CN103667948A - 一种复相钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高强复相钢及其制备方法，所述复相钢的按重量百分比包括：C：0.06～0.10%，Si：0.61～1.1%，Mn：0.80～1.80%，P：0.03～0.049%，S：≤0.005%，Al：0.02～0.05%，Ti：0.02～0.04%，Cr：0.2～1.2%，O：≤0.003%，N：≤0.005%，其余为铁和不可避免杂质。本发明的复相钢包括超细化的多边形铁素体组织，贝氏体组织和马氏体组织，并以多边形铁素体为主，弥散分布一定量的贝氏体组织和马氏体。本发明制备的复相钢实现了相变强化，细晶强化，并提高了焊接性能，使材料具有良好的塑性和韧性。

Description

一种复相钢及其制备方法

技术领域

本发明属于热轧钢板生产技术领域，具体涉及一种复相钢及其制备方法。

背景技术

目前在汽车车轮制造领域，普遍使用的是抗拉强度590MPa以下级别钢板，其主要用于制造汽车轮辐，轮辋等。此类钢材的强度和耐疲劳性能直接关系到车轮质量的稳定性和使用寿命，因此普遍要求这些钢材在具备高强度的同时，又同时具有优良的耐疲劳性能，这也是车轮轻量化技术的发展趋势所要求的。

目前铁素体和马氏体双相钢满足上述要求，但是这种钢材的制备过程对于冷却设备要求较高，制备过程的不确定性容易导致产品性能不稳定；此外，这些钢材的制备过程需要添加Nb、Mo、B等元素进行微合金化，直接导致了制造成本升高。

公开号为CN102953004A的专利文献公开了一种高强度复相钢板及其制造方法，其微观组织包括贝氏体和马氏体，且其化学元素质量百分含量为：0.175～0.215%C；0.15～0.55%Si；1.60～2.00%Mn；0.015～0.040%Al；0.005～0.020%Ti；0.01～0.03%Nb；N≤0.006%，余量为铁和其他不可避免杂质。相应地，本发明还公开了该高强度复相钢板的制造方法，其中控制冷却步骤采取水冷→空冷→水冷分段式进行，其中第一段水冷速度≥100℃/s，第二段空冷温度控制在680～720℃，空冷时间为4～6s，第三段水冷速度≥75℃/s，终冷温度控制为≤250℃。该发明需要冷却能力强的设备才能获得复相组织。

公开号为CN194113C专利文献公开了一种具有贝氏体/铁素体微观组织的复相钢，其采用C、Mn、Si作为主要合金元素，各化学元素质量百分配比为：C:0.06～0.13%；Mn:1.90-2.60%；Si:0.60-1.50%；0＜Cr≤2.0%；V≤0.15%；Al≤0.25%；0＜Nb≤0.15%；V≤0.15%；0＜Ti≤0.10%；B≤0.015%；0＜N≤0.10%及Ni≤1.2%，Mo≤0.8%，余量为Fe和其他不可避免的杂质。该发明钢种在空冷过程中得到了由非连续状的仿晶界型铁素体与粒状贝氏体构成的复相组织。该专利文献公开的复相钢含有较高的硅、锰元素在制备过程中添加了Mo，B等元素，直接提高了制造成本。

公开号为KR1020110046689的专利文献公开了一种低屈强比钢，其化学元素的质量百分配比为：C:0.04～0.08%，Si:0～0.1%，Mn:1.8～2.0%，P:0.015～0.020%，Al:0.1～0.2%，Mo:0.10～0.20%，Ti:0.01～0.02%及N:0～0.006%，并选择添加Cr:0.1～0.2%，V:0.01～0.05%，B:0.0005-0.0015%中的一种或一种以上。其采用的工艺是轧制终轧温度为900℃，卷取温度560℃。该专利尽管热轧及冷却工艺更容易实现，但是合金元素较多，尤其是Al元素含量高，制造成本相应提高。

此外，上述几种复相钢虽然实现了高强度，但是碳当量偏高以及添加过多的合金元素会恶化车轮的焊接性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度的钢材，该钢材适合于制造高性能车轮，并且其具有优良的使用性能。为达到此目的，本发明提出了在普通C-Mn钢的基础上添加少量合金元素实现低成本制造的非调质处理车轮用钢板制造方法，在普通热连轧机上就能够实现。

为达到上述发明目的，本发明提供了一种高强度复相钢板，其化学元素质量百分含量为：

C：0.06～0.10%，

Si：0.6～1.1%，

Mn：0.80～1.80%，

P：0.03～0.05%，

S：≤0.005%，

Al：0.02～0.05%，

Ti：0.02～0.04%，

Cr：0.2～1.2%，

O：≤0.003%，

N：≤0.005%。

本发明所述的高强度复相钢板中的各化学元素作用如下：

碳：碳是确保钢板组织形成和实现高强度级别的关键元素。由于需要获得贝氏体和马氏体复相组织，因此碳的含量不能太低；但是为了避免出现珠光体组织，C含量不能太高。因此将碳含量控制在0.06～0.10%。

硅：硅能促进无碳贝氏体和粒状贝氏体的形成；Si还加速碳向奥氏体的偏聚，对铁素体中的固溶碳有“清除”和“净化”作用。同时考虑到生产成本以及钢的表面质量，本发明控制硅含量为0.6～1.1%。

锰：锰能够稳定奥氏体组织，是一种廉价的稳定奥氏体与强化合金元素，并且锰能够增加钢的淬透性，锰高在推迟珠光体转变的同时，也推迟铁素体的析出，贝氏体区右移，使钢对工艺条件的敏感性变大，Mn太低易引起珠光体转变。锰元素在钢板中具有较高的偏析倾向，不宜添加过多的锰元素。另外锰元素在钢中还可以和铝一起共同起到脱氧的作用，且钢板的强度级别也取决于锰的加入量。因此，综合考虑，本钢中控制Mn含量≤1.80%。

磷：相关文献及实验室研究表明，P能使马氏体岛的形态发生显著变化，且使马氏体的硬度略有下降，铁素体的硬度略有升高。P的另一影响是提高α相的形成温度，扩大形成α相的温度范围，从而影响退火后的铁素体和马氏体的相对量。P还可以促进得到细小均匀分布的马氏体。但P过剩添加，则加工性恶化，因此将其上限定为0.08%。最佳范围是0.03～0.05%。

硫：硫通过形成MnS夹杂，成为裂纹的起点而使加工性能恶化，因此将其上限定为0.005%。

铝：铝是强脱氧元素。为了保证钢中的氧含量尽可能地低，需要添加一定含量的铝，并且脱氧后多余的铝还可以和钢中的氮元素能形成AlN析出物，其能提高钢板的强度并且在热处理加热时能细化钢的元素奥氏体晶粒度。所以，在本发明中将铝的含量控制在0.02～0.05%。

钛：钛是强碳化物形成元素，在钢中加入微量的Ti有利于固定钢中的N，所形成的TiN能使钢坯加热时奥氏体晶粒不过分长大，从而起到细化原始奥氏体晶粒的目的。钛在钢中还可分别与碳和硫生成TiC、TiS、Ti4C2S2等化合物，它们以夹杂物和第二相粒子的形式存在。钛的这些碳氮化物析出物在焊接时还可阻止热影响区晶粒长大，进而改善成品钢板的焊接性能。因此，本发明中添加0.02～0.04%的钛。

铬：中强碳化物形成元素，显著提高钢的淬透性，利于贝氏体组织的形成，并且能够细化组织，起到强化效果。此外Cr可以促进碳向奥氏体扩散，并可降低铁素体的屈服强度，本试验钢铬含量控制在0.2-1.2％。

氮：氮是钢中残余的气体元素，其在钢中会和Al及微合金元素Ti等形成氮化物，提高强度，但会损害钢的韧性。因此，本发明要求氮含量≤0.005%。

氧：为了避免出现大颗粒的氧化物夹杂，本发明要求氮含量≤0.003%。

优选的，所述复相钢包括5～10μm超细化的多边形铁素体组织，所述复相钢还包括贝氏体组织和马氏体组织；所述复相钢以多边形铁素体组织为基体，所述贝氏体组织和马氏体组织弥散分布于多边形铁素体基体周围。

更优选的，所述复相钢还包括马氏体-奥氏体组织（M/A组织），所述马氏体-奥氏体弥散分布于多边形铁素体基体周围。

优选的，所述钢板的厚度为3～12mm。

本发明还提供了一种制备上述复相钢板的方法，包括：转炉冶炼，精炼，连铸，连铸坯加热，普通热连轧机上连续轧制，层流冷却，卷取，开卷剪切成板。

本发明还提供了一种抗拉强度在600MPa级非调质处理高强钢的优选的制造方法，包括如下步骤：

1）冶炼工艺

优选的，为了提高钢质的洁净度，保证成性能和疲劳性能，冶炼工艺需要实现如下操作：

（1）采用预脱硫工艺，严格控制铁水S含量在0.005%以下；

（2）转炉石灰采用优质石灰，降低S的掺杂。

（3）精炼过程采用LF/RH脱气处理。通过上述措施，保证了钢中气体含量，O控制在≤30ppm；N≤50ppm。S≤0.005%，进而减少了有害的硫化物夹杂，大大提高了钢质的纯净度，提高了耐疲劳性能。

2）轧制成型工艺

连铸坯加热温度1180～1250℃，加热时间90～180分钟；之后在热连轧机上进行控制轧制，粗轧开轧温度为1130～1180℃，粗轧终轧温度为1030～1060℃，粗轧过程进行3～5道次轧制，粗轧后，中间坯料厚度为30～40mm；精轧阶段终轧温度为840℃～880℃，精轧过程进行4～6道次轧制，精轧过程每道次的压下量控制在15～40%，最终产品厚度为3～12mm。另外，加热炉、粗轧及精轧入口采用超高压冷却水除鳞，提高除鳞能力，避免Si含量的提高造成的表面质量的下降。

3）冷却。

优选的，将上述轧制后坯料进行层流冷却，冷却速度为5～40℃/S。

当制备钢带时，需要对冷却后的钢板进行卷取。卷取温度是该高强钢制备中最重要的工艺参数，不同卷取温度决定了最终得到不同体积分数的贝氏体，马氏体，铁素体组织，最终影响钢的力学性能及使用性能。

优选的，卷取温度为470～570℃。

通过上述控轧工艺，抗拉强度实现了600MPa以上级别及优良的使用性能。

本发明与己有技术相比较，具有下列显著的优点和效果：

1）通过添加含量0.6～1.0%Si，0.03～0.05%P，以及用Cr元素代替高成本的Mo元素，实现了贝氏体和马氏体组织在较高卷取温度下的转变，较其他相变方法不仅成本降低，而且更加容易实现贝氏体相变强化；另外，通过添加Ti元素高温下析出的TiN抑制奥氏体组织长大，实现细晶强化，并提高焊接性能；综合作用使得强度提高。另外，S≤0.005%显著提高成型性能和耐疲劳性能。

2）本发明钢材较其他车轮用钢强度高，根据不同的厚度规格，屈服强度可以达到430～590MPa，抗拉强度达到600～700MPa，延伸率达到20～35%，扩孔率达到80％以上；强度提高时，塑性不会降低。

3）本发明钢材具有超细化的多边形铁素体组织，贝氏体组织，以及马氏体组织（或者M/A混合组织），降低屈强比，使材料在提高强度的同时，具有良好的塑性，韧性。

4）本发明高强钢带卷取温度470～570℃，冷却速度为5～40℃/S条件下即可得到贝氏体组织和马氏体复相组织，较其他专利的低温卷取实现相变强化更易于控制。

附图说明

图1、复相钢在光学显微镜下的复相组织

图2、复相钢的贝氏体高倍组织。

具体实施方式

以下列举具体实施例对本发明进行说明。需要指出的是，实施例只用于对本发明作进一步说明，不代表本发明的保护范围，其他人根据本发明做出的非本质的修改和调整，仍属于本发明的保护范围。

根据本发明设定的化学成分范围，下述实施例都通过以下具体工艺流程：以化学成分C，Si，Mn，S，P和Fe为原料，进行电炉或者转炉冶炼、精炼过程对钢水进行合金化处理、连铸、铸坯直接加热或者均热、热连轧、轧后层流水冷却、卷取等流程制备而成。

实施例l：选配高强钢的化学成分，重量百分比是：C:0.06%,Si:0.62%,Mn:1.5%,Ti:0.036%;Cr:0.62%；P:0.049%;S:0.003%；Al：0.032%;O:0.0003%；N:0.0005%；其余为铁Fe与不可避免杂质。将上述配制好的原料在120吨转炉上冶炼，并连铸成175mm×1250mm×11800mm的连铸坯，将连铸坯加热到1240℃，加热时间170分钟，在热连轧机上轧制，粗轧开轧温度控制为1150℃,粗轧终轧温度控制为1050℃，粗轧5道次，精轧开轧温度控制为1010℃，精轧终轧温度控制为860℃，精轧5道次，精轧机间采用水冷；将上述轧制后坯料进行层流冷却，冷却速度为25℃/S，卷取温度为540℃，最终获取高强复相钢带，进行开卷剪切成钢板。产品力学性能检验结果如表1所示：

表1、实施例1复相钢的力学性能

实施例2：选配高强钢的化学成分，重量百分比是：C:0.08%,Si:0.8%,Mn:0.9%,Ti:0.02%;Cr:1.03%；P:0.049%;S:0.002%;Al：0.022%;O:0.00035%；N:0.00045%；其余为铁Fe和不可避免杂质。

将上述配制好的原料在120吨转炉上冶炼，并连铸成175mm×1230mm×11800mm的连铸坯，将连铸坯加热到1255℃，加热时间160分钟，粗轧开轧温度控制为1200℃,粗轧终轧温度控制为1030℃，粗轧5道次，中间坯厚35mm，此后对中间坯进行精轧，精轧开轧温度控制为990℃，精轧终轧温度控制为862℃，精轧6道次，精轧机间采用水冷；将上述轧制后坯料层流冷却，冷却度为30℃/S，卷取温度为510℃，最终获取高强复相钢带，进行开卷剪切成钢板。产品力学性能检验结果见表2：

表2、实施例2复相钢的力学性能

试验结果表明本发明提高强度的同时，具备良好的成型性能，耐疲劳性能，可以满足高强度汽车车轮制造用户的使用要求。

实施例3：选配高强钢的化学成分，重量百分比是：C:0.92%,Si:1.0%,Mn:1.75%,Ti:0.02%;Cr:0.53%；P:0.029%;S:0.002%;Al：0.045%;O:0.00029%；N:0.00042%；其余为铁Fe和不可避免杂质。

将上述配制好的原料在120吨转炉上冶炼，并连铸成175mm×1230mm×11800mm的连铸坯，将连铸坯加热到1265℃，加热时间150分钟，粗轧开轧温度控制为1180℃,粗轧终轧温度控制为1040℃，粗轧5道次，中间坯厚34mm，此后对中间坯进行精轧，精轧开轧温度控制为1000℃，精轧终轧温度控制为872℃，精轧6道次，精轧机间采用水冷；将上述轧制后坯料层流冷却，冷却度为35℃/S，卷取温度为550℃，最终获取高强复相钢带，进行开卷剪切成钢板。产品力学性能检验结果见表3：

表3、实施例3复相钢的力学性能

试验结果表明本发明提高强度的同时，具备良好的成型性能，耐疲劳性能，可以满足高强度汽车车轮制造用户的使用要求。

Claims (7)

1.一种复相钢，其特征在于，所述复相钢的化学组成按重量百分比为：

C：0.06～0.10%，Si：0.61～1.1%，Mn：0.80～1.80%，P：0.03～0.049%，

S：≤0.005%，Al：0.02～0.05%，Ti：0.02～0.04%，Cr：0.2～1.2%，

O：≤0.003%，N：≤0.005%，其余为铁和不可避免杂质。

2.根据权利要求1所述的复相钢，其特征在于，所述复相钢包括5～10μm超细化的多边形铁素体组织，所述复相钢还包括贝氏体组织和马氏体组织；所述复相钢以多边形铁素体组织为基体，所述贝氏体组织和马氏体组织弥散分布于多边形铁素体基体周围。

3.根据权利要求2所述的复相钢，其特征在于，所述复相钢还包括马氏体-奥氏体组织，所述马氏体-奥氏体弥散分布于多边形铁素体基体周围。

4.一种制备权利要求1～3任一复相钢的制备方法，包括如下步骤：

1）脱硫，连铸成连铸坯；

2）将连铸坯进行热连轧，得到钢板；

3）冷却。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤2）为将连铸坯加热至1180～1250℃，加热时间90～180分钟；在热连轧机上进行控制轧制，粗轧开轧温度为1130～1180℃，终轧温度为1030～1060℃，粗轧过程进行3～5道次轧制，粗轧后得到厚度为30～40mm的中间坯料；精轧阶段开轧温度为1000～1030℃，终轧温度为840℃～880℃，精轧过程进行4～6道次轧制，精轧过程每道次的压下量控制在15～40%。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤4）中冷却速度为5～40℃/S。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括对钢板进行卷取，卷取温度为470～570℃。

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