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

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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。 
Figure BDA0000425829080000071
表2 
Figure 201310628170X1000021
表3实施例试样的力学性能(90度方向,50标距) 
Figure BDA0000425829080000082

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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