CN103866182B - 基于罩式退火处理的700MPa级冷轧高强度钢及薄钢带的低成本制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于罩式退火处理的700MPa级冷轧高强度钢及薄钢带的低成本制造方法。所述700MPa级冷轧高强度钢化学成分为：C:0.15～0.20；Si:0.20～0.50；Mn:0.7～1.2；P≤0.023；S≤0.015；V:0.05～0.10;N:≤0.015；Al：0.022～0.035；O:≤0.004；其余为铁Fe和不可避免杂质。本发明还提供一种抗拉强度700MPa级冷轧高强度钢带（板）的制造方法，采用热轧控轧控冷后的钢带为原料，进行退火处理及二次冷轧；以低成本制得700MPa以上、延伸率8%以上，具有良好成型性能的钢带，满足汽车焊管用钢的需要。

Description

基于罩式退火处理的700MPa级冷轧高强度钢及薄钢带的低成本制造方法

技术领域

本发明涉及一种基于罩式退火处理的抗拉强度700MPa级冷轧高强度钢及低成本钢带的制造方法，属于冷轧高强汽车用钢生产技术领域。

背景技术

随着绿色制造以及轻量化技术的发展需要，各级别热轧高强钢在汽车领域的使用非常广泛。载重汽车制造企业对高强度钢的使用量逐渐升高，主要用于制造汽车厢体，汽车底板以及高强度防护结构件等，可以大幅度减轻汽车的重量。随着制造成本的增加以及冷轧高强钢制造技术的提高，以薄规格冷轧高强度产品替代厚规格的热轧低级别产品成为可能。对于此类材料的使用以提高钢的强度和一定的塑性，产品在具备高强度的同时，又具有优良的成型性能和抗冲击性能，制备的产品不易开裂。另外，采用罩式退火处理，与连续退火处理相比更增加了制备难度。

现有技术通过采用不同微合金化的方法来制造高强度冷轧钢板。例如CN101956139A公开了一种制备屈服强度700MPa级高强度冷轧钢板的方法，该方法采用薄板坯连铸连轧流程、冷轧、退火、精整等流程制备而成；其中，精炼后钢水的主要化学成分为：C：0.03～0.07wt.％、Si：≤0.35wt.％、Mn：0.40～2.0wt.％、P：≤0.020wt.％、S≤0.010wt.％、Cr：0.25～0.80wt.％、Ti：0.06～0.25wt.％，其余为Fe和不可避免杂质；所制备的高强度冷轧钢板屈服强度超过700MPa，延伸率大于5％。该方法由于采用薄板坯连铸连轧工艺与传统的热连轧工艺存在不同，添加的合金元素较高，因此制造成本较高。

冷轧高强钢采用连续退火炉退火比较容易实现其力学性能，但是也存在以下缺点：1、连续退火炉设备投资大，需要有快速冷却，分段冷却等工艺，退火工艺复杂，特别是对生产线的自动化和操作人员要求高，工艺操作困难，更加适合双相钢等特种钢的退火处理。2、连续退火生产线适于生产批量大、规格单一的产品，可以实现连续生产；对于没有连续退火设备或受连续退火生产工艺限制的钢种，成本增加明显，工艺调整频繁。

目前汽车轻量化技术发展对高强度钢的使用量逐渐升高，因此在保证高强度、又具有优良的成型性能和抗冲击性能的前提下，降低高强度钢的制造成本成为迫切需要解决的问题。而降低成本的同时，进一步使钢的性能得以提升则是十分具有挑战性的工作。

发明内容

针对现有技术的不足，为了满足汽车用钢对低成本、高强度、良好塑性及成形性能钢的需求，本发明提供一种基于罩式退火处理的的抗拉强度700MPa级冷轧高强度钢及钢带（板）的制造方法。更具体是说，本发明提供一种700MPa级冷轧高强度薄钢带（板）的低成本制造方法。

术语说明：

薄钢带（板），属于本领域惯用表达，是指厚度在2mm以下的带状或板状钢产品。

V(C,N)，属于本领域惯用表达，是指钒的碳氮化物。

本发明的技术方案如下：

一种基于罩式退火处理的抗拉强度700MPa级冷轧高强度钢，其化学成分组成按重量百分比%为：

C:0.15～0.20；Si:0.20～0.50；Mn:0.7～1.2；P≤0.023；S≤0.015；V:0.05～0.10;N:≤0.015；Al：0.022～0.035；O:≤0.004；其余为铁Fe和不可避免杂质。

根据本发明优选的，所述钢的化学成分组成按重量百分比%为：

C:0.15～0.19；Si:0.28～0.35；Mn:0.8～1.0；P≤0.022；S≤0.012；V:0.08～0.10;N:≤0.012；Al：0.025～0.032；O:≤0.004；其余为铁Fe和不可避免杂质。

根据本发明进一步优选的，所述钢的化学成分组成按重量百分比%为：

C:0.19；Si:0.30；Mn:0.80；P：0.022；S：0.010；V:0.08;N:0.009；Al：0.030，O:≤0.004；其余为铁Fe和不可避免杂质。

根据本发明进一步优选的，所述钢的化学成分组成按重量百分比%为：

C:0.16；Si:0.35；Mn:0.90；P：0.019；S：0.012；V:0.09;N:0.010；Al：0.025，O:≤0.004；其余为铁Fe和不可避免杂质。

根据本发明进一步优选的，所述钢的化学成分组成按重量百分比%为：

C:0.15；Si:0.28；Mn:1.0；P：0.022；S：0.008；V:0.1；N:0.012；Al：0.032，O:≤0.004；其余为铁Fe和不可避免杂质。

一种抗拉强度700MPa级冷轧高强度钢带（板）的低成本制造方法，所述钢的化学成分组成重量百分比%为：C:0.15～0.20；Si:0.20～0.50；Mn:0.7～1.2；P≤0.023；S≤0.015；V:0.05～0.10;N:≤0.015；O:≤0.004；其余为铁Fe和不可避免杂质；

包括热轧、一次冷轧、罩式退火、二次冷轧，步骤如下：

（1）热轧工艺条件如下：

连铸坯厚度为175mm，在加热炉中加热温度1150～1280℃，加热时间100～160分钟；粗轧过程进行5道次轧制，中间坯料厚度为28～32mm，热轧终轧温度890℃～930℃，层流冷却，冷却速度为5～20℃/S，卷取温度为570℃～630℃；热轧成品厚度≤4mm；

（2）一次冷轧

将热轧成品酸洗去除表面氧化铁皮并进行重卷；然后在可逆式冷轧机上进行冷轧，按8～12道次进行轧制，一个轧程完成，总压下率为75-92%；

（3）罩式退火，工艺条件如下：

将一次冷轧成品进行罩式退火，退火温度为630～730℃，保温时间控制在10-16h范围内，随后进行缓冷；V(C,N)析出相的粒子粒径在5～30nm，同时结晶晶粒部分适度长大，使晶粒尺寸在6～10μm，实现细晶强化；退火后钢带的抗拉强度不低于650MPa，延伸率不低于20％；

（4）二次冷轧工艺

将退火后的钢带在可逆式冷轧机上进行二次冷轧，1～2道次；压下率为5%-15%，通过位错强化以及亚结构强化提高退火后钢的强度至700MPa级，延伸率不低于8%。

本发明制得的钢带或钢板的厚度在0.8-1.5mm。

本发明冷轧高强钢带可达到如下综合性能：根据不同的厚度规格，抗拉强度700～800MPa，延伸率8～12%；本发明钢材焊接性能及成型性能良好，成品厚度。

根据本发明优选的，步骤（1）连铸坯加热温度为1200-1230℃，热轧终轧温度890℃～915℃，卷取温度采用590℃～620℃。

根据本发明优选的，步骤（1）所述钢的化学成分组成重量百分比%为：C:0.15～0.19；Si:0.28～0.35；Mn:0.8～1.0；P≤0.022；S≤0.012；V:0.08～0.10;N:≤0.012；O:≤0.004；其余为铁Fe和不可避免杂质。

根据本发明优选的，步骤（2）一次冷轧总压下率85-91%。8～12道次的选择可根据热轧成品钢的厚度确定。厚度大时选择道次多。

本发明中罩式退火的退火时间和退火温度对于钢强度达到700MPa级起着重要作用。罩式退火炉由于受到设备限制，不能实现高温退火，只能通过细晶强化和沉淀强化的方式实现强度指标。进一步优选，退火温度660～700℃之间，保温时间控制在10-12h。随后的缓冷时间控制在20-23h。

根据本发明优选的，步骤（4）二次冷轧压下率6-10%，使延伸率8-12%。延伸率通过位错强化效果来控制；位错强化降低延伸率，位错强度与延伸率成反比。

通过上述工艺方法，本发明制得700MPa以上的抗拉强度和延伸率不低于8％的钢带（板），厚度在0.8-1.5mm，且具有良好的塑性，完全能够满足汽车焊管冷成型的要求。

需要说明的是，本发明上述工艺中步骤（1）的连铸坯是按现有技术制得的，也即热轧之前的炼钢工序均按现有技术，按本发明的化学成分设计要求进行配料，转炉冶炼、精炼过程对钢水进行合金化处理（加钒）、连铸等。

本发明提供的700MPa级别冷轧高强钢板，是在普通碳锰结构钢成分的基础上，通过添加适量的V元素和采用热轧控轧控冷技术后的钢带为原料，进行退火处理及二次冷轧。考虑到普通热连轧机的生产特点，充分利用细晶强化和析出强化机制，控制热轧态钢带的晶粒尺寸在10μm以下，V合金元素的碳氮化物析出相的尺寸在30nm以下；以极低的成本制造出了抗拉强度在700MPa以上，延伸率在8%以上，具有良好成型性能的钢带，能够满足汽车焊管用钢的需要。特别适用于制作汽车防撞焊管、汽车底板等具有较高延伸要求的汽车结构件。

本发明与己有技术相比较，具有下列显著的优良效果：

1、本发明的轧制工艺分别是在常规热连轧机和普通可逆式冷轧机上实现的。采用V微合金化，通过V(C,N)碳氮化物沉淀析出实现沉淀强化效果；冷轧后的钢材强度高，抗拉强度700MPa以上，延伸率8～15%；满足汽车焊管结构件的使用要求。

2、采用罩式退火，可以实现小批量、多规格、多品种生产，退火温度低，工艺简单，可操作性强，成本低。但是罩式退火温度需要严格保证在630～730℃之间，保温时间控制在10-16h范围内。

3、罩式退火后进行二次冷轧，在保证塑性要求的情况下，保证不同比例的部分再结晶组织和高密度位错亚结构的合理搭配，更加容易实现不同的强度规格及不同的力学性能指标。

本发明经过两次冷轧的薄规格钢带，能够实现在普通可逆式冷轧机和罩式退火设备上加工制造，在具备低成本优势同时，抗拉强度实现700MPa以上级别，具有良好的塑性，满足汽车焊管冷成型的要求。

附图说明

图1是本发明实施例3二次冷轧钢的金相组织。

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，不限制本发明的保护范围，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。

下述实施例中的连铸坯均按以下工艺流程制备：根据设定的化学成分范围（表1），以化学成分C，Si，Mn，S，P和Fe为原料，进行转炉冶炼、精炼过程对钢水进行合金化处理（加V）、连铸、铸坯直接加热或者均热。实施例1-3的制备步骤如下：

（1）热轧，工艺条件如下：

连铸坯厚度为170mm，在加热炉中加热温度1205-1230℃，加热时间100～160分钟；粗轧过程进行5道次轧制，中间坯料厚度为28～32mm，热轧终轧温度890℃～915℃，层流冷却冷却速度为5～20℃/S，卷取温度采用590℃～620℃。热轧成品厚度4-5mm。

（2）一次冷轧

将热轧成品酸洗去除表面氧化铁皮并进行重卷；然后在HC可逆冷轧机上进行冷轧，按8～12道次进行轧制，一个轧程完成，总压下率85-91%。

（3）罩式退火

将一次冷轧成品进行罩式退火，退火温度660～700℃，保温时间10-11h，退火后钢带的抗拉强度不低于650MPa，延伸率20-22％。

（4）二次冷轧工艺

将退火后的钢带在HC可逆冷轧机上进行1或2道次的二次冷轧，压下率为6-10%，通过位错强化以及亚结构强化进一步提高退火后钢的强度至700MPa级，延伸率8-12%。制得的钢带或钢板的厚度在1.0-1.5mm。

实施例1-3二次冷轧钢和比较例1-2的化学成分见下表1。

表1、化学成分（wt%,余量铁）

项目	C	Si	Mn	P	S	V	Al	N
									实施例1	0.19	0.30	0.80	0.020	0.010	0.08	0.030	0.009
实施例2	0.16	0.35	0.90	0.019	0.012	0.09	0.025	0.010
									实施例3	0.15	0.28	1.0	0.022	0.008	0.1	0.032	0.012
对比例1	0.12	0.25	0.36	0.009	0.012	—	0.045	0.0078
									对比例2	0.11	0.15	0.32	0.017	0.008	—	0.035	0.0048

实施例1-3和比较例1-2的热轧、冷轧、退火具体工艺条件见表2。按照GB/T228方法测试本发明实施例1-3和比较例1-2产品的力学性能，其结果见表2。

表2

从表中可见，在强度基本一致条件下本发明的实施例1-3的二次冷轧钢延伸率相对较高，可以实现拉伸延伸率≥8％。同时，强度明显得以提高，可以避免制备汽车部件冲压过程中产生冲裂现象，适用于制作汽车防撞焊管、汽车底板等具有较高延伸要求的汽车结构件。实施例3二次冷轧钢的金相组织如图1。

Claims (7)

1.一种抗拉强度700MPa级冷轧高强度钢带的制造方法，所述钢的化学成分组成重量百分比%为：C:0.15～0.20；Si:0.20～0.50；Mn:0.7～1.2；P≤0.023；S≤0.015；V:0.05～0.10;N:≤0.015；O:≤0.004；其余为铁Fe和不可避免杂质；

制造方法包括热轧、一次冷轧、罩式退火、二次冷轧，步骤如下：

（1）热轧工艺条件如下：

连铸坯厚度为175mm，在加热炉中加热温度1150～1280℃，加热时间100~160分钟；粗轧过程进行5道次轧制，中间坯料厚度为28～32mm，热轧终轧温度890℃~930℃，层流冷却，冷却速度为5～20℃/s，卷取温度为570℃~630℃；热轧成品厚度≤4mm；

（2）一次冷轧

将热轧成品酸洗去除表面氧化铁皮并进行重卷；然后在可逆式冷轧机上进行冷轧，按8～12道次进行轧制，一个轧程完成，总压下率75％～92%；

（3）罩式退火，工艺条件如下：

将一次冷轧成品进行罩式退火，退火温度为630~730℃，保温时间控制在10-16h范围内，随后进行缓冷；V(C,N)析出相的粒子粒径在5~30nm，同时结晶晶粒部分适度长大，使晶粒尺寸在6~10μm，实现细晶强化；退火后钢带的抗拉强度不低于650MPa，延伸率不低于20％；

（4）二次冷轧工艺

将退火后的钢带在可逆式冷轧机上进行二次冷轧，1～2道次；压下率为5%-15%，通过位错强化以及亚结构强化提高退火后钢的强度至700MPa级，延伸率不低于8%。

2.如权利要求1所述的抗拉强度700MPa级冷轧高强度钢带的制造方法，其特征在于步骤（1）连铸坯加热温度为1200-1230℃，热轧终轧温度890℃~915℃，卷取温度采用590℃~620℃。

3.如权利要求1所述的抗拉强度700MPa级冷轧高强度钢带的制造方法，其特征在于步骤（3）罩式退火的退火温度660~700℃之间，保温时间控制在10-12h，随后的缓冷时间控制在20-23h。

4.如权利要求1所述的抗拉强度700MPa级冷轧高强度钢带的制造方法，其特征在于步骤（4）二次冷轧压下率6-10%，延伸率为8-12%。

5.如权利要求1所述的抗拉强度700MPa级冷轧高强度钢带的制造方法，其特征在于所述钢的化学成分组成按重量百分比%为：

C:0.19；Si:0.30；Mn:0.80；P：0.022；S：0.010；V:0.08;N:0.009；Al：0.030，O:≤0.004；其余为铁Fe和不可避免杂质。

6.如权利要求1所述的抗拉强度700MPa级冷轧高强度钢带的制造方法，其特征在于所述钢的化学成分组成按重量百分比%为：

C:0.16；Si:0.35；Mn:0.90；P：0.019；S：0.012；V:0.09;N:0.010；Al：0.025，O:≤0.004；其余为铁Fe和不可避免杂质。

7.如权利要求1所述的抗拉强度700MPa级冷轧高强度钢带的制造方法，其特征在于所述钢的化学成分组成按重量百分比%为：

C:0.15；Si:0.28；Mn:1.0；P：0.022；S：0.008；V:0.1；N:0.012；Al：0.032，O:≤0.004；其余为铁Fe和不可避免杂质。