CN105018840A

CN105018840A - 超低碳烘烤硬化钢板及其生产方法

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Publication number: CN105018840A
Application number: CN201510403105.6A
Authority: CN
Inventors: 李桂兰; 郭健; 孙晓玲; 韩冰; 夏明生; 解鸽; 李秀景; 徐杰; 马光宗; 李娜; 刘丽萍
Original assignee: Tangshan Iron and Steel Group Co Ltd
Current assignee: Tangshan Iron and Steel Group Co Ltd
Priority date: 2015-07-10
Filing date: 2015-07-10
Publication date: 2015-11-04

Abstract

本发明公开了一种超低碳烘烤硬化钢板及其生产方法，其包括炼钢工序、连铸工序、热轧工序、冷轧工序、罩式退火、平整和重卷工序；所述钢板成分的质量百分含量为：C≤0.010%，Si≤0.50%，Mn≤0.15%，P≤0.050%，S≤0.015%，N≤50ppm，Als？200～500ppm，Ti=3.42N+1.5S+(0.005-0.010)，B？7～15ppm，其余为铁和不可避免的杂质。本钢板采用Ti来固定N和S原子、Si和P固溶强化，从而实现超低碳烘烤硬化用钢，具有成本低廉、性能优良的特点。本方法通过罩式退火方式，采用Ti来固定N和S原子、Si和P固溶强化，生产出成本低廉的超低碳烘烤硬化用钢，具有良好的抗时效和烘烤硬化性能。

Description

超低碳烘烤硬化钢板及其生产方法

技术领域

本发明属于金属材料领域，尤其是一种超低碳烘烤硬化钢板及其生产方法。

背景技术

随着汽车安全性能要求的提高，在汽车车身制造中越来越多地采用具有良好强塑积的高强钢，一方面在不损失汽车安全性能的前提下减轻车身重量，另一方面降低汽车油耗和减少环境污染。然而，汽车板不仅要求较高的抗碰撞性能，而且要求在冲压成形时具有优良的成形性能。烘烤硬化钢板由于冲压时强度低，成形后通过烘烤硬化强度得到了提升，根据钢种的不同，大约有30～80MPa的增加，尤其是对于汽车外覆盖件，如发动机盖、行李箱盖板以及翼子板等，烘烤硬化钢板可以加工成这些形状复杂的零件，同时零件生产烘烤后，具有较好的抗凹性能。因此，烘烤硬化钢板能够较好地解决钢板成形性能与强度之间的矛盾，达到冲压时有优良的成形性能而使用时又有较高的强度和抗凹性能。

烘烤硬化是一种利用固溶的间隙元素(如溶质氮或溶质碳)产生应变老化的方法，通过间隙碳原子对位错的钉扎提高了强度，但是应该限定间隙原子的种类和数量。由于N原子在室温下的铁素体中扩散速度快，因此，在室温下N应该被完全固定，通过添加与N原子具有较强亲和力的化学元素来实现，所以在烘烤硬化中，主要依靠C含量来实现期望的烘烤硬化值，一般认为范围为10～15ppm。

为了控制钢中的间隙原子，需要采添加用来固定间隙原子C和N的合金元素，目前主要采用Nb、Ti和V等复合合金化方式来控制钢中的间隙原子的种类和数量，如CN 103757535A公开了一种具有烘烤硬化特性的冷轧深冲钢及生产方法、CN 1090246C公开了一种烘烤硬化性优良的冷轧钢板、CN 100465322C公开了一种钛和钒复合添加的超低碳烘烤硬化钢板及其制造方法。CN 103757535A采用Nb合金化来控制钢中自由碳原子数量，产品的强度级别在140～180MPa之间，属于强度级别较低的烘烤硬化用钢；CN 1090246C采用了Nb、Ti和Mo等元素合金化，一方面增加了生产成本，另一方面对烘烤硬化值控制的难度增加，即既要满足一定时间的抗时效性，又要具备一定的烘烤硬化值，生产过程中实现难度大，增加了生产成本；CN 100465322采用V代替Nb来固定钢中的C元素，V是通过在卷取过程中形成VC，一方面需要添加过量的V，成本增加，另一方面，对连续退火的温度和时间要求严格，否则在高温退火过程中VC的分解产生的自由碳含量变化范围较大，会导致成品烘烤硬化值的大范围波动。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种低成本、性能优良的超低碳烘烤硬化钢板；本发明还提供了一种超低碳烘烤硬化钢板的生产方法。

为解决上述技术问题，本发明成分的质量百分含量为：C≤0.010%，Si≤0.50%，Mn≤0.15%，P≤0.050%，S≤0.015%，N≤50ppm，Als 200～500ppm，Ti=3.42N+1.5S+(0.005～0.010)，B 7～15ppm，其余为铁和不可避免的杂质。

优选的，本发明成分的质量百分含量为：0.005%≤C≤0.010%，0.03%≤Si≤0.50%，0.06%≤Mn≤0.15%，0.020%≤P≤0.050%，S≤0.015%，N≤50ppm，Als 200～500ppm，Ti=3.42N+1.5S+(0.005～0.010)，B 7～15ppm，其余为铁和不可避免的杂质。

本发明的烘烤硬化值为30～50MPa。

本发明中：

C：C是影响烘烤硬化值及钢板成形性能的关键元素，在钢中的存在形式主要以间隙固溶和碳化物形式存在，而适量的固溶碳含量是成品获得良好烘烤硬化值的关键，本发明方法通过罩式退火热处理的固有特点来控制成品中的自由碳含量，即在罩式退火过程中，高温加热时间长会有部分的碳固溶；冷却速度慢，由于固溶碳原子的溶解度会随着温度的降低而降低，高温下的过饱和碳原子在冷却过程中会以固有的渗碳体为基体逐渐析出，当冷却到室温时，仍会保留部分固溶碳原子，为烘烤硬化提供了前提条件。

Si：Si是固溶强化元素，但是随着Si含量的提高会降低材料的延伸率和塑性应变比，每添加1%(质量百分比)含量的Si会提高铁素体的屈服强度约为80MPa，但其对塑性的影响要弱于Mn和P元素。

Mn：Mn与Si相同，是固溶强化元素，含量增加会降低延伸率和塑性应变比，一般每加入1%(质量百分比)含量的Mn会将铁素体的强度提高40MPa，通常情况下，对于Al镇静钢为了避免S产生的热裂纹，一般需要将Mn/S控制在20以上，本专利中将采用Ti来固定S，所以Mn不会额外添加。

P：P是一种有效的固溶强化元素，每添加1%(质量分数)的P会将基体的强度提高700MPa左右，本发明将通过P含量的调控来生产不同级别的烘烤硬化钢，但对P而言，只有以固溶的方式才会起到强化作用。

Al：炼钢中的脱氧元素，为了有效地脱氧通常将Als控制在200～500ppm。

Ti：Ti与N具有较强的亲和力，在钢液凝固后期及随后的冷却过程中形成TiN从而清除了钢中的N元素，同时在铸坯再热过程中不会溶解，同时Ti可以用来固定钢中的S(TiS)，从而避免铸坯热裂纹的产生，在室温下不存在自由态的N原子，钢中的Ti的加入量Ti=3.42N+1.5S+（0.005-0.010），为了有效地固定N和S原子，添加了过量Ti，范围为0.0050～0.010%。

N：N为有害杂质元素，在室温的铁素体中扩散速度快，很容易导致室温时效，为了使得最终产品具有良好的成形性能，本发明中N含量控制在30ppm以下，并采用Ti进行完全固定。

S：S为有害杂质元素，控制越低越好，本发明控制在0.015%以下。

B：B的加入会在铸坯的加热和板带轧制和冷却过程中优先占领晶界的位置，降低了界面能，从而避免P在退火过程中向晶界偏聚，使得P处于固溶状态，起到提高强度的作用，同时也可以避免P在晶界偏聚导致成品脆化。

本发明方法包括炼钢工序、连铸工序、热轧工序、冷轧工序、罩式退火、平整和重卷工序；采用上述质量百分含量的钢板成分；

所述罩式退火工序：热点温度650～700℃，冷点温度620～670℃，保温时间9～16小时。

本发明方法所述热轧工序：加热温度1150～1250℃，热轧终轧温度890～920℃，卷取温度680～720℃。

本发明方法所述冷轧工序：压下量控制在70～80%。

本发明方法所述平整和重卷工序：平整压下量为1.0～1.4%。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明采用Ti来固定N和S原子、Si和P固溶强化，从而实现超低碳烘烤硬化用钢，具有成本低廉、性能优良的特点。

本发明方法通过罩式退火方式，采用Ti来固定N和S原子、Si和P固溶强化，生产出成本低廉的超低碳烘烤硬化用钢，具有良好的抗时效和烘烤硬化性能。

本发明方法采用Ti来固定钢中的自由N原子，C原子则是依靠罩式退火加热时间长、冷却速度低的特点，在退火冷却过程中以近乎平衡方式形成碳化物，同时保留一定量的自由碳原子，以实现给定的烘烤硬化值。

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式

实施例1：超低碳烘烤硬化钢板的成分配比以及生产方法如下所述。

所述钢板的厚度为0.8mm，其化学成分（wt）：C 0.0070%，Si 0.30%，Mn 0.010 %，P 0.050%，S 0.012%，N 0.0025%，Als 200ppm，Ti 0.032%，B=9ppm，其余为铁和不可避免杂质。其中：Ti=3.42N+1.5S+0.00545。

所述钢板的生产步骤如下所述：

1）炼钢和连铸工序：转炉炼钢、RH炉外精炼，连续铸造成铸坯；

2）热轧工序：对铸坯进行加热，加热温度为1180℃；对铸坯进行轧制，轧成热扎板带，终轧温度为890℃，卷取温度为690℃；

3）冷轧工序：对热轧板带进行冷轧，轧成冷硬板，冷轧压下量为75%；

4）罩式退火工序：对冷硬板进行罩式退火，热点温度为680℃，冷点温度为630℃，保温时间为12小时；

5）平整和重卷工序：进行平整，平整延伸率为1.3%；重卷打包后即可得到所述的烘烤硬化钢板。

所得钢板垂直于轧制方向（即90度方向）的检测结果为：屈服强度R_p0.2为235MPa，抗拉强度Rm为413MPa、伸长率A₈₀mm为34％，塑性应变比r₉₀为1.65，加工硬化指数n₉₀为0.21，BH值为37 MPa，良好的抗室温时效性，6 个月未发生自然时效问题。

实施例2：超低碳烘烤硬化钢板的成分配比以及生产方法如下所述。

所述钢板的厚度为1.2mm，其化学成分（wt）：C 0.0060%，Si 0.15%，Mn 0.09 %，P 0.020%，S 0.008%，N 0.0030%，Als 450ppm，Ti 0.029%，B 14ppm，其余为铁和不可避免杂质。其中：Ti=3.42N+1.5S+0.00674。

所述钢板的生产步骤如下：

2）热轧工序：对铸坯进行加热，加热温度为1250℃；对铸坯进行轧制，轧成热扎板带，终轧温度为910℃，卷取温度为700℃；

3）冷轧工序：对热轧板带进行冷轧，轧成冷硬板，冷轧压下量为80%；

4）罩式退火工序：对冷硬板进行罩式退火，热点温度为700℃，冷点温度为650℃，保温时间为10小时；

5）平整和重卷工序：进行平整，平整延伸率为1.0%；重卷打包后即可得到所述的烘烤硬化钢板。

所得钢板垂直于轧制方向的检测结果为：屈服强度R_p0.2为183MPa，抗拉强度R_m为352MPa、伸长率A₈₀mm为38％，塑性应变比r₉₀为2.0，加工硬化指数n₉₀为0.22，BH值为33 MPa，良好的抗室温时效性，5个月未发生自然时效问题。

实施例3：超低碳烘烤硬化钢板的成分配比以及生产方法如下所述。

所述钢板的厚度为0.6mm，其化学成分（wt）：C 0.010%，Si 0.30%，Mn 0.06%，P 0.032%，S 0.009%，N 0.0026%，Als 290ppm，Ti 0.028%，B 15ppm，其余为铁和不可避免杂质。其中：Ti=3.42N+1.5S+0.00561。

所述钢板的生产步骤如下：

2）热轧工序：对铸坯进行加热，加热温度为1220℃；对铸坯进行轧制，轧成热扎板带，终轧温度为900℃，卷取温度为690℃；

3）冷轧工序：对热轧板带进行冷轧，轧成冷硬板，冷轧压下量为70%；

4）罩式退火工序：对冷硬板进行罩式退火，热点温度为690℃，冷点温度为640℃，保温时间为13小时；

5）平整和重卷工序：进行平整，平整延伸率为1.2%；重卷打包后即可得到所述的烘烤硬化钢板。

所得钢板垂直于轧制方向的检测结果为：屈服强度R_p0.2为199MPa，抗拉强度R_m为386MPa、伸长率A₈₀mm为35％，塑性应变比r₉₀为1.80，加工硬化指数n₉₀为0.21，BH值为42MPa，良好的抗室温时效性，5个月未发生自然时效问题。

实施例4：超低碳烘烤硬化钢板的成分配比以及生产方法如下所述。

所述钢板的厚度为1.0mm，其化学成分（wt）：C 0.0060%，Si 0.030%，Mn 0.15 %，P 0.020%，S 0.007%，N 0.0022%，Als 410ppm，Ti 0.024%，B 9ppm，其余为铁和不可避免杂质。其中：Ti=3.42N+1.5S+0.00598。

所述钢板的生产步骤如下：

2）热轧工序：对铸坯进行加热，加热温度为1150℃；对铸坯进行轧制，轧成热扎板带，终轧温度为890℃，卷取温度为720℃；

4）罩式退火工序：对冷硬板进行罩式退火，热点温度为650℃，冷点温度为620℃，保温时间为15小时；

5）平整和重卷工序：进行平整，平整延伸率为1.4%；重卷打包后即可得到所述的烘烤硬化钢板。

所得钢板垂直于轧制方向的检测结果为：屈服强度R_p0.2为194MPa，抗拉强度R_m为373MPa、伸长率A₈₀mm为37％，塑性应变比r₉₀为1.90，加工硬化指数n₉₀为0.22，BH值为32MPa，良好的抗室温时效性，6个月未发生自然时效问题。

实施例5：超低碳烘烤硬化钢板的成分配比以及生产方法如下所述。

所述钢板的厚度为1.0mm，其化学成分（wt）：C 0.0050%，Si 0.35%，Mn 0.08%，P 0.039%，S 0.012%，N 0.0020%，Als 500ppm，Ti 0.033%，B 7ppm，其余为铁和不可避免杂质。其中：Ti=3.42N+1.5S+0.00816。

所述钢板的生产步骤如下：

2）热轧工序：对铸坯进行加热，加热温度为1230℃；对铸坯进行轧制，轧成热扎板带，终轧温度为900℃，卷取温度为700℃；

4）罩式退火工序：对冷硬板进行罩式退火，热点温度为680℃，冷点温度为650℃，保温时间为16小时；

所得钢板垂直于轧制方向的检测结果为：屈服强度R_p0.2为212MPa，抗拉强度R_m为403MPa、伸长率A₈₀mm为35％，塑性应变比r₉₀为1.65，加工硬化指数n₉₀为0.21，BH值为36MPa，良好的抗室温时效性，5个月未发生自然时效问题。从所得钢板的应力应变曲线可知，烘烤后板带的屈服强度增加，即烘烤后硬化了42MPa，说明钢板具有良好的烘烤硬化性能。

实施例6：超低碳烘烤硬化钢板的成分配比以及生产方法如下所述。

所述钢板的厚度为1.4mm，其化学成分（wt）：C 0.0080%，Si 0.050%，Mn 0.12 %，P 0.040%，S 0.015%，N 0.0034%，Als 350ppm，Ti 0.0391%，B 12ppm，其余为铁和不可避免杂质。其中：Ti=3.42N+1.5S+0.005。

所述钢板的生产步骤如下：

2）热轧工序：对铸坯进行加热，加热温度为1200℃；对铸坯进行轧制，轧成热扎板带，终轧温度为920℃，卷取温度为710℃；

3）冷轧工序：对热轧板带进行冷轧，轧成冷硬板，冷轧压下量为72%；

4）罩式退火工序：对冷硬板进行罩式退火，热点温度为670℃，冷点温度为630℃，保温时间为9小时；

所得钢板垂直于轧制方向的检测结果为：屈服强度R_p0.2为186MPa，抗拉强度R_m为358MPa、伸长率A₈₀mm为36％，塑性应变比r₉₀为1.75，加工硬化指数n₉₀为0.21，BH值为36MPa，良好的抗室温时效性，5个月未发生自然时效问题。

实施例7：超低碳烘烤硬化钢板的成分配比以及生产方法如下所述。

所述钢板的厚度为1.2mm，其化学成分（wt）：C 0.0090%，Si 0.040%，Mn 0.12%，P 0.044%，S 0.006%，N 0.0050%，Als 380ppm，Ti 0.0361%，B 10ppm，其余为铁和不可避免杂质。其中：Ti=3.42N+1.5S+0.010。

所述钢板的生产步骤如下：

2）热轧工序：对铸坯进行加热，加热温度为1200℃；对铸坯进行轧制，轧成热扎板带，终轧温度为900℃，卷取温度为680℃；

3）冷轧工序：对热轧板带进行冷轧，轧成冷硬板，冷轧压下量为76%；

4）罩式退火工序：对冷硬板进行罩式退火，热点温度为695℃，冷点温度为670℃，保温时间为11小时；

所得钢板垂直于轧制方向的检测结果为：屈服强度R_p0.2为202MPa，抗拉强度R_m为388MPa、伸长率A₈₀mm为35％，塑性应变比r₉₀为1.95，加工硬化指数n₉₀为0.20，BH值为34MPa，良好的抗室温时效性，4个月未发生自然时效问题。

Claims

1.一种超低碳烘烤硬化钢板，其特征在于，其成分的质量百分含量为：C≤0.010%，Si≤0.50%，Mn≤0.15%，P≤0.050%，S≤0.015%，N≤50ppm，Als 200～500ppm，Ti=3.42N+1.5S+(0.005～0.010)，B 7～15ppm，其余为铁和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的超低碳烘烤硬化钢板，其特征在于，其成分的质量百分含量为：0.005%≤C≤0.010%，0.03%≤Si≤0.50%，0.06%≤Mn≤0.15%，0.020%≤P≤0.050%，S≤0.015%，N≤50ppm，Als 200～500ppm，Ti=3.42N+1.5S+(0.005～0.010)，B 7～15ppm，其余为铁和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1或2所述的超低碳烘烤硬化钢板，其特征在于：其烘烤硬化值为30～50MPa。

4.一种超低碳烘烤硬化钢板的生产方法，其特征在于：其包括炼钢工序、连铸工序、热轧工序、冷轧工序、罩式退火、平整和重卷工序；所述钢板成分的质量百分含量为：C≤0.010%，Si≤0.50%，Mn≤0.15%，P≤0.050%，S≤0.015%，N≤50ppm，Als 200～500ppm，Ti=3.42N+1.5S+(0.005-0.010)，B 7～15ppm，其余为铁和不可避免的杂质；

5.根据权利要求4所述的超低碳烘烤硬化钢板的生产方法，其特征在于，所述热轧工序：加热温度1150～1250℃，热轧终轧温度890～920℃，卷取温度680～720℃。

6.根据权利要求4所述的超低碳烘烤硬化钢板的生产方法，其特征在于，所述冷轧工序：压下量控制在70～80%。

7.根据权利要求4、5或6所述的超低碳烘烤硬化钢板的生产方法，其特征在于，所述平整和重卷工序：平整压下量为1.0～1.4%。