～830℃退火60～200s，经过缓慢冷却至660～680℃后，喷吹高速气体（N₂-H₂）快冷至过时效温度350～400℃进行过时效处理，过时效处理时间为300～450s，然后经平整后获得成品。

采用本发明的化学成分、工艺流程和具体方法和步骤生产的汽车用高强度冷轧结构钢板，屈服强度为270MPa～380MPa，抗拉强度为440MPa～510MPa，延伸率为31％～38％。

下面通过具体实施例对本发明做进一步的描述。

实施例1：

钢的化学成分（质量百分比）C：0.10%，Mn：1.2%，Si：0.03%，P：0.015%，S：0.003%，Als：0.048%，余量为铁和不可避免的杂质。

其工艺流程为：冶炼→连铸→热轧→酸洗冷轧→连续退火→平整→成品。

工艺参数：按上述成分在转炉中对钢水进行冶炼，然后连铸成230mm厚的板坯，将连铸板坯加热至1230℃进行热轧，热轧终轧温度为870℃，卷取温度为580℃，热轧至4.0mm，然后酸洗冷轧，冷轧压下率为75%，轧至目标厚度1.0mm，连续退火温度为780℃，过时效温度为360℃，过时效时间为320s，平整延伸率为1.4%。得到的产品屈服强度为310MPa，抗拉强度460MPa，延伸率37.5%。

实施例2：

钢的化学成分（质量百分比）C：0.12%，Mn：1.0%，Si：0.22%，P：0.010%，S：0.009%，Als：0.015%，余量为铁和不可避免的杂质。

工艺参数：按上述成分在转炉中对钢水进行冶炼，然后连铸成230mm厚的板坯，将连铸板坯加热至1200℃进行热轧，热轧终轧温度为850℃，卷取温度为650℃，热轧至4mm，然后酸洗冷轧，冷轧压下率为80%，轧至目标厚度0.8mm，连续退火温度为820℃，过时效温度为370℃，过时效时间为300s，平整延伸率为1.2%。得到的产品屈服强度为277MPa，抗拉强度452MPa，延伸率34%。

实施例3：

钢的化学成分（质量百分比）C：0.075%，Mn：1.2%，Si：0.06%，P：0.016%，S：0.0022%，Als：0.023%，余量为铁和不可避免的杂质。

工艺参数：按上述成分在转炉中对钢水进行冶炼，然后连铸成230mm厚的板坯，将连铸板坯加热至1200℃进行热轧，热轧终轧温度为890℃，卷取温度为610℃，热轧至5.2mm，然后酸洗冷轧，冷轧压下率为75%，轧至目标厚度1.3mm，连续退火温度为830℃，过时效温度为370℃，过时效时间为350s，平整延伸率为1.1%。得到的产品屈服强度为340MPa，抗拉强度470MPa，延伸率33.5%。

实施例4：

钢的化学成分（质量百分比）C：0.085%，Mn：1.2%，Si：0.2%，P：0.011%，S：0.006%，Als：0.043%，余量为铁和不可避免的杂质。

工艺参数：按上述成分在转炉中对钢水进行冶炼，然后连铸成230mm厚的板坯，将连铸板坯加热至1200℃进行热轧，热轧终轧温度为880℃，卷取温度为610℃，热轧至5.0mm，然后酸洗冷轧，冷轧压下率为73%，轧至目标厚度1.35mm，连续退火温度为800℃，过时效温度为370℃，过时效时间为350s，平整延伸率为1.0%。得到的产品屈服强度为358MPa，抗拉强度500MPa，延伸率34%。

实施例5：

工艺参数：按上述成分在转炉中对钢水进行冶炼，然后连铸成230mm厚的板坯，将连铸板坯加热至1230℃进行热轧，热轧终轧温度为880℃，卷取温度为620℃，热轧至5.5mm，然后酸洗冷轧，冷轧压下率为63%，轧至目标厚度2.0mm，连续退火温度为830℃，过时效温度为390℃，过时效时间为430s，平整延伸率为1.2%。得到的产品屈服强度为317MPa，抗拉强度452MPa，延伸率36.5%。

实施例6：

钢的化学成分（质量百分比）C：0.095%，Mn：1.15%，Si：0.20%，P：0.016%，S：0.0015%，Als：0.040%，余量为铁和不可避免的杂质。

工艺参数：按上述成分在转炉中对钢水进行冶炼，然后连铸成230mm厚的板坯，将连铸板坯加热至1200℃进行热轧，热轧终轧温度为860℃，卷取温度为600℃，热轧至3.6mm，然后酸洗冷轧，冷轧压下率为72%，轧至目标厚度1.0mm，连续退火温度为780℃，过时效温度为380℃，过时效时间为400s，平整延伸率为0.8%。得到的产品屈服强度为373MPa，抗拉强度504MPa，延伸率31.5%。

实施例7：

钢的化学成分（质量百分比）C：0.11%，Mn：1.2%，Si：0.20%，P：0.014%，S：0.002%，Als：0.025%，余量为铁和不可避免的杂质。

工艺参数：按上述成分在转炉中对钢水进行冶炼，然后连铸成230mm厚的板坯，将连铸板坯加热至1200℃进行热轧，热轧终轧温度为870℃，卷取温度为640℃，热轧至5.0mm，然后酸洗冷轧，冷轧压下率为64%，轧至目标厚度1.8mm，连续退火温度为800℃，过时效温度为380℃，过时效时间为450s，平整延伸率为1.2%。得到的产品屈服强度为341MPa，抗拉强度491MPa，延伸率36.5%。

实施例8：

钢的化学成分（质量百分比）C：0.096%，Mn：1.2%，Si：0.22%，P：0.017%，S：0.0011%，Als：0.05%，余量为铁和不可避免的杂质。

工艺参数：按上述成分在转炉中对钢水进行冶炼，然后连铸成230mm厚的板坯，将连铸板坯加热至1230℃进行热轧，热轧终轧温度为874℃，卷取温度为605℃，热轧至4.8mm，然后酸洗冷轧，冷轧压下率为69%，轧至目标厚度1.5mm，连续退火温度为760℃，过时效温度为400℃，过时效时间为380s，平整延伸率为1.2%。得到的产品屈服强度为354MPa，抗拉强度498MPa，延伸率36%。

实施例9：

钢的化学成分（质量百分比）C：0.06%，Mn：1.3%，Si：0.07%，P：0.012%，S：0.004%，Als：0.046%，余量为铁和不可避免的杂质。

工艺参数：按上述成分在转炉中对钢水进行冶炼，然后连铸成230mm厚的板坯，将连铸板坯加热至1200℃进行热轧，热轧终轧温度为860℃，卷取温度为560℃，热轧至4.0mm，然后酸洗冷轧，冷轧压下率为75%，轧至目标厚度1.0mm，连续退火温度为800℃，过时效温度为380℃，过时效时间为370s，平整延伸率为1.2%。得到的产品屈服强度为357MPa，抗拉强度467MPa，延伸率35%。

实施例10：

钢的化学成分（质量百分比）C：0.08%，Mn：1.32%，Si：0.05%，P：0.012%，S：0.004%，Als：0.042%，余量为铁和不可避免的杂质。

工艺参数：：按上述成分在转炉中对钢水进行冶炼，然后连铸成230mm厚的板坯，将连铸板坯加热至1200℃进行热轧，热轧终轧温度为850℃，卷取温度为580℃，热轧至5.5mm，然后酸洗冷轧，冷轧压下率为76%，轧至目标厚度1.3mm，连续退火温度为790℃，过时效温度为360℃，过时效时间为420s，平整延伸率为1.2%。得到的产品屈服强度为332MPa，抗拉强度468MPa，延伸率33%。

说明书中C为碳，Si为硅，Mn为锰，Als为酸溶铝（固溶铝），P为磷，S为硫。

Claims

1.一种440MPa级冷轧高强度汽车结构钢的制造方法，440MPa级冷轧高强度汽车结构钢，其化学成分重量百分比为：碳：0.06％～0.12％、硅≤0.25％、锰：1.0％～1.4％、铝：0.015％～0.060％、磷≤0.02％、硫≤0.01％，余量为Fe及不可避免杂质元素，所述碳的上述重量百分含量使钢在获得所需的强度的同时，延伸性能与焊接性能也不下降；所述锰的上述重量百分含量兼顾结构钢的强度与塑性；所述铝的上述重量百分含量避免结晶器堵塞、铸坯产生裂纹，并提高延性，包括如下步骤：

步骤4：酸洗冷轧，采用常规酸洗工艺，充分去除带钢表面的氧化铁皮，然后经过冷轧至目标厚度，冷轧压下率控制在60～80％；

步骤5：连续退火，在760～830℃的温度下连续退火60～200秒经过冷却至660～680℃后，喷吹高速气体冷却至过时效温度350～400℃进行过时效处理，过时效处理时间为300～450s，然后经平整后获得成品，该方法通过增加碳的含量，减少合金元属的加入，该方法通过添加锰的含量，实现钢的固溶强化和细晶强化，同时固定钢中的硫，提高了钢的低温韧性；该方法得到的冷轧高强度汽车结构钢，屈服强度为270MPa～380MPa，抗拉强度为440MPa～510MPa，延伸率为31％～38％；所述步骤3的终轧温度为840～890℃，热轧后采用层流冷却进行冷却至卷取温度，卷取温度为550～650℃。