CN103602895A - 一种抗拉强度780MPa级高扩孔钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种抗拉强度780MPa级高扩孔钢板及其制造方法，其化学成分重量百分比为：C：0.02～0.1%、Si0.5～1.5%、Mn1.5～2.2%、P≤0.02%、S≤0.003%、Al0.020～0.060%，N≤0.005%，Nb0.02～0.06%，Ti0.05～0.15%、Ca＜0.0050%，Mg0～0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质；且，需同时满足下述关系式：（[C]-12/48×([Ti]-48/14×[N])-12/93×[Nb]）≥0.005。本发明抗拉强度780MPa级高扩孔钢板扩孔率λ≥50%，满足我国汽车工业底盘高强轻量化生产需求。

Description

一种抗拉强度780MPa级高扩孔钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及高扩孔钢板，特别涉及一种抗拉强度780MPa级高扩孔钢板及其制造方法。 

背景技术

热轧及热轧酸洗板广泛应用于汽车底盘、车轮及车身结构零件，它们占汽车用钢的28%左右。通过汽车零件翻边和局部扩孔形状设计可提高零件的强度和刚性，达到汽车钢板减薄和轻量化的目的。钢板的扩孔性能与钢板的成分、强度和组织均匀性有关，传统780MPa钢板（80公斤级别）采用低合金析出强化，钢板的扩孔率在30～40%之间。随着汽车轻量化发展，越来越多的车型采用780MPa级别的热轧酸洗板生产汽车底盘件，如控制臂，通过提高强度，达到轻量化的目的。钢板的扩孔率随着钢板强度提高而降低，传统的低合金析出强化钢由于扩孔率低，不能满足汽车底盘、悬臂零件成形要求，高级别的高扩孔钢已成为汽车钢板的一个重要品种之一。 

中国专利W02004092681(CN1756653)采用C:0.04～0.15%、Si:1.5%以下、Mn:0.5～1.6%、P：0.04%以下、S：0.005%以下、Al：0.04%以下、Ti：0.03～0.15%、Mo：0.03～0.5%成分，生产抗拉强度780MPa的扩孔钢，精轧后采用两段式冷却方式，即热轧后的钢板以20℃/s以上的平均冷却速度一次冷却至700～850℃的温度区域；对所述冷却后的钢板在680℃以上的温度区域空冷超过1s时间；将所述保持后的钢板以30℃/s以上的平均冷却速度二次冷却至550℃以下的温度区域并进行卷取。但在热轧生产中，热轧轧制中带钢速度变化大，采用两段式冷却模型控制层流冷却，钢板实际温度波动大，易导致钢卷头中尾性能波动很大。同时采用添加贵金属Mo元素，产生成本高，采用较高含量钛合金元素进行强化，又不对N含量进行控制，势必导致力学性能波动较大。其金相组织为铁素体贝氏体双相组织。 

专利W0200246486(CN1479797)采用C:0.01～0.15%、Si：0.3～2%、Mn：0.5～3%、P:≤0.03%、S≤0.005%、Nb：0.01～0.05%，Ti：0.01～0.5%、，其中对上述组成的钢使轧制结束温度为Ar3变态点～950℃进行热轧，然后以20℃/秒以上的冷却速度冷却到650～800℃，另外空冷2～15秒，再以20℃/秒以上的冷却速度冷却到350～600℃，然后卷取。该工艺采用两段冷轧方式生产铁素体和贝氏体双相组织，抗拉强度大于690MPa的热轧钢板，其成分设计思路与本发明相类似，但其成分范围太大，不对N含量进行管理，会导致力钢板产品学性能波动和可制造性差。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗拉强度为780MPa级高扩孔钢板及其制造法，钢板扩孔率λ≥50%，满足我国汽车工业底盘高强轻量化生产需求。 

为达到上述目的，本发明的技术方案是： 

一种抗拉强度780MPa级高扩孔钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.02～0.1%、Si0.5～1.5%、Mn1.5～2.2%、P≤0.02%、S≤0.003%、Al0.020～0.060%，N≤0.005%，Nb0.02～0.06%，Ti0.05～0.15%、Ca＜0.0050%，Mg0～0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质；且，需同时满足下述关系式：（[C]-12/48×([Ti]-48/14×[N])-12/93×[Nb]）≥0.005。 

进一步，钢板厚度为2.0～5.0mm。 

在本发明钢的成分设计中： 

C：用于形成足够碳化物强化相，以保证钢的强度，C太低强度达不到要求，同时由于钛、铌与碳形成碳化物析出，钢中碳的固溶碳含量过低或固溶碳含量为零，造成板坯热塑性劣化，可能导致板坯断坯现象，对产品生产稳定性和可制造有影响。本发明要求钢板固溶碳含量大于50ppm，固溶碳的计算公式按（1）式。C含量过高钢板强度偏高，高碳含量使析出碳化物颗粒粗大也不利于钢板扩孔性能。合理的C含量范围为0.02～0.10%，优选的碳含量在0.04～0.07%之间。 

Si：钢中硅起固溶强化作用，同时添加硅有助于改善钢板的延伸率。钢中含硅容易使钢板表面产生红铁皮等表面缺陷，使酸洗板表面粗糙度不均匀，对表观质量有不良影响。另外，硅含量过高导致钢板表面硅富集， 对钢板的磷化涂装性能不利。本发明优选的Si含量范围是0.5～1.0%。 

Mn：锰是固溶强化元素，锰含量提高使钢的塑性下降，更容易造成连铸板坯成分偏析，影响热轧板的组织均匀性，对钢板的扩孔率不利。本发明的强度主要通过钛、铌合金元素进行强化，锰含量可适当降低，并通过控制Mn/Si的适当比例，可获得钢板强度-塑性-扩孔率三者平衡性能。 

P：磷是钢中的杂质元素，含量应越低越好，但追求过低的磷含量会增加冶炼成本。但过高磷含量将影响钢板焊接性，磷含量控制在0.02%以下，可满足钢板生产成本控制和用户使用的要求。 

S：是钢中的杂质元素，含量应越低越好，S在钢中易形成MnS，钢中硫化物数量和形态直接影响钢板的扩孔率，S必须低于0.003%，最好低于0.002%。 

Al：是钢中的脱氧元素。减少钢中的氧化物夹杂、纯净钢质，有利于提高钢板的成形性能。T.Al：0.02～0.06%，不宜过低，但过高时影响连铸生产。 

Nb：是重要的强化元素之一。Nb在轧制结束后的冷却中或卷取后以碳化物的形式微细析出，利用析出强化来提高强度。当铌含量较高时，铌的强化效果减弱，考虑到铌合金的高价格，铌含量控制在0.05%以下比较合适。 

Ti：钛合金是本发明的主要强化合金元素，其合金价格比铌合金低，通过添加较高含量的钛合金获得高强度。Ti的范围为0.05～0.15%，Ti/C重量比应在2～5之间比较合适。 

N：是夹杂元素，氮在高温条件下就与钛反应形成TiN颗粒析出，过大氮化钛颗粒会成为钢板局部变形微裂纹的诱发点，影响扩孔率，必须对钢水的氮含量进行控制，氮含量小于0.005%。 

Ca：加钙可改变钢中硫化物的形态，使长条MnS夹杂转化球状CaS夹杂，对提高钢板的韧性和扩孔率有利，考虑到已对钢中硫含量进行严格控制，钙含量Ca＜0.0050%。 

Mg：添加微量的Mg后，钢中细小MgO、MgS析出物成为TiN、TiC析出物的形核点，起到分散和细化TiN、TiC析出物，可改善钢板扩孔率。 

本发明的抗拉强度780MPa级高扩孔钢板的制造方法，其包括如下步 骤： 

1)冶炼、铸造 

按下述成分冶炼、连铸成板坯，其化学成分重量百分比为：C：0.02～0.1%、Si0.5～1.5%、Mn1.5～2.2%、P≤0.02%、S≤0.003%、Al0.020～0.060%，N≤0.005%，Nb0.02～0.06%，Ti0.05～0.15%、Ca＜0.0050%，Mg0～0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质；且，需同时满足下述关系式：（[C]-12/48×([Ti]-48/14×[N])-12/93×[Nb]）≥0.005；采用转炉炼钢，钢水经过RH真空脱气处理、LF炉脱硫处理，钢水硫含量小于0.003%； 

2)热轧 

连铸坯热送到热轧加热炉，连铸板坯再加热温度1200～1260℃，终轧温度为860～930℃； 

3)冷却 

带钢板完成终轧后，带钢进入层冷段，采用常规冷却至带钢温度450～550℃时进行卷取； 

4)酸洗 

自然冷却到50℃以下的热轧钢卷通过酸洗机组在热盐酸溶液去除钢板的氧化铁皮，酸洗钢板经过漂洗、挤干、烘干后涂油处理。 

在本发明制造方法中，钢水通过转炉冶炼，RH+LF炉双重炉外精炼处理，确保S含量低于0.002%，并进行Ca处理改善硫化物形态。热态板坯直接热送到热轧加热炉或在保温坑存放，防止板坯快冷产生断坯现象。在热轧工艺中，加热温度为1220～1260℃，终轧温度为870～930℃，采用常规一段式冷却方式，以大于20℃/s的冷却速度冷却，钢板在450～550℃温度下卷取，钢卷卷取后空冷至室温。钢板卷取温度过高，导致带状组织出现，使钢板扩孔率降低。卷取温度过低，造成钢板强度升高，延伸率下降。优选的卷取温度范围在480～540℃。 

酸洗前的钢卷温度小于60℃，最好低于50℃，钢板开卷后通过加热盐酸溶液（酸洗溶液温度70～85℃）去除钢板表面的氧化铁皮，酸洗后钢板经水漂洗、烘干，涂防锈油后卷取。 

本发明提供的这种热轧高强度高扩孔钢板，抗拉强度达到780MPa， 扩孔率大于50%。采用低碳含Si、Mn、Nb、Ti成分，不含Mo、Cr等元素，热轧精轧后无需复杂两段控制冷却技术，采用常规一般层流冷却工艺就可实现，热轧钢板无需热处理，本发明工艺生产易于控制，生产成本较低，具有一定的先进性。该钢板具有良好的扩孔性能、成形性能、冷加工性能，主要用于汽车底盘、控制臂等复杂形状零部件成形加工。 

扩孔率评价方法，按下述步骤计算扩孔率(λ：单位为%)。取150×150mm的热轧或酸洗钢板上，作为初期孔径(d[1])，开直径10mm的冲孔，使用顶角60°的圆锥冲头扩张该冲孔。测定冲孔部分产生的裂纹贯通板厚时的孔径(d[2])，由下式计算出扩孔率。在本发明中，λ为50%以上为合格。 

扩孔率(λ)＝[(d[2]-d[1])/d[1]]×100 

本发明抗拉强度780MPa级高扩孔钢的金相组织为单相铁素体。实现高扩孔性的主要是依靠以下几方面： 

1、钢质纯洁度，通过RH+LF精炼处理，降低钢水杂质元素含量，特别是S含量，进而降低钢板的夹杂数量，并通过Ca处理，使长条的MnS夹杂转化为球状的CaS夹杂，减少钢板在翻边过程中非金属夹杂对基体连续性的破坏。 

2、组织均匀性，采用合理成分设计和热轧工艺控制，可以使材料的晶粒细小，组织均匀，防止组织偏析和带状组织发生，减缓钢板在局部变形过程中开裂的敏感性。 

3、均匀的铁素体单相组织，减少钢板在局部变形过程中不同相之间硬度差易导致开裂的敏感点。 

附图说明

图1为本发明实施例4钢板的金相组织。铁素体单相组织，组织均匀，无中心偏析及带状组织。 

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。 

表1为本发明实施例钢的成分，表2为本发明实施例钢的热轧工艺。表3为本发明实施例钢额力学性能。 

本发明实施例试样通过转炉冶炼、RH+LF双重精炼处理，连铸、板坯加热温度加1200～1260℃，终轧温度为860～930℃，以大于30℃/s的冷却速度冷却，钢板在480～580℃温度下卷取，钢卷卷取后空冷至室温。 

对比例1、对比例2为一般同级别的商用材。本发明抗拉强度780MPa的高扩孔钢，钢板强度、延伸率、扩孔率达到较好的平衡，可满足汽车底盘高强轻量化的生产需求。图1是产品钢板的金相组织，无带状组织，均匀的铁素体组织。 

综上所述，本发明钢各元素范围较窄，可控性强，采用钙处理，对氮元素进行管理，有效控制硫化物夹杂形态以及TiN析出物尺寸和数量，其钢板产品可得到稳定的力学性能和翻边扩孔性能。 

表2 

表3实施例试样的力学性能（90度方向，50标距） 

Claims (4)

1.一种抗拉强度780MPa级高扩孔钢板，其化学成分重量百分比为：C：0.02～0.1%、Si0.5～1.5%、Mn1.5～2.2%、P≤0.02%、S≤0.003%、Al0.020～0.060%，N≤0.005%，Nb0.02～0.06%，Ti0.05～0.15%、Ca＜0.0050%，Mg0～0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质；而且，需同时满足下述关系式：（[C]-12/48×([Ti]-48/14×[N])-12/93×[Nb]）≥0.005；钢板扩孔率λ≥50%。

2.如权利要求1所述的抗拉强度780MPa级高扩孔钢板，其特征是，所述碳含量在0.04～0.07%，以重量百分比计。

3.如权利要求1或2所述的抗拉强度780MPa级高扩孔钢板，其特征是，所述高扩孔钢板厚度为2.0～5.0mm。

4.一种抗拉强度780MPa级高扩孔钢板的制造方法，其包括如下步骤：

1)冶炼、铸造

按下述成分冶炼、连铸成板坯，其化学成分重量百分比为：C0.02～0.1%、Si0.5～1.5%、Mn1.5～2.2%、P≤0.02%、S≤0.003%、Al0.020～0.060%，N≤0.005%，Nb0.02～0.06%，Ti0.05～0.15%、Ca＜0.0050%，Mg0～0.005%，其余为Fe和不可避免的杂质；且，需同时满足下述关系式：[C]-12/48×([Ti]-48/14×[N])-12/93×[Nb]≥0.005；采用转炉炼钢，钢水经过RH真空脱气处理、LF炉脱硫处理，钢水硫含量小于0.003%；

2)热轧

连铸坯热送到热轧加热炉，连铸板坯再加热温度1200～1260℃，终轧温度为860～930℃；

3)冷却

带钢板完成终轧后，带钢进入层冷段，采用常规冷却至带钢温度450～550℃时进行卷取；

4)酸洗

自然冷却到50℃以下的热轧钢卷通过酸洗机组在热盐酸溶液去除钢板的氧化铁皮，酸洗钢板经过漂洗、挤干、烘干后涂油处理。

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