CN104561789B

CN104561789B - 时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢及其生产方法

Info

Publication number: CN104561789B
Application number: CN201510031694.XA
Authority: CN
Inventors: 尉冬; 滕华湘; 刘光明; 李飞; 陈斌; 闻达; 刘李斌; 王海全; 蒋光锐; 王彦超
Original assignee: Shougang Corp
Current assignee: Shougang Group Co Ltd
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2015-01-22
Publication date: 2017-09-22
Anticipated expiration: 2035-01-22
Also published as: CN104561789A

Abstract

本发明公开了一种时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢，其化学成分质量百分比为：C：0.0013‑0.0025％；Mn：0.60‑0.7％；Si≤0.031％；P：0.03‑0.04％；S：0.005‑0.015％；Alt：0.02‑0.06％；Ti：0.003‑0.012％；Nb：0.003‑0.01％；N≤0.003％，其余是Fe及不可避免杂质。本发明还公开了一种生产上述时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢的方法。本发明提供的一种时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢及其生产方法，通过对热轧、冷轧和连续退火等工艺进行优化的基础上，所生产的连续退火钢板具有低时效指数，提高了产品抗时效性能，解决了超低碳烘烤硬化钢由于抗时效时间较短，引起零件冲压时产生应变痕表面缺陷问题。

Description

时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢及其生产方法

技术领域

本发明属于金属材料加工领域，具体涉及一种时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢及其生产方法。

背景技术

超低碳烘烤硬化钢是一种在冲压成形前具有较低的屈服强度，经过冲压成形，通过烤漆温度时效处理后，屈服强度可以得到一定程度提高的优质汽车用钢板，主要用于汽车外板。此产品特点是：实现了产品强度、深冲性能和零件抗凹陷性能三者的有机结合。与此同时，此产品缺点为如果时效指数(AI值＞30MPa)，产品冲压时容易引起冲压桔皮。采用的烘烤硬化钢时效指数大于30MPa，生产2个月后冲压车门外板零件产生冲压应变痕，与变形方向成45度角，严重影响外板表面质量。产生此冲压应变痕本质原因为产品固溶碳含量控制较大，引起时效指数较大，大于30MPa。因此，生产出一种时效指数小于20MPa的烘烤硬化钢产品具有很大实际应用意义。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种解决现有超低碳烘烤硬化钢由于抗时效时间较短，引起零件冲压时产生应变痕表面缺陷问题的时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢及其生产方法。

本发明的一个方面，提供的一种时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢，其化学成分质量百分比为：

C：0.0013-0.0025％；Mn：0.60-0.7％；Si≤0.031％；P：0.03-0.04％；S：0.005-0.015％；Alt：0.02-0.06％；Ti：0.003-0.012％；Nb：0.003-0.01％；N≤0.003％，其余是Fe及不可避免杂质。进一步地，Nb、Ti成分体系的加入量及与C含量配比比例满足5≤C(eff)≤15，其中C(eff)＝C-(Ti-48*N/14)*12/48-12*Nb/93。

本发明的另一个方面，提供了一种生产上述时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢的方法，包括：

将钢水通过精炼后连铸获得板坯；

将所述板坯进行加热，再经过粗轧、精轧获得热轧板，然后将所述热轧板进行层流冷却，冷却后卷取成热轧卷；

将所述热轧卷通过冷轧获得冷硬卷；

将所述冷硬卷经过连续退火处理获得带钢，所述进行连续退火处理时，预热段将所述带钢由室温进入连续退火炉，并在所述连续退火炉内的非氧化性气氛中连续经过17秒加热至240℃；然后在加热段将所述带钢经280秒进一步加热到770℃,保温75s；

将所述带钢经平整后卷取成成品。

进一步地，所述进行连续退火处理时，缓冷段将所述带钢经21秒冷却至650℃；快冷段将所述带钢经4.8秒冷却至380℃；时效段将所述带钢经276秒冷却至350℃，终冷段将所述带钢水冷却至室温。

进一步地，所述连续退火炉内的非氧化性气氛中的介质为H₂和N₂。

进一步地，将所述带钢经平整时，平整延伸率为1.3±0.2％。

进一步地，所述将所述板坯进行加热，再经过粗轧、精轧获得热轧板时，加热温度为1250±30℃，终轧温度为900±20℃。

进一步地，所述将所述热轧板进行层流冷却，冷却后卷取成热轧卷时，卷取温度为710±20℃。

进一步地，所述将所述热轧卷通过冷轧获得冷硬卷时，冷轧压下率大于等于80％。

本发明提供的一种时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢及其生产方法，通过优化成分设计，调整和优化热轧、冷轧和退火工艺参数、平整工艺参数，成功生产出时效指数小于20MPa(AI＜20MPa)的超低碳烘烤硬化钢，通过对热轧、冷轧和连续退火等工艺进行优化的基础上，所生产的连续退火钢板具有低时效指数，提高了产品抗时效性能，解决了超低碳烘烤硬化钢由于抗时效时间较短，引起零件冲压时产生应变痕表面缺陷问题。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢的NbC溶解度曲线图。

具体实施方式

本发明提供了一种时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢，其化学成分质量百分比为：C：0.0013-0.0025％；Mn：0.60-0.7％；Si≤0.031％；P：0.03-0.04％；S：0.005-0.015％；Alt：0.02-0.06％；Ti：0.003-0.012％；Nb：0.003-0.01％；N≤0.003％，其余是Fe及不可避免杂质。

本发明中将C元素的含量控制在0.0013-0.0025％，精确控制为超低碳范围，其与本发明中Ti、Nb元素共同配合，达到控制固溶碳含量目的，另外超低碳范围碳含量能够提高最终产品延伸率。为使产品固溶碳原子量控制在5-15ppm之间，Nb、Ti成分体系的加入量及与C含量配比比例还需满足5≤C(eff)≤15，其中C(eff)＝C-(Ti-48*N/14)*12/48-12*Nb/93。由于钢中化合物析出温度不同，而碳、氮原子固溶量与钢中Ti、Nb元素含量有关，因此需要判断C、N、Ti、Nb元素形成化合物情况，公式中操作的目的为计算钢中碳元素形成化合物TiC、NbC含量，用总的碳含量减去碳原子形成化合物所消耗的量即为固溶碳原子含量。本发明在成分存在范围波动时，能够保证无论波动至上限或是下限均能保证成品最终固溶碳在5-15ppm范围内，能通过精确控制固溶碳原子含量，进而精确控制成分时效指数AI值小于20MPa。

以固溶态存在钢中的锰，会提高材料的强度，降低材料的塑性。但锰含量太低时，钢将失去防止热脆的能力。因此，本发明采用0.60-0.7％的Mn含量，在保障产品抗拉强度的前提下，同时具有良好的成形性。

本发明中Si元素含量较低，目的为最终产品可同时应用在热镀锌基板，低的Si含量能够保证镀锌产品表面不存在漏镀锌。

P以置换固溶方式存在本发明成分体系产品中，作用为通过固溶强化方式提高最终产品抗拉强度≥340MPa，另外为降低产品冷脆性，将P含量上限限定为0.04％。

S元素为杂质元素，视炼钢设备情况尽量控制在靠下限区间。

Al元素在本发明中作用为脱氧剂，热轧时少量Al含量可细化晶粒，提高冲击韧性。

Ti元素为本发明中关键元素之一，与N、C元素形成化合物，通过其与C、Nb元素共同配合控制最终成品固溶碳含量区间在5-15ppm。

Nb元素为本发明中关键元素之一，与C元素形成化合物，通过其与C、Ti元素共同配合控制最终成品固溶碳含量区间在5-15ppm。

N元素为本发明中为炼钢残余元素，不需人工增加。但此残余元素与Ti元素形成TiN化合物，间接影响最终产品固溶碳含量，因此本发明需严格控制N元素含量≤0.003％以保证最终产品固溶碳含量区间在5-15ppm。

步骤S1：将钢水通过精炼后连铸获得板坯；

步骤S2：将板坯进行加热，再经过粗轧、精轧获得热轧板，然后将热轧板进行层流冷却，冷却后卷取成热轧卷；加热温度为1250±30℃，终轧温度为900±20℃。卷取温度为710±20℃。在加热含铌钢时，当加热温度达1250℃时铌的化合物Nb(C、N)分解。晶粒长大比较均匀。为了使加工后的钢材具有细小而均匀的晶粒，固以1250℃加热温度为宜。如果加热温度低，此时奥氏体晶粒大小不均，使加工后的钢材易产生混晶。如果加热温度高，则晶粒过分长大，使钢材在加工后晶粒难以细化。另，由于Nb(C、N)的析出，约从930℃起，可认为奥氏体晶粒变形后基本上不发生再结晶，因此终轧温度定为900℃。卷曲温度过高会影响最终成品抗拉强度，所以卷曲温度设定为700℃。

步骤S3：将热轧卷通过冷轧获得冷硬卷，一定的冷轧压下率是随后连续退火再结晶的驱动力，并决定了再结晶形核点的多少，本发明实施例根据不同的带钢厚度规格，将冷轧压下率控制在大于等于80％。冷轧压下率控制在大于等于80％。目的为使产品具有一定的形变存储能，配合后续热处理工艺使产品得到良好的再结晶组织及成品性能。现有技术中一般要求产品冷轧压下率在70％以上即可，而本专利冷轧压下率控制在大于等于80％，解决产品热处理过程中需要一定的形变储存能才能完成再结晶，带来成品性能达到标准要求效益。

步骤S4：将冷硬卷经过连续退火处理获得带钢；

步骤S5：将带钢经平整后卷取成成品，为了改善烘烤硬化钢产品板形及得到一定的表面粗糙度，本发明实施例平整延伸率控制在1.3±0.2％。通过适当平整量，能消除退火产品最初的屈服平台，解决成品在冲压时出现吕德斯带缺陷，使得产品满足汽车外板件表面要求。

步骤S4中将冷硬卷经过连续退火处理获得带钢包括：

步骤S41：预热段将带钢由室温进入连续退火炉，并在连续退火炉内的非氧化性气氛中连续经过17秒加热至240℃,连续退火炉内的非氧化性气氛中的介质为H₂和N₂。该操作的目的是为尽量减少产品再结晶前内应力，使得产品再后续处理过程中不出现由于内应力过大而发生炉内瓢曲。在H₂和N₂介质中处理目的为保证产品带钢表面不发生氧化，最终能够得到表面光亮的钢材基板。

步骤S42：然后在加热段将带钢经280秒进一步加热到770℃，保温75s，必须保证温度在790℃以下才能有效防止NbC析出物溶解而增加固溶碳含量。此过程微观纤维条状晶粒经加热后逐渐发生再结晶，温度必须保证小于770℃以保证碳化铌不分解，保温75s，此过程使得超低碳烘烤硬化钢组织充分再结晶。根据固溶度公式，应用本发明成分体系，计算NbC溶解度曲线如图1所示。由图1可以看出本发明成分体系NbC分解温度在790℃-820℃范围内，因此必须保证在790℃以下防止NbC析出物溶解成碳、铌原子而增加产品整体碳原子固溶含量，再考虑到目前连续退火设备温度控制误差范围，固将再结晶温度设定为770℃，目的为得到时效性良好的烘烤硬化钢产品。保温75s，此过程使得超低碳烘烤硬化钢组织充分再结晶。

步骤S43：缓冷段将带钢经21秒冷却至650℃；此过程使得产品冷却时内应力减少，防止带钢从高温再结晶温度冷却过程中出现温度骤然降低引起产品瓢曲变形，冷却至650℃起到缓冲作用，使得产品能保持良好板形。

步骤S44：快冷段将带钢经4.8秒冷却至380℃；该操作的目的为迅速冷却至目标温度，固定碳原子在材料中的固溶度。解决碳原子在缓慢冷却过程中会以化合物的形式析出而发生变化，使得最终产品批量生产时能够得到稳定的烘烤硬化值及AI值水平。

步骤S45：时效段将带钢经276秒冷却至350℃。经过此相对长时间低温热处理过程，稳定碳原子在基体中的溶解度水平，使得最终产品碳原子溶解度区域稳定，保证批量生产时带钢时效指数稳定并能够保证带钢力学性能有效期更长。

步骤S46：终冷段将带钢水冷却至室温。

经上述工艺后，本发明提供的一种时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢的时效指数(AI值)＜20MPa，屈服强度平均在230MPa左右，抗拉强度平均在350MPa左右，延伸率在38％以上。

下面通过具体实施例对本发明进行进一步说明。

实施例一：

本实施例提供了一种时效指数小于20MPa(AI＜20MPa)的(Nb+Ti)复合添加超低碳烘烤硬化钢的生产方法，该钢种的化学成分质量百分比为：C，0.0015％；Mn，0.62％；Si，0.030％；P，0.032％；S，0.006％；Alt，0.025％；Ti，0.005％；Nb，0.004％；N，0.002％，余量为Fe及不可避免杂质。其钢的热轧工艺控制加热温度：1230；终轧温度：910℃；卷取温度：700℃；冷轧工艺控制冷轧压下率在80％，成分控制还需满足如下关系式：5≤C(eff)≤15，其中C(eff)＝C-(Ti-48*N/14)*12/48-12*Nb/93。连续退火工艺中预热段将带钢由室温进入炉内介质由H₂和N₂组成的非氧化性气氛中连续经过17秒加热至240℃；加热段将带钢经280秒进一步加热到770℃,保温75s；缓冷段将带钢经21秒冷却至650℃；快冷段将所述带钢经4.8秒冷却至380℃；时效段将所述带钢经276秒冷却至350℃，终冷段将所述带钢水冷却至室温。

按照上述工艺处理后烘烤硬化钢钢性能结果如表一、表二所示：

表一超低碳BH钢性能

表二超低碳BH钢AI值

通过本发明生产的连续退火钢板具有较低时效指数AI值小于20MPa，提高了产品抗时效性。

实施例二：

本实施例与实施例一的不同之处在于，提供的一种时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢的生产方法，该钢种的化学成分质量百分比为：C，0.0017％；Mn，0.64％；Si，0.028％；P，0.034％；S，0.007；Alt，0.036％；Ti，0.006％；Nb，0.006％；N，0.001％，余量为Fe及不可避免杂质。其钢的热轧工艺控制加热温度：1250；终轧温度：890℃；卷取温度：710℃；冷轧工艺控制冷轧压下率在82％。平整延伸率为1.3。其他地方与实施例一完全一致。

实施例三：

本实施例与实施例一的不同之处在于，提供的一种时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢的生产方法，该钢种的化学成分质量百分比为：C，0.0020％；Mn，0.66％；Si，0.025％；P，0.036％；S，0.009％；Alt，0.040％；Ti，0.008％；Nb，0.008％；N，0.0008％，余量为Fe及不可避免杂质。其钢的热轧工艺控制加热温度：1260；终轧温度：905℃；卷取温度：715℃；冷轧工艺控制冷轧压下率在83％。平整延伸率为1.4。其他地方与实施例一完全一致。

实施例四：

本实施例与实施例一的不同之处在于，提供的一种时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢的生产方法，该钢种的化学成分质量百分比为：C，0.0023％；Mn，0.69％；Si，0.020％；P，0.038％；S，0.011％；Alt，0.050％；Ti，0.009％；Nb，0.009％；N，0.0005％，余量为Fe及不可避免杂质。其钢的热轧工艺控制加热温度：1270；终轧温度：920℃；卷取温度：710℃；冷轧工艺控制冷轧压下率在84％。平整延伸率为1.2。其他地方与实施例一完全一致。

实施例五：

本实施例与实施例一的不同之处在于，提供的一种时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢的生产方法，该钢种的化学成分质量百分比为：C，0.0024％；Mn，0.7％；Si，0.10％；P，0.039％；S，0.013％；Alt，0.058％；Ti，0.011％；Nb，0.01％；N，0.0001％，余量为Fe及不可避免杂质。其钢的热轧工艺控制加热温度：1280；终轧温度：880℃；卷取温度：715℃；冷轧工艺控制冷轧压下率在85％。平整延伸率为1.5。其他地方与实施例一完全一致。

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

1.一种生产时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢的方法，其特征在于，所述时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢的化学成分质量百分比为：

C：0.0013-0.0025％；Mn：0.60-0.7％；Si≤0.031％；P：0.03-0.04％；S：0.005-0.015％；Alt：0.02-0.06％；Ti：0.003-0.009％；Nb：0.003-0.009％；N≤0.003％，其余是Fe及不可避免杂质；

Nb、Ti成分体系的加入量及与C含量配比比例满足5ppm≤C(eff)≤15ppm，其中C(eff)＝C-(Ti-48*N/14)*12/48-12*Nb/93；

所述方法包括：

将钢水通过精炼后连铸获得板坯；

将所述热轧卷通过冷轧获得冷硬卷；

将所述冷硬卷经过连续退火处理获得带钢，所述进行连续退火处理时，预热段将所述带钢由室温进入连续退火炉，并在所述连续退火炉内的非氧化性气氛中连续经过17秒加热至240℃；然后在加热段将所述带钢经280秒进一步加热到770℃，保温75s；缓冷段将所述带钢经21秒冷却至650℃；快冷段将所述带钢经4.8秒冷却至380℃；时效段将所述带钢经276秒冷却至350℃，终冷段将所述带钢水冷却至室温；

将所述带钢经平整后卷取成成品。

2.如权利要求1所述的时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢的生产方法，其特征在于：

所述连续退火炉内的非氧化性气氛中的介质为H₂和N₂。

3.如权利要求1所述的时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢的生产方法，其特征在于：

将所述带钢经平整时，平整延伸率为1.3±0.2％。

4.如权利要求1所述的时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢的生产方法，其特征在于：

所述将所述板坯进行加热，再经过粗轧、精轧获得热轧板时，加热温度为1250±30℃，终轧温度为900±20℃。

5.如权利要求1所述的时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢的生产方法，其特征在于：

所述将所述热轧板进行层流冷却，冷却后卷取成热轧卷时，卷取温度为710±20℃。

6.如权利要求1所述的时效指数小于20MPa的超低碳烘烤硬化钢的生产方法，其特征在于：

所述将所述热轧卷通过冷轧获得冷硬卷时，冷轧压下率大于等于80％。