CN103643103A

CN103643103A - 抗拉强度700MPa级热镀锌相变诱发塑性钢制备方法

Info

Publication number: CN103643103A
Application number: CN201310552073.7A
Authority: CN
Inventors: 姜英花; 邝霜; 刘广会; 王勇围; 腾华湘; 刘光明
Original assignee: Shougang Corp
Current assignee: Shougang Group Co Ltd
Priority date: 2013-11-07
Filing date: 2013-11-07
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2033-11-07
Also published as: CN103643103B

Abstract

本发明提供了一种抗拉强度700MPa级热镀锌相变诱发塑性钢制备方法，在冶炼过程中添加Al代替Si，提高了带钢的涂镀性和奥氏体稳定性，添加P和Nb增加残余奥氏体含量并补偿添加Al带来的强度损失，得到的热镀锌相变诱发塑性钢的化学成分以质量百分比计为：C0.16%～0.18%，Si≤0.2%，Mn1.6%～1.8%，Nb0.02%～0.04%，P0.04%～0.08%，S≤0.01%，Alt1.0%～1.4%，N≤0.005%，余量为Fe及杂质。本发明制备的抗拉强度700MPa级热镀锌相变诱发塑性钢，具有良好的焊接性和延伸率，能满足高端汽车用钢的使用要求。

Description

抗拉强度700MPa级热镀锌相变诱发塑性钢制备方法

技术领域

本发明涉及高强度热镀锌钢技术领域，特别涉及一种抗拉强度700MPa级热镀锌相变诱发塑性钢制备方法。

背景技术

为了降低油耗和减排,需要汽车轻量化，相反，为提高汽车安全性,这将需要增加汽车的质量,解决这一矛盾的有效手段就是采用高强度钢和先进高强度钢。另一方面，汽车的耐蚀性也成为人们对高档汽车一个日益增长的要求。

相变诱发塑性钢（Transformation Induced Plasticity Steel，简称TRIP）显微组织由铁素体、贝氏体、残余奥氏体及少量马氏体组成。TRIP钢因其TRIP效应具有良好匹配的强度和塑性。TRIP效应是钢中的残余奥氏体在变形过程中诱发马氏体相变，从而提高钢的强度和塑性。目前汽车用相变诱发塑性钢包括：热轧相变诱发塑性钢、冷轧相变诱发塑性钢和冷轧热镀锌相变诱发塑性钢。

冷轧热镀锌相变诱发塑性钢的主要生产工艺过程包括：炼钢、热轧、冷轧和CGL(连续热镀锌)。热镀锌产线与连退工艺有很大不同，在退火产线上贝氏体温度可以调整，而热镀锌产线上贝氏体温度限制在460℃附近；在退火产线上贝氏体相变时间很充足，而热镀锌产线上贝氏体相变时间很短，这将导致贝氏体相变进行不充分，部分奥氏体在贝氏体相变过程中富碳不充分，在随后的冷却过程中相变为马氏体，从而影响钢的力学性能。C是稳定奥氏体并提高钢强度的重要因素，但过量的C会影响焊接性和恶化延伸率。Si元素够强烈抑制渗碳体的形成,使未转变的奥氏体中富碳,大大提高奥氏体的稳定性，因此加入Si可以解决高C带来的问题。然而，尽管高Si较容易提高残留奥氏体的稳定性，但它会导致涂镀性差。添加Al代替Si可以解决涂镀性问题，不过这将会削弱一定强度（70-120MPa）。

浦项，宝钢等企业专门建设了采用明火加热技术的热镀锌退火生产线，解决含有Si，Mn等合金元素的钢种涂镀难题。但是对于目前普遍使用的喷气热镀锌退火生产线，还无法解决这种问题。

基于以上现状，必须寻找一种新的热镀锌相变诱发塑性钢的合金成分，在新的合金成分体系下，确定与之相匹配的合理工艺，使得抗拉强度达到700MPa，并具有优异的伸长率。

发明内容

本发明目的是基于常规喷气冷却热镀锌生产工艺，提供一种抗拉强度700MPa级汽车用热镀锌相变诱发塑性钢制备方法，使得热镀锌相变诱发塑性钢在满足设计强度级别的基础上，具有更好的焊接性和塑性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种抗拉强度700MPa级热镀锌相变诱发塑性钢制备方法，包括冶炼、连铸、热轧、冷轧、及连续热镀锌退火，

所述冶炼过程中，转炉炉后加入中碳锰铁或低碳锰铁调整锰含量、加入磷铁调整磷含量，转炉终点目标温度为1700～1740℃；在出钢过程中，加入渣料，出钢下渣量≤80mm，出钢时间≥4分钟；在精炼过程中，依次调整Al、Mn、P、Nb的含量；

所述连铸过程中采用保护浇注，预防钢水二次氧化；

所述热轧过程中，先将板坯加热，再经粗轧、精轧获得热轧板，最后将所述热轧板进行层流冷却，冷却后卷取成热轧卷；

所述冷轧过程中，先将所述热轧卷冷轧成冷硬态带钢，再将所述冷硬态带钢经过连续热镀锌退火处理获得热镀锌带钢；

所述连续热镀锌退火过程包括如下步骤：

A.所述冷硬态带钢首先加热至220℃实现预热，其加热速度8℃/s-12℃/s；

B.所述经过预热的带钢进一步加热到780℃-830℃，其加热速度为1.5℃/s-4℃/s；

C.所述经过进一步加热后的带钢在780℃～830℃的温度下，保温60s-100s；

D.将所述保温后所得的带钢冷却至720℃-760℃，冷却速度为8℃/s-12℃/s；

E.将所述经过冷却至720℃-760℃的带钢经吹气快冷却至时效温度460℃，进行热镀锌，镀锌结束后将得到的热镀锌带钢经气刀吹刮冷却至420-430℃；

F.将所述冷却至420-430℃的热镀锌带钢经过气刀到顶辊之间的前端空冷再配合后端风冷，最后冷却至250-300℃，冷却速度约为6℃/s-9℃/s；

G.将所述冷却至250-300℃的热镀锌带钢经平整后卷取成成品。

进一步地，所述渣料为白灰、预熔渣和萤石，所述白灰的加入量为每炉200-800kg，所述预熔渣的加入量为每炉0-1000kg，所述萤石的加入量为每炉0-400kg，在出钢前期开始随钢流加入所述渣料，出钢量达到1/5前加入所有所述渣料。

进一步地，所述的调整锰含量是将钢中的锰含量调整为1.6～1.8%，所述的调整磷含量是将钢中的磷含量调整为0.04～0.08%。

进一步地，所述在精炼过程中，采用铝粒脱氧并调整Al含量后，依次采用微碳锰铁或金属锰调整Mn含量、采用磷铁调整P含量、和采用铌铁调整Nb含量。

进一步地，所述热轧过程中，所述板坯的加热温度为1220～1280℃；所述精轧的终轧温度为860～900℃；所述热轧板卷取温度为640～680℃。

进一步地，所述热轧卷冷轧时的冷轧压下率为50%-70%。

所述抗拉强度700MPa级热镀锌相变诱发塑性钢的化学成分以质量百分比计为：C0.16%～0.18%，Si≤0.2%，Mn1.6%～1.8%，Nb0.02%～0.04%，P0.04%～0.08%，S≤0.01%，Alt1.0%～1.4%，N≤0.005%，余量为Fe及杂质。

本发明提供的抗拉强度700MPa级热镀锌相变诱发塑性钢制备方法，不添加Si元素，改用Al避免渗碳体析出并驱使C富集于奥氏体中，提高奥氏体的稳定性，并添加一定含量的P有效增加残余奥氏体含量，进而提高延伸率。同时，添加Nb和P弥补添加Al而造成的强度损失，使得热镀锌相变诱发塑性钢在满足抗拉强度700MPa级别的基础上，具有良好的焊接性和延伸率，能满足高端汽车用钢的使用要求。

具体实施方式

本发明实施例提供的一种抗拉强度700MPa级热镀锌相变诱发塑性钢的制备方法，包括冶炼、连铸、热轧、冷轧、及连续热镀锌退火。

其中，冶炼终点目标化学成分的重量百分比分别为：C0.16-0.18%，S≤0.01%，P0.04%～0.08%；冶炼过程中第一炉的终点目标温度为1670～1690℃；冶炼过程中采用Al-Fe脱氧，Al-Fe的加入量为3-5kg/t钢；在冶炼的出钢过程中，加入渣料，出钢前期开始随钢流加入渣料，出钢量达到1/5前加入所有渣料，每炉加入的渣料为白灰200-800kg，预熔渣0-1000kg，萤石0-400kg；之后，采用微碳Mn-Fe调整Mn含量；在冶炼的出钢过程中，出钢下渣量≤80mm，出钢时间≥4分钟。

连铸过程中采用保护浇注，预防钢水二次氧化，连浇的终点目标温度为1660～1680℃。

在热轧过程中，连铸坯的加热温度为1220～1280℃；终轧温度为860～900℃；卷取温度为640～680℃。该过程中，卷取温度的高低对冷轧镀锌钢的力学性能具有较大影响。若采用低温卷取时热轧后留下较多的固溶Nb，在后续退火过程中依次析出，有效提高退火板强度；若采用高温卷取时热轧过程中大部分Nb析出，在后续退火过程中几乎无Nb析出，退火板强度提高不明显。

在冷轧过程中，将热轧卷冷轧成冷硬态带钢，然后将冷硬态带钢经过连续热镀锌退火处理获得热镀锌带钢，其中，冷轧的冷轧压下率为50%-70%，以利于冷轧工艺的进行。

在连续热镀锌退火过程中，包括如下步骤：

A.冷硬态带钢首先加热至220℃实现预热，其加热速度8℃/s-12℃/s。该过程中，冷变形的铁素体发生回复。

B.经过预热的带钢进一步加热到780℃-830℃，其加热速度为1.5℃/s-4℃/s该过程实现冷轧铁素体组织的再结晶，并且珠光体先转变为奥氏体并向铁素体长大。

C.经过进一步加热后的带钢在780℃～830℃保温60s-100s。该过程实现部分奥氏体化，铁素体中的C、Mn元素向奥氏体中转移并在奥氏体中均化。

D.将保温后所得的带钢冷却至720℃-760℃，冷却速度为8℃/s-12℃/s。该过程使得奥氏体部分转移为铁素体，C、Mn等元素进一步向奥氏体中聚集。

E.将经过冷却至720℃-760℃的带钢经吹气快冷却至镀锌温度450℃～460℃，镀锌结束后热镀锌带钢经历气刀吹刮冷却至420-430℃。该过程中，尽量增加带钢在均衡段，炉鼻子和锌锅中的逗留时间，使得碳在贝氏体相变过程中进一步富集在残留奥氏体中，并使得提高奥氏体稳定性。

F.将热镀锌带钢经过气刀到顶辊之间的前端空冷再配合后端风冷，最后冷却至250-300℃，冷却速度约为6℃/s-9℃/s。该过程中，部分不稳定的奥氏体相转变为马氏体相。

最后，将热镀锌带钢经平整后卷取成成品，得到抗拉强度700MPa级热镀锌相变诱发塑性钢的化学成分以质量百分比计为：C0.16%～0.18%，Si≤0.2%，Mn1.6%～1.8%，Nb0.02%～0.04%，P0.04%～0.08%，S≤0.01%，Alt1.0%～1.4%，N≤0.005%，余量为Fe及杂质。

本发明提供的抗拉强度700MPa级热镀锌相变诱发塑性钢制备方法，不添加Si元素，改用Al避免渗碳体析出并驱使C富集于奥氏体中，提高奥氏体的稳定性，并添加一定含量的P有效增加残余奥氏体含量，进而提高延伸率。同时，添加Nb和P弥补添加Al而造成的强度损失。

下面通过实施例对本发明提供的抗拉强度700MPa级热镀锌相变诱发塑性钢制备方法进行具体说明。

实施例1

按照冶炼、连铸、热轧、冷轧、及连续热镀锌退火的制备方法生产本发明提供的抗拉强度700MPa级热镀锌相变诱发塑性钢，在冶炼过程中，冶炼终点目标化学成分的重量百分比分别为：C：0.17%，S：0.005%，P：0.05%；冶炼过程中第一炉的终点目标温度为1670℃；冶炼过程中采用Al-Fe脱氧，Al-Fe的加入量为3kg/t钢；在冶炼的出钢过程中，加入渣料，出钢前期就开始随钢流加入渣料，出钢量达到1/5前加入所有渣料，每炉加入200kg小粒白灰和100kg萤石；采用微碳Mn-Fe调Mn，使得Mn的质量百分比为1.7%；在冶炼的出钢过程中，出钢下渣量为80mm，出钢时间为4分钟。冶炼完成时，得到钢的化学成分重量百分比分别为：C：0.17%，Si：0.15%，Mn：1.7%，P：0.05%，S：0.005%，Alt：1.2%，N：0.005%，Nb：0.03%，余量为Fe和杂质。

连铸过程中采用保护浇注，预防钢水二次氧化，连浇的终点目标温度为1660℃。

热轧过程中，连铸坯加热温度为1250℃；热轧终轧温度为890℃；热轧卷取温度为650℃。热轧结束时，获得的热轧板厚度为5.0mm。

冷轧过程中，冷轧的压下率为64%。冷轧结束时，获得厚度为1.8mm的冷硬态带钢。

之后，对上述冷硬态带钢进行连续热镀锌退火，具体为：

A.冷硬态带钢首先加热至220℃实现预热，其加热速度10℃/s。该过程中，冷变形的铁素体发生回复。

B.经过预热的带钢进一步加热到800℃，其加热速度为3℃/s该过程实现冷轧铁素体组织的再结晶，并且珠光体先转变为奥氏体并向铁素体长大。

C.经过进一步加热后的带钢在800℃保温60s。该过程实现部分奥氏体化，铁素体中的C、Mn元素向奥氏体中转移并在奥氏体中均化。

D.将保温后所得的带钢冷却至730℃，冷却速度约为9℃/s。该过程使得奥氏体部分转移为铁素体，C、Mn等元素进一步向奥氏体中聚集。

E.将经过冷却至730℃的带钢经吹气快冷却至镀锌温度450℃，镀锌结束后将热镀锌带钢经历气刀吹刮冷却至420℃。该过程中，尽量增加带钢在均衡段，炉鼻子和锌锅中的逗留时间，使得碳在贝氏体相变过程中进一步富集在残留奥氏体中，并使得提高奥氏体稳定性。

F.将热镀锌带钢经过气刀到顶辊之间的前端空冷再配合后端风冷，最后冷却至270℃，冷却速度约为8℃/s。该过程中，部分不稳定的奥氏体相转变为马氏体相。

最后，将带钢经平整后卷取成成品，得到抗拉强度700MPa级热镀锌相变诱发塑性钢。获得的抗拉强度700MPa级冷轧热镀锌相变诱发塑钢的力学性能与宝钢标准的对比如表1所示。

实施例2

按照冶炼、连铸、热轧、冷轧、及连续热镀锌退火的制备方法生产本发明提供的抗拉强度700MPa级热镀锌相变诱发塑性钢，在冶炼过程中，冶炼终点目标化学成分的重量百分比分别为：C：0.18%，S：0.005%，P：0.04%；冶炼过程中第一炉的终点目标温度为1680℃；冶炼过程中采用Al-Fe脱氧，Al-Fe的加入量为4kg/t钢；在冶炼的出钢过程中，加入渣料，出钢前期就开始随钢流加入渣料，出钢量达到1/5前加入所有渣料，每炉加入400kg小粒白灰和200kg萤石；采用微碳Mn-Fe调Mn，使得Mn的质量百分比为1.8%；在冶炼的出钢过程中，出钢下渣量为60mm，出钢时间为6分钟。冶炼完成时，得到钢的化学成分重量百分比分别为：C：0.18%，Si：0.15%，Mn：1.8%，P：0.04%，S：0.005%，Alt：1.0%，N：0.005%，Nb：0.03%，余量为Fe和杂质。

连铸过程中采用保护浇注，预防钢水二次氧化，连浇的终点目标温度为1670℃。

冷轧过程中，冷轧的压下率为65%。冷轧结束时，获得厚度为1.75mm的冷硬态带钢。

之后，对上述冷硬态带钢进行连续热镀锌退火，具体为：

B.经过预热的带钢进一步加热到780℃，其加热速度为3℃/s该过程实现冷轧铁素体组织的再结晶，并且珠光体先转变为奥氏体并向铁素体长大。

C.经过进一步加热后的带钢在780℃保温80s。该过程实现部分奥氏体化，铁素体中的C、Mn元素向奥氏体中转移并在奥氏体中均化。

E.将经过冷却至730℃的带钢经吹气快冷却至镀锌温度455℃，镀锌结束后将热镀锌带钢经历气刀吹刮冷却至425℃。该过程中，尽量增加带钢在均衡段，炉鼻子和锌锅中的逗留时间，使得碳在贝氏体相变过程中进一步富集在残留奥氏体中，并使得提高奥氏体稳定性。

实施例3

按照冶炼、连铸、热轧、冷轧、及连续热镀锌退火的制备方法生产本发明提供的抗拉强度700MPa级热镀锌相变诱发塑性钢，在冶炼过程中，冶炼终点目标化学成分的重量百分比分别为：C：0.16%，S：0.005%，P：0.08%；冶炼过程中第一炉的终点目标温度为1690℃；冶炼过程中采用Al-Fe脱氧，Al-Fe的加入量为5kg/t钢；在冶炼的出钢过程中，加入渣料，出钢前期就开始随钢流加入渣料，出钢量达到1/5前加入所有渣料，每炉加入800kg小粒白灰和400kg萤石；采用微碳Mn-Fe调Mn，使得Mn的质量百分比为1.6%；在冶炼的出钢过程中，出钢下渣量为40mm，出钢时间为8分钟。冶炼完成时，得到钢的化学成分重量百分比分别为：C：0.16%，Si：0.15%，Mn：1.6%，P：0.08%，S：0.005%，Alt：1.3%，N：0.005%，Nb：0.03%，余量为Fe和杂质。

连铸过程中采用保护浇注，预防钢水二次氧化，连浇的终点目标温度为1680℃。

冷轧过程中，冷轧的压下率为60%。冷轧结束时，获得厚度为2mm的冷硬态带钢。

之后，对上述冷硬态带钢进行连续热镀锌退火，具体为：

B.经过预热的带钢进一步加热到820℃，其加热速度为3℃/s该过程实现冷轧铁素体组织的再结晶，并且珠光体先转变为奥氏体并向铁素体长大。

C.经过进一步加热后的带钢在820℃保温100s。该过程实现部分奥氏体化，铁素体中的C、Mn元素向奥氏体中转移并在奥氏体中均化。

D.将保温后所得的带钢冷却至740℃，冷却速度约为9℃/s。该过程使得奥氏体部分转移为铁素体，C、Mn等元素进一步向奥氏体中聚集。

E.将经过冷却至740℃的带钢经吹气快冷却至镀锌温度460℃，镀锌结束后将热镀锌带钢经历气刀吹刮冷却至430℃。该过程中，尽量增加带钢在均衡段，炉鼻子和锌锅中的逗留时间，使得碳在贝氏体相变过程中进一步富集在残留奥氏体中，并使得提高奥氏体稳定性。

表1本发明提供的冷轧热镀锌相变诱发塑性钢力学性能与宝钢标准的对比

	R_p0.2,N/mm²	R_m,N/mm²	A₈₀,%
				宝钢标准	400-510	≥690	≥23
实施例1	470	720	28
				实施例2	485	730	27

[0084]

实施例3

450

705

29.5

从表1可以看出，本发明实施例生产的热镀锌试制钢的各项指标均能达到行业要求的标准。

本发明实施例提供的抗拉强度能达到700MPa级的热镀锌相变诱发塑性钢制备方法，在冶炼过程中添加Al代替Si，不仅可解决涂镀性问题且能够有效提高奥氏体的稳定性，并在冶炼过程中添加一定含量的P能够有效增加残余奥氏体含量，使得TRIP效应充分发挥，获得强度和塑性良好匹配的热镀锌相变诱发塑性钢。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种抗拉强度700MPa级热镀锌相变诱发塑性钢制备方法，包括冶炼、连铸、热轧、冷轧、及连续热镀锌退火，其特征在于：

所述冶炼过程中，转炉炉后加入中碳锰铁或低碳锰铁调整锰含量、加入磷铁调整磷含量，转炉终点目标温度为1700～1740℃；在出钢过程中，加入渣料，出钢下渣量≤80mm，出钢时间≥4分钟；在精炼过程中，依次调整Al、Mn、P和Nb的含量；

所述连铸过程中采用保护浇注，预防钢水二次氧化；

所述连续热镀锌退火过程包括如下步骤：

G.将所述冷却至250-300℃的热镀锌带钢经平整后卷取成成品。

2.根据权利要求1所述抗拉强度700MPa级热镀锌相变诱发塑性钢制备方法，其特征在于：所述渣料为白灰、预熔渣和萤石，所述白灰的加入量为每炉200-800kg，所述预熔渣的加入量为每炉0-1000kg，所述萤石的加入量为每炉0-400kg，在出钢前期开始随钢流加入所述渣料，出钢量达到1/5前加入所有所述渣料。

3.根据权利要求1所述抗拉强度700MPa级热镀锌相变诱发塑性钢制备方法，其特征在于：所述的调整锰含量是将钢中的锰含量调整为1.6～1.8%，所述的调整磷含量是将钢中的磷含量调整为0.04～0.08%。

4.根据权利要求1所述抗拉强度700MPa级热镀锌相变诱发塑性钢制备方法，其特征在于：所述在精炼过程中，采用铝粒脱氧并调整Al含量后，依次采用微碳锰铁或金属锰调整Mn含量、采用磷铁调整P含量、和采用铌铁调整Nb含量。

5.根据权利要求1所述抗拉强度700MPa级热镀锌相变诱发塑性钢制备方法，其特征在于：所述热轧过程中，所述板坯的加热温度为1220～1280℃；所述精轧的终轧温度为860～900℃；所述热轧板卷取温度为640～680℃。

6.根据权利要求1所述抗拉强度700MPa级热镀锌相变诱发塑性钢制备方法，其特征在于：所述热轧卷冷轧时的冷轧压下率为50%-70%。

7.根据权利要求1-6任一项所述的抗拉强度700MPa级热镀锌相变诱发塑性钢制备方法，其特征在于，所述热镀锌相变诱发塑性钢的化学成分以质量百分比计为：C0.16%～0.18%，Si≤0.2%，Mn1.6%～1.8%，Nb0.02%～0.04%，P0.04%～0.08%，S≤0.01%，Alt1.0%～1.4%，N≤0.005%，余量为Fe及杂质。