CN105220065B - 一种高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板，其微观组织为铁素体+马氏体+贝氏体，该高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板的化学元素质量百分含量为：C：0.02～0.08％；Mn：1.0～2.0％；Al：0.025～0.060％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。本发明还公开了一种高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板的制造方法，其依次包括步骤：(1)冶炼并铸造成板坯；(2)加热；(3)轧制；(4)分段冷却；(5)卷取；(6)空冷至室温。本发明所述的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板的强度高，屈强比低，扩孔率好，成形性良好且冷加工性能优良。

Description

一种高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种钢板及其制造方法，尤其涉及一种高强度钢板及其制造方法。

背景技术

近年来，由于人类对于环境保护意识的日益增强，降低汽油耗及减少CO₂的排放已经成为了一个全球共同的呼声。为了达到这一目标，现有技术中采取了诸多措施，其中，车辆减重是有效降低汽车能耗和CO₂排放量的手段。与此同时，在车辆减重的情况下，还要保证汽车的安全性能。为了顺应这一全球性的趋势以及对汽车安全性能的重视，对于各种强度级别高且加工性能良好的新型钢铁材料的需求应运而生。

热轧钢板主要应用于轿车底盘、车轮、悬挂及其周围部件，其重量约占车体总重的25％以上。由于钢板强度的提高，由钢板制成的零部件及其设备也面临压力的提升，因此，企业希望能够获得一种屈服强度低而抗拉强度高的材料，从而解决现实生产中矛盾所在。与此同时，用于这些设备上的诸多零部件具有比较复杂的外观形状，故而，还要求钢板具有良好的冲压成形性。与此同时，较高的扩孔(翻边)性能也是这些钢板的一个非常重要的指标性能。

现有技术中的双相钢的微观组织通常为铁素体+马氏体，它具有屈强比低、无屈服平台、加工硬化率高、烘烤硬化高、疲劳寿命长且焊接性能好等诸多优异性能。然而，现有技术中的双相钢的低扩孔率成为了其致命的缺点。为了满足钢板在轿车底盘和轿车车轮上的使用条件，一般采取两种措施，一种是使用强度降低的钢板(≤300MPa)，以获得较高的扩孔性能；另一种则是在零件设计中减少翻边量，以降低对钢板扩孔性能的要求。

公开号为TWI300443B的台湾专利文献公开了一种热轧钢板及其制造方法。该热轧钢板中的各化学元素(wt.％)为：C：0.01-0.08％，Si＜0.9％，Mn：0.5-1.6％，A1≤1.2％，Cr：0.3-1.2％。该热轧钢板的制造方法分两个阶段冷却，在第一冷却阶段先以2-15℃/s的冷却速度冷却至730℃，冷却时间为8-40s，在第二冷却阶段再以20-150℃/s的冷却速度冷却到300℃以下。该台湾专利文献所公开的热轧钢板获得的微观组织为70-90％铁素体+30-10％马氏体。

此外，公开号为DE000010327383A，公开日为2005年2月10日，名称为“一种热轧双相钢板的制造方法”的德国专利文献公开了一种钢板及其制造方法。该钢板的各化学元素(wt.％)为：C：0.01-0.08％，Si≤0.9％，Mn：0.5-1.9％，Al≤1.2％，Cr：0.3-1.2％，其余为Fe和不可避免的杂质。该钢板的制造方法包括：在A3-50℃～A3-100℃的温度下开始终轧，随后以30-150℃/s冷却速度冷却到铁素体区域，冷却时间5秒，再以30-150℃/s的冷却速度冷却至300℃。该德国专利文献所公开的热轧双相钢板的微观组织为马氏体+铁素体，且其未对扩孔率和屈强比提出性能要求。

随着汽车用钢强度的不断提高，并且汽车零件的设计很难过于简单，鉴于此，企业迫切需要一种钢材料，既具有较低的屈强比、较高的加工硬化率，又具有较高的扩孔率，以满足汽车零部件的成形要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板。该钢板的强度较高，且兼具有较高的扩孔率和较低的屈强比。另外，本发明所述的钢板冷加工性能良好，成形性能优良且焊接性能佳。此外，本发明所述的钢板能够满足复杂零部件的成形加工要求。

为了实现上述目的，本发明提出了一种高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板，其微观组织为铁素体+马氏体+贝氏体，该高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板的化学元素质量百分含量为：

C：0.02～0.08％；

Mn：1.0～2.0％；

Al：0.025～0.060％；

余量为Fe和其他不可避免的杂质。

本发明所述的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板中的各化学元素的设计原理为：

碳：C用于形成足够的碳化物以在钢板中形成强化相，从而保证钢的强度级别。然而，C含量太低，钢板的强度达不到要求，C含量太高，又会对钢板的焊接性能和成形性能均产生不利影响。为此，在本发明所述的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板中的C含量需要控制为0.02～0.08％。

锰：Mn是固溶强化元素，以用来提高钢板的强度。若Mn含量低于1.0％，钢板的强度不足。一旦Mn含量过高的话，则会使得钢板的塑性降低。因此，基于本发明的技术方案，将钢板中的Mn含量设定在1.0～2.0％范围之间。

铝：Al是钢中的脱氧元素，可以有效地减少钢中的氧化物夹杂，以起到纯净钢质的作用，从而有利于提高钢板的成形性能。鉴于此，本发明所述的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板中的Al应当设计为0.025～0.060％。

不同于现有技术中的双相钢的微观组织为铁素体+马氏体，本发明所述的钢板的微观组织为铁素体+马氏体+贝氏体。由于马氏体具有很高的强度，它与铁素体之间巨大的强度差别，导致双相钢的各项性能特性中，扩孔率低的缺点始终是其软肋，严重影响双相钢的应用。贝氏体与铁素体以及贝氏体与马氏体之间具有较好的强韧性配合，由于它们两者之间的强度差明显比马氏体与铁素体的强度差要低很多，使得铁素体+马氏体+贝氏体的扩孔率较之铁素体+马氏体双相钢有大幅度的改善。

进一步地，本发明所述的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板中的马氏体的相比例为15-20％。

更进一步地，本发明所述的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板中的贝氏体的相比例为3-10％。

进一步地，在本发明所述的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板的全部铁素体相中，长宽比为1.0-1.2的铁素体的比例不低于80％，以保证钢板具有较高的扩孔率。

发明人发现，当微观组织的全部铁素体相中的长宽比为1.0-1.2的铁素体的比例≥80％时，钢板的扩孔率可以达到60％以上。

进一步地，本发明所述的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板还含有0＜Si≤1.6％、0＜Ti≤0.03％、0＜B≤0.0005％、0＜Ca≤0.0050％的至少其中之一。

硅：Si在钢中可以起到固溶强化作用，以提高钢板的强度。另外，Si的存在可以加速奥氏体向铁素体的转变，使得奥氏体向铁素体的转变速度加快。此外，Si还可以阻止C化物的析出，以避免珠光体相的出现。但是，过高的Si含量容易使得钢板表面出现红铁皮等表面缺陷。鉴于此，本发明所述的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板中的Si元素的含量需要控制为：0＜Si≤1.6％。

钛：Ti是有效细化晶粒并提高钢板的强度和韧性的元素。它可以以碳化物和碳氮化物的形式存在于钢中。基于本发明的技术方案，将Ti含量控制为：0＜Ti≤0.03％。

硼：B是晶界强化元素，其可以有效地提高铁素体基体的强度，进而改善高钢板的扩孔性能。基于本发明的技术方案，可以向钢板中添加B，但是B含量不能超过0.0005％。

钙：Ca可以改变钢中硫化物的形态，以提高钢板的塑性和韧性，从而有助于提高钢板的扩孔率。为此，本发明所述的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板中的Ca含量设定为：0＜Ca≤0.0050％。

进一步地，本发明所述的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板的其他不可避免的杂质中的P≤0.035％、S≤0.001％、N≤0.0060％。

磷：P是钢中的杂质元素，其含量应当被控制得越低越好。为此，本发明的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板中的P含量≤0.035％。

硫：S也是钢中的杂质元素。通常要求钢中的S含量保持在0.01％以下。然而，为了保证热轧高强度钢板具备较高的扩孔率，基于本发明的技术方案，要求将S含量控制在0.001％以下。

进一步地，本发明所述的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板的扩孔率≥60％，屈强比≤0.6，强度≥590MPa。

本发明的另一目的在于提供一种高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板的制造方法。通过该制造方法可以获得强度高，屈强比低且扩孔率好的钢板。另外，由该制造方法获得钢板具备良好的成形性能和优良的冷加工性能。此外，该制造方法不采用热处理工艺，热能消耗少，生产成本低。

为了实现上述发明目的，本发明提出了一种高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板的制造方法，其依次包括步骤：(1)冶炼并铸造成板坯；(2)加热；(3)轧制；(4)分段冷却：钢板以50～150℃/s的冷却速度冷却到600～700℃，随后以1～5℃/s的冷却速度在空气中冷却2～10s，随后再以100℃/s以上的冷却速度冷却至50～300℃；(5)卷取；(6)空冷至室温。

从上述工艺步骤可以看出，本发明所述的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板的制造方法的特点在于生产过程中不需要经过热处理工艺就可以获得成品。

另外，本技术方案采用了分段式冷却工艺：终轧后的钢板以50～150℃/s以上冷却速度冷却到600～700℃，之后以1～5℃/s的冷却速度在空气中冷却2～10s，使得部分奥氏体在此温度范围转变成铁素体，随后再以100℃/s以上的冷却速度冷却到50～300℃，使得钢材料穿过贝氏体区进入马氏体区，最终在钢板内形成所需的微观组织，即令钢板的微观组织为铁素体+马氏体+贝氏体。

更进一步地，在上述步骤(2)中，加热温度为1150～1250℃。

在上述步骤(2)中，如果加热温度低于1150℃，那么在钢板中的微合金元素溶解不充分，不能充分地利用添加元素的微合金作用，导致钢板的强度大大地降低；如果加热温度高于1250℃，那么钢板中的晶粒容易粗化，由此不利于提高钢板的韧性。

更进一步地，在上述步骤(3)中，板坯在奥氏体区进行轧制，轧制变形量控制为80～95％，终轧温度控制为830～900℃。

板坯在奥氏体再晶界区进行粗轧，通过轧制变形后的再结晶来细化奥氏体晶粒，控制钢板的轧制变形量在80～95％范围之间，终轧温度则控制在奥氏体未再结晶区830～900℃的范围之间。通过在奥氏体低温区的轧制变形量的控制，使得奥氏体晶粒内形成变形带并因应变诱发微合金元素的碳氮化物沉淀，从而细化奥氏体的相变产物，进而提高钢板的韧性。

需要说明的是，若上述步骤(5)中的卷取温度高于300℃(也就是说，钢板要被冷却到300℃以下)，那么钢板微观组织中容易出现大量的贝氏体，从而会使得本发明的钢板的强度大幅度地降低。

本发明所述的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板采用了合理经济的成分设计，即避免采用较为昂贵的Nb、Mo、Cr等合金元素进行添加，合金成本低。同时，在生产过程中，不采用热处理工艺，而是在轧制步骤后通过分段式冷却工艺以在钢板内形成所需的微观组织，从而提高钢板的强度和韧性，改善钢板的扩孔率。

本发明所述的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板具有较高的扩孔率和较低的屈强比，其扩孔率≥60％，屈强比≤0.6。同时，该钢板具有较高的强度，其强度≥590MPa。

另外，本发明所述的钢板冷加工性能良好，成形性能优良且焊接性能佳。

此外，本发明所述的钢板能够满足复杂零部件的加工成形要求。

通过本发明所述的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板的制造方法可以获得强度高、屈强比低、扩孔率好且冷加工成形性能佳的钢板。

附图说明

图1为实施例B-1的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板的微观组织图。

具体实施方式

下面将结合附图说明和具体的实施例对本发明所述的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

实施例A-E

通过本发明的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板的制造方法来获得上述实施例，其依次包括步骤：

1)冶炼并铸造成板坯：在冶炼过程中，控制钢板中的各化学元素质量百分含量如表1所示；

2)加热：加热温度为1150～1250℃；

3)轧制：板坯在奥氏体区进行轧制，将轧制变形量控制为80～95％，终轧温度控制为830～900℃；

4)分段冷却：分段冷却的具体步骤为：钢板以50～150℃/s的冷却速度冷却到600～700℃，随后以1～5℃/s的冷却速度在空气中冷却2～10s，随后再以100℃/s以上的冷却速度冷却至50～300℃；

5)卷取；

6)空冷至室温。

表1列出了实施例A-E中的各化学元素的质量百分含量。

表1.(wt％，余量为Fe和其他不可避免的杂质元素)

表2列出了实施例A-E的钢板的制造方法的具体工艺参数。

表2.

需要说明的是，在表2和表3中，A-1和A-2表示这两个实施例均采用表1所列的实施例A中的成分配比，同样，B-1和B-2表示其均采用表1所列的实施例B的成分配比，C-1和C-2表示其均采用表1中所列的实施例C的成分配比。将实施例A-E的钢板取样，按照GB6397-86标准对于样品进行力学性能测试，其中，拉伸试样标距均为50mm，并按照JFST1001-1996标准对于样品进行扩孔性能测试，将经过测试后所获得的结果列于表3中。

表3列出了实施例A-E的力学性能和扩孔性能参数。

表3.

*注：1)I为钢板中的马氏体相比例(单位：％)；2)II为钢板中的贝氏体相比例(单位：％)；3)III为在全部铁素体相中的长宽比为1.0-1.2的铁素体的比例(单位：％)。

由表3可知，本案实施例A-E的钢板的抗拉强度≥595MPa，扩孔率≥62％，屈强比≤0.6。由此可见，本发明所述的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板适合用于各种零部件的复杂加工，尤其适合用来加工外观形状较为复杂的汽车底盘和车轮部件。

图1显示了实施例B-1的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板的微观组织。

从图1中可以看出，实施例B-1的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板的微观组织为铁素体+马氏体+贝氏体。经过检测，其中马氏体的相比例为15％，贝氏体的相比例为5％，其余为铁素体。此外，还可以从图1中看出，在全部铁素体相中，长宽比为1.0-1.2的铁素体的比例≥80％。

需要注意的是，以上列举的仅为本发明的具体实施例，显然本发明不限于以上实施例，随之有着许多的类似变化。本领域的技术人员如果从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板，其特征在于，其微观组织为铁素体+马氏体+贝氏体，其中在全部铁素体相中，长宽比为1.0-1.2的铁素体的比例不低于80％；该高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板的化学元素质量百分含量为：

C：0.02～0.08％；

Mn：1.0～2.0％；

Al：0.025～0.060％；

余量为Fe和其他不可避免的杂质。

2.如权利要求1所述的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板，其特征在于，马氏体的相比例为15-20％。

3.如权利要求2所述的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板，其特征在于，贝氏体的相比例为3-10％。

4.如权利要求1所述的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板，其特征在于，其还含有0＜Si≤1.6％、0＜Ti≤0.03％、0＜B≤0.0005％、0＜Ca≤0.0050％的至少其中之一。

5.如权利要求1所述的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板，其特征在于，其他不可避免的杂质中的P≤0.035％、S≤0.001％、N≤0.0060％。

6.如权利要求1所述的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板，其特征在于，其扩孔率≥60％，屈强比≤0.6，强度≥590MPa。

7.如权利要求1-6中任意一项所述的高扩孔率低屈强比热轧高强度钢板的制造方法，其依次包括步骤：(1)冶炼并铸造成板坯；(2)加热；(3)轧制；(4)分段冷却：钢板以50～150℃/s的冷却速度冷却到600～700℃，随后以1～5℃/s的冷却速度在空气中冷却2～10s，随后再以100℃/s以上的冷却速度冷却至50～300℃；(5)卷取；(6)空冷至室温。

8.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，加热温度为1150～1250℃。

9.如权利要求7所述的制造方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，板坯在奥氏体区进行轧制，轧制变形量控制为80～95％，终轧温度控制为830～900℃。