CN105861929B - 一种440MPa级冷轧高强IF钢及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种440MPa级冷轧高强IF钢，化学组分及重量百分比为：0.0015～0.0035% C；0.40～0.50% Si；0.75～0.95% Mn；0.08～0.10% P；0.02～0.03% Nb；0.018～0.035% Ti；生产方法为：高炉铁水经铁水脱硫后，在转炉吹炼获得终点磷0.040～0.080wt%的高磷钢水，浇铸铸坯；热轧板坯出炉温度按厚度规格划分，保温时间≥180min，精轧后后段冷却，卷取温度700～725℃；冷轧压下率60‑75%，连退均热温度810‑830℃，缓冷温度640‑660℃，时效温度350～380℃。本发明钢种生产成本低，组织均匀，成形性能良好。

Description

一种440MPa级冷轧高强IF钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及一种IF钢及其生产方法，尤其涉及一种成形性能良好的440MPa级冷轧高强IF钢及其生产方法。
背景技术
随着汽车工业的发展，节能减排及汽车的安全性能备受关注，在此背景下，国内外钢铁企业开始研发兼具高强度和优良成形性能的高强IF钢，其中强度级别在440MPa以上、塑性应变比（r值）大于1.8的高强IF钢市场需求量大，成为企业在高强IF钢领域推进结构调整的重要方向。
一般而言，随着高强IF 钢强度的提高，基体的塑性下降；尤其是对440MPa级高强IF钢来说，其r值较低，成形性能相对较差。因此，如何设计高强度兼具良好成形性能的440MPa级高强IF钢成为行业关注的焦点。公开号为102409225，申请日为2010年9月21日的中国专利“一种高强度超细晶冷轧IF钢及其生产方法”公开了一种抗拉强度≥390MPa、r值1.6~1.75的高强度超细晶冷轧IF 钢及其生产方法，成分采用较高的碳（0.006~0.01wt%C）和铌（0.1~0.15wt%Nb），同时添加一定的锰、磷等元素获得超细晶组织；公开号为101348884，申请日为2008年9月11日的中国专利公开了一种440MPA含铌高强IF钢及其制备方法，该专利通过Nb、Cr、Ti等元素的复合微合金化来获得高强度，基体成分方面添加了0.005~0.007%wtC、P＜0.08wt%、0.05~0.11%wtNb、0.2~0.5%wtCr，延伸率27.5~31.0%，r值1.40~1.70；公开号103451531，申请日为2013年9月3日的专利公开了一种440MPa含铌析出强化型冷轧IF钢及其生产方法，采用高Mn、低P、高Nb来优化产品强度和成形性能，成分中含0.005~0.008wt%C、1.5~2.0wt%Mn、P＜0.04wt%、0.08~0.12wt%Nb；延伸率33~36%，r值≥1.7。上述三项专利为了获得良好的综合力学性能，采用低磷、高锰、较高含量的碳并结合Nb、Ti、Cr等多元素微合金化的方式进行成分设计，虽然能够在一定程度上改善产品强度、塑性匹配，但合金元素的大量添加导致生产成本高，工业批量生产的经济性较差。另外，针对高强IF钢含磷较高的特点，人们从冶炼工艺入手研究了钢中磷含量的控制，公开号104726645，申请日为2015年4月10日的专利公布了一种中高磷半钢脱磷方法，采用留渣及二次吹炼的方法，将高磷半钢中的磷含量从0.25~0.80wt%降低至钢种要求范围内，提高高磷铁矿的利用效率，但该方法仅适用于提钒后磷含量在0.25~0.80wt%的半钢冶炼；公开号104178682，申请日为2014年8日12的专利公开了一种利用脱磷转炉、脱碳转炉、RH 炉工艺制备含磷、硅、锰IF钢的方法，该方法不适合在装备常规复吹转炉的钢厂进行推广和普及，在适用性方面还存在一定的局限性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种成形性能良好、成本低廉的440MPa级冷轧高强IF钢及其制备方法，在合理调整Ti、Mn、Nb等元素含量的基础上，充分考虑C、P元素对基体的强化作用，通过对相应的冶炼、浇铸、轧制和连续退火工艺的优化改进，使产品的抗拉强度在447.3~479.7MPa，r值在1.8~2.0，延伸率在33.0~41.0%。
本发明通过以下技术方案实现：
一种440MPa级冷轧高强IF钢，其化学组分及组分重量百分比为：C：0.0015～0.0035%；Si：0.40～0.50%；Mn：0.75～0.95%；P：0.08～0.10%；Nb：0.02～0.03%；S≤0.012%；Ti：0.018～0.035%，Als：0.017～0.050%；N≤0.004%；B：0.0002%～0.0007%；其余为Fe和不可避免的杂质。
上述的一种440MPa级冷轧高强IF钢，其抗拉强度447.3~479.7MPa，应力应变指数r值1.8~2.0，应变硬化比n值≥0.20，延伸率33.0~41.0%，屈强比0.55~0.68。
一种440MPa级冷轧高强IF钢的制备方法，包括炼钢、热轧和冷轧工序。其改进之处为：热轧基板化学组分及组分重量百分比为：C：0.0015～0.0035%；Si：0.40～0.50%；Mn：0.75～0.95%；P：0.08～0.10%；Nb：0.02～0.03%；S≤0.012%；Ti：0.018～0.035%，Als：0.017～0.050%；N≤0.004%；B：0.0002%～0.0007%；其余为Fe和不可避免的杂质。
上述的一种440MPa级冷轧高强IF钢的生产方法，其改进之处为：所述炼钢工序，高炉铁水经铁水脱硫预处理后，获得磷含量为0.12~0.19wt%的低硫铁水，装入顶底复吹转炉吹炼，获得终点磷为0.040%~0.080wt%的高磷钢水，经RH处理得到成分温度合适的精炼钢水，并浇铸成板坯；所述热轧工序中出炉温度按厚度规格划分，厚度≤3.5mm的带钢出炉温度1220~1250℃，厚度＞3.5mm的带钢出炉温度1200~1220℃；终轧温度890~930℃，精轧后采用后段冷却；卷取温度700~725℃；所述冷轧工序中，冷轧压下率60~75%，冷轧后进行连续退火，连续退火工序中，均热温度810~830℃，缓冷温度640~660℃，时效温度350~380℃。
上述的一种成形性能良好的440MPa级冷轧高强IF钢的生产方法，所述炼钢工序中，将高炉铁水经喷粉脱硫、扒渣后，获得磷含量为0.12~0.19wt%的低硫铁水；将低硫铁水装入顶底复吹转炉，加入造渣料并吹炼，吹炼供氧量88%时钢水温度1630~1670℃，钢水碳含量0.20~0.30wt%，吹炼终点炉渣（MgO）含量8~10wt%，炉渣碱度2.5~2.8，终点磷0.040~0.080wt%，获得高磷钢水；所述热轧工序中，板坯出炉温度按厚度规格划分，厚度≤3.5mm的带钢出炉温度1220~1250℃，厚度＞3.5mm的带钢出炉温度1200~1220℃，保温时间≥180min；炉内温度采取尾部补偿；粗轧除鳞水压力195~210bar，保证除鳞效果；终轧温度890~930℃，精轧后带钢采取后段冷却模式，上下水比1:1.2；卷取温度700~725℃；所述冷轧工序中，带钢压下率60~75%；冷轧后进行连续退火，均热温度810~830℃，缓冷温度640~660℃，时效温度350~380℃；退火完成后，根据厚度不同施加0.4~0.6%的平整延伸率。
本发明冷轧高强IF钢成分选择理论分析：
C是带钢最主要的强化元素，C元素的精确控制可以有效调节基体的强度性能，但是C含量的增加会损害材料的冲压成形性能，经过大量试验，本发明选择C元素范围0.0015~0.0035wt%。固溶元素P可以有效提高高强IF钢的强度，但过高的P含量（P的重量百分比≥0.07%）会导致带钢二次加工脆化问题，因此添加了微量B元素减少P元素的晶界偏聚程度；Mn对产品最终性能有直接影响，但Mn能与基体中S结合形成MnS，其含量偏高会使产品成形性能下降；Si元素对强度的提升仅次于P，每添加0.1%的Si能够提高10MPa的强度，但含量过高会影响产品的韧性；适当降低C元素含量、提高Si元素含量，合理选择Mn、P范围，在不损失塑性的条件下提高冷轧高强IF钢的强度性能是本发明的成分设计路线。综合考虑下，本发明选择C、P、Mn、Si的重量百分配比为：C：0.0015~0.0035%；P:0.08~0.10%； Mn:0.75~0.95%；Si：0.40~0.50%。
炼钢、热轧及冷轧工序设计原理为：
采用铁水脱硫预处理，将高炉铁水中多余的硫含量脱除，获得低硫、高磷铁水；顶底复吹转炉吹炼，利用吹炼前期快速提高钢水温度，降低转炉脱磷率，将铁水中的部分磷元素保留在钢水中，同时采用合适的碱度控制渣中磷、硫的稳定性，获得高磷钢水；RH真空精炼用于实现脱碳、合金调整及温度调整，获得碳、硅、锰等成分满足要求的合格钢水。
控制铸坯炉内保温时间，采取尾部温度补偿可以获得均匀的温度场分布，并促进C、Mn、Nb等元素在奥氏体中的完全固溶；轧后带钢前段冷却，抑制先期析出NbC的长大，提高C原子在基体中的过饱和度；适当提高卷取温度一方面可调整晶粒尺寸，另一方面确保基体中NbC充分析出长大，促进晶界PFZ区域形成，避免基体屈服强度偏高；在随后的冷轧过程中，高压缩比和高退火温度有利于r值的提升；连续退火工序中，缓冷段至快冷段温差保持在200~250℃、时效温度350~380℃对减少冷轧高强IF钢时效性具有决定性作用。
本发明有益效果为：
与同类产品相比，该发明涉及钢种系统考虑C、P对性能的影响，降低了Mn、Nb、Ti元素含量，冶炼过程采用脱硫后的高磷铁水为原料，节省磷铁合金，降低了生产成本；通过合理成分设计与过程工艺优化相结合，成功实现了兼具高强度和良好成形性能的440MPa级冷轧高强IF钢的批量生产，用该方法生产的高强IF钢综合性能良好、基体组织均匀，抗拉强度447.3~479.7MPa，应力应变指数r值达1.8~2.0，应变硬化比n值≥0.20，延伸率33.0~41.0%，屈强比0.55~0.68，特别适合汽车制造行业对这类产品的使用需求。
附图说明
图1为本发明440MPa级冷轧高强IF钢带钢典型金相组织图200×；
图2为本发明440MPa级冷轧高强IF钢带钢典型金相组织图500×。
具体实施方式
本发明一种440MPa级冷轧高强IF钢，其化学组分及组分重量百分比为：C：0.0015～0.0035%；Si：0.40～0.50%；Mn：0.75～0.95%；P：0.08～0.10%；Nb：0.02～0.03%；S≤0.012%；Ti：0.018～0.035%，Als：0.017～0.050%；N≤0.004%；B：0.0002%～0.0007%；其余为Fe和不可避免的杂质。
C是带钢最主要的强化元素，C元素的精确控制可以有效调节基体的强度性能，但是C含量的增加会损害材料的冲压成形性能，经过大量试验，本发明选择C元素范围0.0015~0.0035%。固溶元素P可以有效提高高强IF钢的强度，但过高的P含量（P的重量百分比≥0.07%）会导致带钢二次加工脆化问题，因此添加了微量B元素减少P元素的晶界偏聚程度；Mn对产品最终性能有直接影响，但Mn能与基体中S结合形成MnS，其含量偏高会使产品成形性能下降；Si元素对强度的提升仅次于P，每添加0.1%的Si能够提高10MPa的强度，但含量过高会影响产品的韧性。适当降低C元素含量、提高Si元素含量，合理选择Mn、P范围，在不损失塑性的条件下提高冷轧高强IF钢的强度性能是本发明的成分设计路线。综合考虑下，本发明选择C、P、Mn、Si的重量百分配比为：C：0.0015~0.0035%；P:0.08~0.10%； Mn:0.75~0.95%；Si：0.40~0.50%。
本发明一种440MPa级冷轧高强IF钢的生产方法，其热轧基板化学组分及组分重量百分比分别为：C：0.0015～0.0035%；Si：0.40～0.50%；Mn：0.75～0.95%；P：0.08～0.10%；Nb：0.02～0.03%；S≤0.012%；Ti：0.018～0.035%，Als：0.017～0.050%；N≤0.004%；B：0.0002%～0.0007%；其余为Fe和不可避免的杂质。生产工序包括高炉铁水冶炼-铁水脱硫预处理-转炉冶炼-RH真空处理-板坯连铸浇铸-热轧轧制-冷轧轧制-连续退火-平整。
炼钢工序中：采用高炉铁水，经铁水脱硫、扒渣，获得磷含量0.12~0.19%的低硫铁水；所述转炉冶炼，将低硫铁水装入顶底复吹转炉，加入造渣料并吹炼，吹炼供氧量88%时钢水温度：1630~1670℃，钢水碳含量：0.20~0.30%；吹炼终点炉渣（MgO）含量：8~10%，炉渣碱度2.5~2.8，终点磷：0.040%~0.080%，获得高磷钢水；所述转炉高磷钢水经RH处理得到成分温度合适的精炼钢水，并浇铸成板坯。热轧工序中：板坯出炉温度按厚度规格划分，厚度≤3.5mm的带钢出炉温度1220~1250℃，厚度＞3.5mm的带钢出炉温度1200~1220℃，保温时间≥180min,炉内温度采取尾部补偿；粗轧除鳞水压力195~210bar，保证除鳞效果；终轧温度890~930℃，精轧后带钢采取后段冷却模式，上下水比1:1.2；卷取温度700~725℃。冷轧工序中：带钢压下率60~75%；连续退火阶段，均热温度810~830℃，缓冷温度640~660℃，时效温度350~380℃；退火完成后，根据厚度规格不同施加0.4~0.6%的平整延伸率。
炼钢、热轧及冷轧工序设计原理为：
采用铁水脱硫预处理，将高炉铁水中多余的硫含量脱除，获得低硫、高磷铁水；顶底复吹转炉吹炼，利用吹炼前期快速提高钢水温度，降低转炉脱磷率，将铁水中的部分磷元素保留在钢水中，同时采用合适的碱度控制渣中磷、硫的稳定性，获得高磷钢水；RH真空精炼用于实现脱碳、合金调整及温度调整，获得碳、硅、锰等成分满足要求的合格钢水；连铸用于浇铸尺寸及质量合格的板坯。
控制铸坯炉内保温时间，采取尾部温度补偿可以获得均匀的温度场分布，并促进C、Mn、Nb等元素在奥氏体中的完全固溶；轧后带钢前段冷却，抑制先期析出NbC的长大，提高C原子在基体中的过饱和度；适当提高卷取温度一方面可调整晶粒尺寸，另一方面确保基体中NbC充分析出长大，促进晶界PFZ区域形成，避免基体屈服强度偏高。在随后的冷轧过程中，高压缩比和高退火温度有利于r值的提升。连续退火工序中，缓冷段至快冷段温差保持在200~250℃、时效温度350~380℃对减少冷轧高强IF钢时效性至关重要。
以下通过实施例1~12对本发明440MPa级冷轧高强IF钢的生产方法进行详细说明。其中表1为冶炼工艺关键参数表；表2为化学成分列表；表3为热轧和冷轧关键工艺参数列表；表4为实施例1~12的力学性能表。
表1 440MPa级冷轧高强IF钢冶炼工艺关键参数
按照表1所示工艺，得到的化学成分如表2所示：
表2 440MPa级冷轧高强IF钢化学成分列表，wt%
按照440MPa级冷轧高强IF钢制备方法，实施的轧制工艺如表3所示：
表3 440MPa级冷轧高强IF钢热轧、冷轧关键工艺参数
不同工艺条件下轧制的440MPa级高强IF钢力学性能如表4所示：
表4 440MPa级冷轧高强IF钢力学性能
按照本发明所述工艺要求进行生产，带钢基体为等轴状完全再结晶铁素体组织，带钢的成形性能指标良好，其中塑性应变比r值在1.8～2.0，应变硬化指数n≥0.2，延伸率33.0-41.0%。此外，带钢抗拉强度447.3～479.7MPa，屈强比0.55～0.68，具有优异的综合性能。

Claims (3)

1.一种440MPa级冷轧高强IF钢的制备方法，包括炼钢、热轧和冷轧工序，其特征在于：热轧基板化学组分及组分重量百分比为：C：0.0015～0.0035%；Si：0.40～0.50%；Mn：0.75～0.95%；P：0.08～0.10%；Nb：0.02～0.03%；S≤0.012%；Ti：0.018～0.035%，Als：0.017～0.050%；N≤0.004%；B：0.0002%～0.0007%；其余为Fe和不可避免的杂质；所述炼钢工序，高炉铁水经铁水脱硫预处理后，获得磷含量为0.12～0.19wt%的低硫铁水，装入顶底复吹转炉吹炼，获得终点磷为0.040%～0.080wt%的高磷钢水，经RH处理得到成分温度合适的精炼钢水，并浇铸成板坯；所述热轧工序中出炉温度按厚度规格划分，厚度≤3.5mm的带钢出炉温度1220～1250℃，厚度＞3.5mm的带钢出炉温度1200～1220℃；终轧温度890～930℃，精轧后采用后段冷却；卷取温度700～725℃；所述冷轧工序中，冷轧压下率60～75%，冷轧后进行连续退火，连续退火工序中，均热温度810～830℃，缓冷温度640～660℃，时效温度350～380℃。
2.如权利要求1所述的一种440MPa级冷轧高强IF钢的制备方法，其特征在于：所述炼钢工序中，将高炉铁水经喷粉脱硫、扒渣后，获得磷含量为0.12～0.19wt%的低硫铁水；将低硫铁水装入顶底复吹转炉，加入造渣料并吹炼，吹炼供氧量88%时钢水温度1630～1670℃，钢水碳含量0.20～0.30wt%，吹炼终点炉渣MgO含量8～10wt%，炉渣碱度2.5～2.8，终点磷0.040～0.080wt%，获得高磷钢水；所述热轧工序中，板坯出炉温度按厚度规格划分，厚度≤3.5mm的带钢出炉温度1220～1250℃，厚度＞3.5mm的带钢出炉温度1200～1220℃，保温时间≥180min；炉内温度采取尾部补偿；粗轧除鳞水压力195～210bar，保证除鳞效果；终轧温度890～930℃，精轧后带钢采取后段冷却模式，上下水比1:1.2；卷取温度700～725℃；所述冷轧工序中，带钢压下率60～75%；冷轧后进行连续退火，均热温度810～830℃，缓冷温度640～660℃，时效温度350～380℃；退火完成后，根据厚度不同施加0.4～0.6%的平整延伸率。
3.如权利要求1所述的一种440MPa级冷轧高强IF钢的制备方法，其特征在于：所述440MPa级冷轧高强IF钢的抗拉强度为447.3～479.7MPa，应力应变指数r值1.8～2.0，应变硬化比n值≥0.20，延伸率33.0～41.0%，屈强比0.55～0.68。
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