CN105088063A - 一种加工硬化高强钢及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种加工硬化高强钢及其制造方法，主要解决现有高强钢通常采用加昂贵的合金元素如铌、钒和钛等元素，通过细晶强化、析出强化、复相强化来提高基材的强度导致成本较高的技术问题。本发明技术方案：一种加工硬化高强钢，基板的化学成分（重量百分比）为：C：0.18～0.23%，Si：0.01-0.03%，Mn：0.85-1.0%，P≤0.015%，S≤0.010%，余量为Fe和不可避免的夹杂元素。本发明适用于建筑包装行业打包高强用钢带。

Description

一种加工硬化高强钢及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种加工硬化高强钢及其制造方法，通过不同成分钢种设计，寻找适合该成分的热轧工艺参数和退火均热温度，找到了一种加工硬化法生产高强钢的方法，适用于建筑包装行业打包高强用钢带。

背景技术

随着国内建筑、包装行业的发展，更多的产品的运输采用重量大并集中运输的物流方式，基于质量和成本的要求，对物品的包装要求越来越高，传统包装使用的塑料带、铝带和强度较低的钢带已不再适应行业发展要求，因此，需要更多高强度等级的钢带。钢带产品强度的提高方法较多，高强钢常规的思路是采用加昂贵的合金元素如铌、钒和钛等元素，通过细晶强化、析出强化、复相强化来提高基材的强度，这种方法的应用可有效提高材料的强韧性，并能保持较好塑性和良好的焊接性能，但是对于包装用途的钢带来说，在保证强度的同时，过高的韧性能够满足使用要求，但会带来成本增加。

因此，根据行业产品的使用特点需要，开发一种低成本的抗拉强度达到850MPa级高强钢，满足产品使用的高强度要求，又能通过控制材料组织的均匀性来保证一定的材料伸长率，满足折弯要求。

中国专利200510070159.1公开了有优异的点焊性和材料性质稳定性的高强度热浸镀锌钢板，它包括主要由铁素体和马氏体构成的复合结构。其化学成份：C：0.05～0.12％；Si：不超过0.05％；Mn：2.7～3.5％；Cr：0.2～0.5％；Mo：0.2～0.5％；Al：不超过0.10％：P：不超过0.03％；和S：不超过0.03％。钢板强度780-1180MPa，钢板具有优异的点焊性。

对比公开文献，提高强度的方法均采用合金强化和相变强化方式来实现，与本发明可比性不强。

发明内容

本发明的目的是开发一种低成本的抗拉强度达到850MPa级的加工硬化高强钢。主要解决现有高强钢通常采用加昂贵的合金元素如铌、钒和钛等元素，通过细晶强化、析出强化、复相强化来提高基材的强度导致成本较高的技术问题。

本发明采取的技术思路是采用一种较为经济的碳锰化学成分的钢，通过合理热轧工艺获得均匀的材料组织，通过轧制变形提高材料强度，再通过低温退火消除材料第一残余应力，保留材料加工硬化，从而达到材料高强度目的，保持材料一定的塑性和均匀的材料组织。

本发明的特点：1、本发明采用碳锰成份体系，与现有公开技术相比合金成本大幅降低，只需通过添加碳和锰就达到高强要求，体现低成本设计；2、材料组织调控方便，通过热轧工艺即可实现；3、采用低温热处理有利于退火炉节能，与现行工艺相比，通常降低200-250℃。

为达到上述目的，本发明一种加工硬化高强钢，基板的化学成分（重量百分比）为：C：0.18～0.23%，Si：0.01-0.03%，Mn：0.85-1.0%，P≤0.015%，S≤0.010%，余量为Fe和不可避免的夹杂元素。

本发明所述的一种加工硬化高强钢板的化学成分限定在上述范围内的理由如下：

[碳]：在钢中起到固溶强化铁素体基体的作用，同时在相变过程中也会以珠光体形式析出提高钢板强度,碳含量过低容易造成强度达不到要求，碳含量过高材料强度满足但材料塑性会下降。本发明根据产品实际需要强度等级和试验结果，C含量范围设定为0.18～0.23%；

[硅]：铁素体固溶强化元素，对冷轧产品来说，Si含量高时钢热轧表面时针出现红锈氧化铁皮，影响成品外观，本发明中的Si含量设定0.01-0.03%；

[锰]：重要固溶强化元素，为了达到所需高强钢的机械强度，添加适当Mn提高钢板强度。本发明根据产品等级和试验结果，Mn含量控制范围为Mn：0.85-1.0%；

[硫]：本发明中的S为杂质元素，根据实际炼钢生产能力，本发明要求S控制范围为S≤0.010%；

[磷]：本发明中的P为杂质元素，根据实际炼钢生产能力，本发明要求P含量控制为P≤0.015%。

一种加工硬化高强钢的制造方法：通过常规炼钢转炉熔炼，通过添加合金元素碳和锰得到符合要求化学成分的连铸坯，板坯经过加热后进行轧制得到热轧钢板，热轧板重新开卷经过酸洗后，在可逆轧制或5机架冷连轧机上进行冷轧，最后经退火炉进行退火得到高强冷轧带钢。

板坯加热温度：保证完全奥氏体化和热加工要求，加热温度在1100-1200℃。

终轧温度：由于钢中加入碳锰元素，造成材料相变点A3与常规产品相比大幅下降，经材料试验和计算，其相变点A3范围为804.2-820.8℃，比常规产品下降60℃（表1），通过对比试验可以看出当终轧温度较高时，材料中易出块状魏氏组织，造成最终材料伸长率不理想，其主要原因是温度高造成原始组织粗大，在相变过程中铁素体向晶内生产，因此，根据试验分析，为了达到材料均匀的目的，因此本发明设定精轧终轧温度为820℃～850℃。

表1为相变点与材料碳、锰含量关系

卷取温度：卷取温度对铁素体晶粒大小和珠光体析出有影响，为了获得细小的铁素体组织和细小珠光体析出，提高材料强度，设定的卷取温度为500℃～580℃。

酸轧压缩比：为了获得加工硬化的效果，通常变形程度越高，强度越高，结合轧机生产能力，压缩比设定在60%-72%，通过轧制形成变形铁素体组织来提高材料强度。

退火温度：通过退火过程消除残余应力，保留轧制所产生的硬化效果，提高材料塑性，通过对比试验分析，钢带在连续退火炉的均热段的退火温度范围为400～500℃，退火均热时间为150-180秒。

本发明有益效果：本发明钢是一种在经济碳锰钢的条件下实现高强钢的开发应用，是一种通过新工艺方法实现材料新功能的方法。材料力学性能范围是屈服强度700-900MPa，抗拉强度850-1100MPa，材料伸长率2-8%。显微组织为变形铁素体组织+珠光体，最终成品规格为0.6-1.2mm，适用于建筑包装用高强钢用途，产品折弯性能良好。

附图说明

图1为本发明实施例6的金相组织照片。

图2为本发明实施例7的金相组织照片。

图3为本发明比较例5的金相组织照片。

具体实施方式

下面结合实施例1—10和比较例1-7对本发明作进一步说明，如表2、表3、表4所示：

通过常规炼钢转炉熔炼，通过添加合金元素碳和锰得到符合要求化学成分的连铸坯，板坯经过加热后进行轧制，终轧温度为820-850℃，卷取温度为500-580℃，轧制得到热轧钢板，热轧板重新开卷经过酸洗后，在可逆轧制或5机架冷连轧机上进行冷轧，冷轧的压下率为60%～72%，最后经退火炉进行退火，均热温度400-500℃，均热时间150-180秒，得到高强冷轧带钢。实施例1-10和比较例1-7为选定不同碳锰含量钢带、热轧终轧温度和均热温度进行对比试验分析材料力学性能和组织均匀性。

组织均匀性根据下列标准进行判定，将○和△代表合格，×代表不合格；

○：组织均匀，块状组织含量小于10%，

△：组织尚均匀，块状组织含量11-20%，

×：组织不均匀，块状组织含量大于20%。

为了达到高强钢的目的，本发明采取添加碳锰元素进行铁素体基体强化，实施例1-3和比较例1-2对比添加不同的碳含量对材料性能的影响，材料屈服强度和抗拉强度得到提高，屈服强度从738MPa提高到838MPa，抗拉强度从769MPa提高到1095MPa，材料伸长率和组织均匀性均满足要求。

实施例4-5和比较例3-4对比添加不同锰含量对材料性能的影响，材料屈服强度从733MPa提高到772MPa，抗拉强度从832MPa提高到912MPa，材料伸长率和组织均匀性均满足要求。

实施例6-7和比较例5对比在不同终轧温度条件下对材料性能的影响，材料屈服强度和抗拉强度均满足要求，终轧温度875度材料伸长率为1%和组织中含有较多的块状组织，不满足要求，不同温度材料组织如图1-3。

实施例8-10和比较例6-7对比在不同均热温度条件下对材料性能的影响，均热温度为355℃时材料屈服强度和抗拉强度均满足要求，伸长率只有1%，均热温度为556℃材料抗拉强度下降到792MPa，组织均匀性均较好。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

表2：本发明实施例和比较例化学成分的重量百分含量，余量Fe和不可避免的夹杂元素，

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表3：本发明实施例和比较例工艺参数试验结果

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表4：本发明实施例和比较例性能试验结果

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Claims (3)

1.一种加工硬化高强钢，其特征在于，基板的化学成分重量百分比为：C：0.18～0.23%，Si：0.01-0.03%，Mn：0.85-1.0%，P≤0.015%，S≤0.010%，余量为Fe和不可避免的夹杂元素。

2.一种制造权利要求1所述加工硬化高强钢的方法，其特征为：连铸板坯在连续或半连续热连轧机架上进行轧制，粗轧后进行精轧轧制，精轧为7道次连轧，精轧后，钢板成品厚度为2.0～3.0mm厚度，终轧温度为820℃-850℃，轧制后快速冷却，卷取温度为500℃～580℃；热轧板重新开卷经过酸洗后，在可逆轧制或5机架冷连轧机上进行冷轧，冷轧的压下率为60%～72%，最后经退火炉进行退火，均热温度400-500℃，均热时间150-180秒，得到最终产品。

3.根据权利要求1所述的一种加工硬化高强钢，其特征在于：所述加工硬化高强钢厚度为0.6～1.2mm，屈服强度R_P0.2700-900MPa，抗拉强度Rm850-1100MPa，伸长率2-8%。