CN104233057A - 一种高强韧性汽车用冷轧双相钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强韧性汽车用冷轧双相钢板及其制造方法，其化学成分为(按重量百分比计)：0.07-0.11％C；1.25-1.35％Si；1.90-2.20％Mn；≤0.003％P；≤0.003％S，余量为铁和不可避免的杂质，所述钢板1/4厚度处的组织为多边形铁素体、4-11vol.％的岛状马氏体及少量贝氏体(2－5vol.％)，所述岛状马氏体弥撒分布于铁素体中，σb≥540MPa；σ0.2≤380MPa、A80％≥30％以及较高的应变硬化指数n(0.2以上)；该钢板的热处理制度为：以20-60℃/时的升温速度加热至温度730-750℃，保温15-17小时，再以30-50℃/时的速度降到150℃以下出炉，最后采用0.25-0.35％的平整率进行平整。本发明的合金系简单，生产工艺可靠，产品机械性能优良。

Description

一种高强韧性汽车用冷轧双相钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及汽车用双相钢钢板及其热处理生产工艺。

背景技术

近年来，由于世界范围内能源的短缺，各国都在试图采用高强韧性材料制作汽车构件，以减轻汽车自重，节约能源。做为高强韧性钢，具有铁素体加马氏体组织的双相钢，引起人们的极大关注。

目前，世界各国已公布生产冷轧双相钢板均是将含有1.0-1.8％Mn，≤1.2％Si或在含Mn基础上加入少量Cr，Ni，Ti，Nb等元素的钢，冷轧后在连续退火炉中快速加热到α+γ区短时保温，再以超过钢的临界冷却速度加速冷却到马氏体转变点以下，来获得所需要的铁素体加马氏体组织。

例如日本新日铁公司公开了一种生产冷轧双相钢板的方法，即化学成份为0.01-0.12％C；1.0-1.8％Mn；≤1.2％Si以及少量Cr，Cu，Ni等元素的钢板，在连续退火炉内加热到730℃-800℃之间，均热大于20秒后以30-300℃/秒的速度冷却到250℃以下。

再如日本新日铁发明了双相钢板的生产方法，即将一种低碳，低硅锰钢进行下面任一种予处理：a)在α-γ温度区间内，以不大于40％的压下量完成热轧，然后将钢板卷取。b)将一轧制的钢板通过加热则α-γ温度区间进行分批退火，之后在α-γ温度区间连续退火，以不大于10.000℃/min的速度冷却。

德国一家钢铁公司公开了一种双相薄钢板的生产方法，即把含0.1-0.12％C，0.5-1.7％Mn的钢板热轧并卷取，再把钢卷放在730℃-900℃的连续炉内进行回火处理。从回火温度起向下的420℃≤T≤700℃范围的中间温度(T)的第一步冷却中，其平均冷却速度(R1)为1℃/秒≤R1≤30℃/秒，而从中间温度向下到不大于200℃的温度的第二步冷却中以100℃/秒≤R2≤300℃/秒范围的平均冷却速度(R2)进行冷却。

从上三例发明看出，现有技术中双相钢所采用的成份系均与本发明不同。生产这种冷轧双相钢板都必须具备带有快速冷却装置的连续退火设备，而建造这种设备需要巨额的设备投资，同时受到大多数冶金工厂技术，厂地等的限制。

发明内容

本发明的目的在于解决以往生产冷轧双相钢板所选择的成份都必须采用连续退火快速冷却的设备工艺条件，才能满足获得铁素体加岛状马氏体的要求。与过去公布的化学成分不同，本发明是采用一种新的适宜的化学成分及含量的组合，使其在缓慢加热、α+γ区长时间保温、慢速冷却的工艺下，获得所需的双相组织，提供一种具有540Mpa强度和良好综合性能的冷轧双相钢板。这样，在目前大多数冶金工厂都不具备连续退火设备的条件下，利用现有的罩式炉退火生产工艺就可生产冷轧双相钢。

众所周知，为了在低碳低合金钢中获得马氏体组织，都必须将钢加热到γ相或(α+γ)区，然后以超过该钢的临界冷却速度，快速冷却到Ms点以下使之避免发生珠光体转变，从而得到马氏体。

本发明用钢设计的成分为(重量百分比)0.07-0.11％C；1.25-1.35％Si；1.90-2.20％Mn；≤0.003％P；≤0.003％S，余量为铁和不可避免的杂质，所述钢板1/4厚度处的组织为多边形铁素体、4-11vol.％的岛状马氏体及2-5vol.％贝氏体，所述岛状马氏体弥撒分布于铁素体中，所述钢板的σb≥540Mpa；σ0.2≤380Mpa、A80％≥30％以及0.2以上的应变硬化指数n。

该冷轧钢板经过连铸、热轧和冷轧后在罩式炉进行热处理，以20-60℃/时的升温速度加热至温度730-750℃，保温15-17小时，再以30-50℃/时的速度降到150℃以下出炉，最后采用0.25-0.35％的平整率进行平整。

以下对本发明所确定的成分系、含量范围及热处理工艺制度给予说明。

碳量为0.07-0.11％。如C＜0.07％时，不易得到马氏体组织且使钢的强度降低。当C＞0.11％时，不易得到足够量的铁素体，且降低了钢的塑性。

硅元素能扩大(α+γ)区，使临界区热处理的范围加宽，硅是铁素体形成元素，使钢在热处理过程中能降氏铁素体中的含碳量，促进了多边形铁素体的析出，获得纯净及柔韧的铁素体，促使碳向奥氏体相富集，提高了奥氏体淬透性。硅亦是固溶强化元素，能起到均衡强度-延性的作用。在本发明中硅的含量为1.25-1.35％。当Si＜1.25％时，保证不了钢中的铁素体量，并降低了钢的淬透性。当Si＞1.35％时，不能得到强塑性的良好匹配。

锰是提高钢的淬透性的有效元素，钢中含Mn量为1.9-2.2％，较高的Mn量能强烈降低钢的临界点，以保持钢在较低温度下进入两相区，避免钢卷发生粘结，保护炉体不受损害。Mn有利于降低钢的马氏体转变点(Ms)，特别在缓慢加热及高温长时间保温期间，Mn可大量向奥氏体富集，从而提高过冷奥氏体的稳定性，保证在缓慢冷却时减缓奥氏体向珠光体的转变。当Mn＜1.90％时，钢的淬透性得不到保证，即在本工艺冷却条件下不易生成马氏体组织。当Mn＞2.20％时，会导致焊结性能降低，并提高了钢的成本。

用上述的化学成分组合后，钢可在转炉或碱性平炉冶炼，采用炉外精炼等措施，获得连铸坯，粗轧，经热连轧机组轧制后再酸洗，冷轧成薄钢卷，然后在罩式炉内进行热处理，这即是本发明的特点之一。

本发明的特点之二是钢在罩式炉内退火时，升温速度为20-60℃/时，加热温度为730-750℃，保温15-17小时。当升温速度大于60℃/时，碳不能充分向γ相内聚集，不利于铁素体与奥氏体的分离，影响富碳奥氏体的形成。当升温速度＜20℃/时，延长了退火时间，增加了生产成本。钢在(α+γ)区的保温温度是依据钢中最终要求的马氏体量而确定的。当保温温度大于750℃时，将会使γ相增多，从而减少了γ相中的C、Mn含量，降低了钢的淬透性，使钢在慢的冷却速度下不易获得马氏体组织，同时温度高也影响罩式炉的炉体寿命和钢卷粘结。当退火温度＜730℃时，将不足以产生足量的γ相，最终将造成钢中马氏体量不足，达不到予定的强度。保温时间为15-17小时，最佳为16小时。保温时间≥15小时是为保证钢中C，Mn充分向γ相中偏聚，也使罩式炉内各钢卷内外部分的温度均匀一致，保证钢卷最终性能的均匀化。

退火加热后的冷却速度为30-50℃/时，冷却到150℃出炉。当冷却速度＜30℃/时时，用上述化学成分的钢将得不到双相组织。当冷却速度＞50℃/时时，则钢的马氏体量将会增加，提高了钢的强度，而且也受到罩式炉退火工艺的限制。冷却速度波动在30-50℃/时时，钢中马氏体量变化不大，钢的成分与工艺条件有良好匹配，均能得到540Mpa强度的双相钢。退火后钢板的平整延伸率不得大于0.35％。因冷轧双相钢具有优异的加工硬化性，大于0.35％的平整延伸率，将使钢的屈服强度增大，屈强比提高。并随着平整率的升高，钢会逐渐失去双相钢的典型性能特征。

本发明所生产的冷轧双相钢板，钢板1/4厚度处的组织为多边形铁素体、4-11vol.％的岛状马氏体及2-5vol.％贝氏体，所述岛状马氏体弥撒分布于铁素体中，所述钢板的σb≥540Mpa；σ0.2≤380Mpa、A80％≥30％以及0.2以上的应变硬化指数n，具有良好的烤漆硬化性、时效性、焊接性及点焊疲劳性能。由于具有优良的冷成型性，该发明的产品可用于冲制汽车结构件及其他类似的工业部门上。

本发明的优点是选择的成分系简单、廉价。采用的退火工艺可靠，退火设备无须增加巨额投资，对于大多数冶金企业的现有设备及技术条件均可达到本发明的目的。

按本发明的方法生产出的冷轧双相钢板的综合机械性能可达到日本新日铁SAFC55D标准水平。按本发明的方法生产的产品是目前国内强度级别最高的冲压用冷轧钢板。用在冷冲压成型的部件上可减重、节能、提高部件寿命和安全系数。

具体实施方式

本发明的三个实施例均是在150吨纯氧顶吹转炉冶炼。采用挡渣出钢，喷吹等炉外精炼措施，获得连铸坯，铸坯经均热到≥1340℃后由1150二辊可逆式初轧机轧制成220×1050×双倍Rmm板坯。经再加热后，由2800粗轧机及万能轧机轧成23×1050×Lmm后进入1700热连轧机机组轧成最终厚度。轧后用水幕喷水冷却并卷取。经酸洗后用四辊可逆式冷轧机轧成要求的规格。

钢卷在罩式炉中进行热处理，具体工艺参数如下：

实施例1：钢板厚1.4mm，退火工艺为：升温速度58℃/时，退火温度740℃，保温15小时，平均冷却速度38.9℃/时，150℃出炉。

实施例2：钢板厚1.8mm，退火工艺为：升温速度52℃/时，退火温度750℃，保温16小时，平均冷却速度35.2℃/时，120℃出炉。

实施例3：钢板厚2.0mm，退火工艺为：升温速度43℃/时，退火温度730℃，保温17小时，平均冷却速度为47.1℃/时，90℃出炉。

出炉后空冷至常温，再经0.2-0.35％的平整率进行平整。产品的实际机械性能列于表1，，产品的显微组织为铁素体加岛状马氏体和贝氏体。产品冲制了BJ213型吉普车、CA141型解放车等十余种零件，冲压合格率100％，全部装车使用。

表1

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (3)

1.一种高强韧性汽车用冷轧双相钢板，其特征在于：以重量百分比计，所述钢板具有如下化学成分：0.07-0.11％C；1.25-1.35％Si；1.90-2.20％Mn；≤0.003％P；≤0.003％S，余量为铁和不可避免的杂质，所述钢板1/4厚度处的组织为多边形铁素体、4-11vol.％的岛状马氏体及2－5vol.％贝氏体，所述岛状马氏体弥撒分布于铁素体中，所述钢板的σb≥540Mpa；σ0.2≤380Mpa、A80％≥30％以及0.2以上的应变硬化指数n。

2.如权利要求1所述的一种高强韧性汽车用冷轧双相钢板的制造方法，其特征在于该冷轧钢板经过连铸、热轧和冷轧后在罩式炉进行热处理，以20-60℃/时的升温速度加热至温度730-750℃，保温15-17小时，再以30-50℃/时的速度降到150℃以下出炉，最后采用0.25-0.35％的平整率进行平整。

3.权利要求2所述的一种高强韧性汽车用冷轧双相钢板的制造方法，其特征在于：该钢板在罩式炉被加热到740℃时，保温时间为16小时。