CN105886960B - 低回弹高成形性的高强钢及其制造方法 - Google Patents

低回弹高成形性的高强钢及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低回弹高成形性的高强钢及其制造方法，所述高强钢中化学成分及重量百分含量为：C：0.04～0.05％，Si：0.03～0.04％，Mn：0.67～0.71％，Al：0.009～0.015％，P≤0.010％，S：0.09～0.16％，Nb：0.006～0.011％，Mo：0.05～0.09％，W：0.005～0.009％，Cr：0.16～0.21％，Mg：0.02～0.04％，N≤0.006％，O≤0.002％，其余为Fe和不可避免杂质；另外本发明还公开所述高强钢的制造方法，本发明通过成分设计，配合工艺参数控制，解决现有同级别高强钢对生产工艺要求高和高回弹的问题。

Description

低回弹高成形性的高强钢及其制造方法
技术领域
本发明涉及汽车用钢的制造技术领域，具体涉及一种低回弹高成形性的高强钢及其制造方法。
背景技术
高强度、高成形性能和良好的焊接性能是汽车安全结构件和加强件所必需具备的基础条件。由于高强度冷轧或者热镀锌钢板具有以上性能，使其在经济建设的各个领域得到广泛应用。随着汽车工业的发展，为了提高结构件的安全性，要求提高材料的强度、减轻结构件的重量、降低材料的消耗。至今为止，高强度冷轧钢板仍是钢材中应用最普遍的、最有效的，广泛用于汽车制造业。低合金高强度钢因具有高的屈强比，抗载能力强，同时，具有优良的成形性能和焊接性能，国内外汽车企业大量应用，具有经济、生态、社会效益。
现有技术中，申请号为CN201310373824.9提供了一种340MPa级HSLA汽车结构用钢，其化学成分及质量百分比为：C，0.06-0.07％；Mn，0.5-0.65％；Si，≤0.025％；P，0.015-0.025％；S，≤0.010％；Als，0.03-0.05％，N，0.0010～0.0040％，Nb，0.025-0.035％，O，≤0.006％，余量为Fe及不可避免杂质；生产中的工艺参数为：热轧加热温度为1200±30℃，终轧温度为900±20℃，卷取温度为600±20℃，冷轧压下率控制在70-75％，罩式退火温度控制在670±10℃，平整延伸率为0.8％。上述专利中，C、P、S、N含量均偏高，冶炼和热轧难度较高，对生产工艺的要求较高，生产成本高。
发明内容
本发明的目的，在于克服上述不足，提供一种低回弹高成形性的高强钢及其制造方法，通过成分设计，配合工艺参数的控制，解决现有同级别高强钢对生产工艺要求高和高回弹的问题，使成材率和生产效率大幅度提高，降低了生产成本，并保证良好的综合性能。
为实现上述目的，本发明提供一种低回弹高成形性的高强钢，其特殊之处在于：所述低回弹高成形性的高强钢中化学成分及重量百分含量为：C：0.04～0.05％，Si：0.03～0.04％，Mn：0.67～0.71％，Al：0.009～0.015％，P≤0.010％，S：0.09～0.16％，Nb：0.006～0.011％，Mo：0.05～0.09％，W：0.005～0.009％，Cr：0.16～0.21％，Mg：0.02～0.04％，N≤0.006％，O≤0.002％，其余为Fe和不可避免杂质。
进一步地，所述低回弹高成形性的高强钢还包括Cu：0.13～0.17％，Ni：0.08～0.11％，Re：0.05～0.07％其中的一种或两种以上的组合。Cu、Ni、Re可提高强度，增加析出强化能力，又提高耐腐蚀性和抗延迟断裂性以及改善加工性能。
进一步地，所述低回弹高成形性的高强钢的力学性能为：屈服强度为350～370MPa，抗拉强度470～490MPa，延伸率≥28％，塑性应变比r：1.45～1.70，应变硬化指数n：0.15～0.18；宽冷弯试验弯曲180°，弯心直径d＝0合格；回弹性能：弯曲辊半径为9.6mm，名义张紧力0.66时，回弹角不超过7°。
进一步地，所述低回弹高成形性的高强钢的组织结构为：等轴铁素体+珠光体，晶粒度为12.5级以上，其中珠光体体积百分数在16～18％，在铁素体晶内或晶界有二相粒子析出，第二相粒子平均间距(2.1～2.5)×10-4/mm，第二相粒子平均直径(0.3～0.4)×10-5/mm。
另外，本发明还提供上述低回弹高成形性的高强钢的制造方法，其特殊之处在于：包括如下步骤：
1)转炉炼钢：设定出钢目标温度为1650℃；
2)吹氩：吹氩处理时间控制在5～10分钟；
3)连铸：连铸时采用保护浇注措施，大、中包采用长水口氩封保护浇注，中包钢流通道氩封，使用镁质材料和碱性中包保护渣，结晶器用绝热型保护渣；浇注温度为1575～1595℃，保证钢水连续顺利浇注；
4)板坯加热：加热温度保持在1253～1261℃；
5)进行热轧：热轧时粗轧温度控制在1158～1167℃，终轧温度控制在931～939℃；
6)进行卷取：卷取温度为562～575℃；
7)酸洗和冷连轧：钢板冷轧原始厚度为5.6～6.0mm，成品厚度在2.6～3.0mm；
8)如果需要得到冷轧钢，首先进行连续退火，保温温度控制在847～855℃，然后快冷，在360～410℃时效后，冷却到室温；然后通过平整消除屈服平台，避免零件冲压起皱和产生拉伸应变痕，影响零件外观和使用性能；
如果需要得到热镀锌钢，则采用连续热浸镀锌工艺，镀锌温度为457～463℃，其中锌液成分：Al：0.20～0.24％，Fe≤0.015％，Pb≤0.003％，Sb≤0.003％，其余为Zn和不可避免杂质。
以下叙述本发明中选定合金元素、成分范围及关键工艺参数的理由。
C：C价格低廉，同时，C也是固溶强化元素，强化效果十分明显，C含量越高对强化效果越好。但C含量过高，不利于保证材料的成形性和焊接性能。
Si：Si元素固溶在铁素体中，提高钢的强度，但Si元素容易在钢板表面形成致密的氧化层Mn2SiO4，从而影响材料的镀锌性能，对回弹也会产生不利影响。
Mn：Mn元素是常规的强韧化元素，作为奥氏体形成元素，在扩大奥氏体区，降低终轧温度，推迟奥氏体转变，可以同时起到细化晶粒的作用。但Mn元素含量太高，一方面增加成本，另一方面增加钢的淬透性，使焊接组织出现硬化层导致裂纹焊缝及热影响区裂纹敏感性增高。
Al：Al在本发明中，在成品钢中会有Al(N，C)析出，起到提高钢的强度作用，过多的Al带来冶炼难度和夹杂产生。
P：P对本发明材料的塑性、焊接性和成形性不利，这个范围工业化生产上很容易控制，并且不需要特殊添加。
S：S对本发明材料的作用是改善切削加工性和降低回弹角。
Nb：Nb是一种强碳氮化物形成元素，有利于析出强化，并且可以阻止高温奥氏体过分长大，具有极强的细化晶粒作用。但Nb含量过高，容易导致碳氮化物偏聚，其加工性变差，同时，增加了材料成本。
Mo、W、Cr、具有显著提高钢屈服强度的作用，同时与Si结合可提高耐腐蚀性和抗氧化性。
Mg：Mg在本发明材料中起到良好的脱氧作用和避免回弹。
转炉炼钢时设定出钢目标温度为1650℃左右，其原因如下：出钢温度首先取决于所炼钢种的凝固温度，而凝固温度要根据钢种的化学成分而定。设定出钢温度要根据包括凝固温度、钢液过热度、出钢过程温降、出钢完毕至精炼开始之前的温降、钢水精炼过程温降、钢水精炼完毕至开浇之前的温降、钢水从钢包至中间包的温降等因素的影响，本发明根据成分确定凝固温度以及实际生产中各段的温降，计算出上述的出钢目标温度。本钢种通过凝固温度计算公式计算为1525℃，而本发明设定出钢目标温度为1650℃左右，其它温度损耗根据大生产经验值，过热度约为20℃，出钢过程温降约为27℃，出钢完毕至精炼开始之前的温降约为8℃，吹氩精炼温降约为35℃，钢水精炼完毕至开浇之前的温降约为4℃、钢水从钢包至中间包的温降约为25℃。
氩气是转炉炼钢复吹和钢包吹氩精炼工艺的主要气源。钢包吹氩搅拌的作用表现为：一、能促进钢水温度均匀，从炼钢炉流到钢包的钢水，在钢包内的温度分布是不均匀的，钢包吹氩搅拌促使钢包钢水温度均匀，这样连铸过程中钢水温度稳定均匀，有利于提高铸坯内部质量，使结晶器内坯壳生长均匀，避免开浇水口冻钢断流。二、能均匀钢水成分，出钢时在钢包内加入大量的铁合金后，钢包里的成分不均匀，吹氩搅拌可使钢水成分均匀。具体操作时，在出钢过程就开始吹氩搅拌，在吹氩搅拌过程中根据快速分析提供的钢水成分而进行成分微调，以使钢的成分控制范围更窄，确保钢板性能均匀。三、能促使夹杂物上浮，搅动的钢水促进了钢中非金属夹杂物碰撞长大，上浮的氩气泡能够吸收钢中的气体，同时粘附悬浮于钢水中的夹杂物并带至钢水表面被渣层所吸收。本发明吹氩处理时间控制在5～10分钟，能够起到很好的技术效果。
板坯加热时，本发明的钢板含有Nb或者其它微合金元素，加热温度保持在1253～1261℃范围内。高温加热不仅能源消耗大、加热炉损伤大，而且钢板氧化严重，给轧钢除磷带来压力和困难，加热温度低，难以保证后续的粗轧和精轧温度。
热轧时粗轧温度控制在1158～1167℃范围，终轧温度设计在931～939℃范围内，可在保证钢板奥氏体单相区轧制以获得均匀的晶粒尺寸。
钢板卷取温度设计在562～575℃范围内，是为保证一定的晶粒尺寸和有效析出物的产生。
本发明有益效果：
本发明的产品，解决了现有同级别高强钢对生产工艺要求高的问题，使成材率和生产效率大幅度提高。用于弥补传统高Si含量的高强钢难以镀锌的缺憾，制作汽车加强件，显示出良好的可镀性和回弹变形小的优点。钢板有较高的强度，高伸长率、良好的点焊性和良好的成形性，具有良好的市场应用前景及显著的社会效益和经济效益。
与传统钢板相比，采用本发明的高强钢具有以下优点：
(1)本发明采用低碳固溶强化和细晶强化以及析出强化等的复合强化微合金化冷轧或者热镀锌高强钢，来达到所要求的性能，二相粒子除了具有析出强化作用外还可以细化晶粒，在提高强度的同时基本不降低伸长率，有利于钢板的综合力学性能的改善。
(2)本发明高强钢含有稳定的等轴铁素体+珠光体，其中，珠光体体积百分数在16～18％左右，晶粒度达到12.5级以上，在铁素体晶内或晶界有二相粒子析出，而且呈均匀分布，保证了材料的高强度和稳定的力学性能。
(3)与同等强度的固溶强化钢相比，碳当量降低，加之二相粒子的细晶作用，可以有效减少焊接造成的晶粒粗大，大大有利于改善焊接性。钢板有较高的强度，很高的伸长率和良好的点焊性、良好的成形性并具有可镀性。同时，因成分的独特性，几乎没有回弹变形，对成形后零件的形状稳定具有重要意义，是高端轿车选取的理想结构材料。
附图说明
图1为一种低回弹高成形性的高强钢的金相组织图；
图2为一种低回弹高成形性的高强钢的透射电镜二相粒子观察图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述：
化学成分设计：
实施例1至6的低回弹高成形性的高强钢和对比例钢中的化学成分及重量百分含量为见表1；
实施例1至6的低回弹高成形性的高强钢的制造方法如下：
1)转炉炼钢：设定出钢目标温度为1650℃；
2)吹氩：吹氩处理时间控制在5～10分钟；
3)连铸：连铸时采用保护浇注措施，大、中包采用长水口氩封保护浇注，中包钢流通道氩封，使用镁质材料和碱性中包保护渣，结晶器用绝热型保护渣；浇注温度为1575～1595℃，保证钢水连续顺利浇注；
4)板坯加热：加热温度保持在1253～1261℃；
5)进行热轧：热轧时粗轧温度控制在1158～1167℃，终轧温度控制在931～939℃；
6)进行卷取：卷取温度为562～575℃；
7)酸洗和冷连轧：钢板冷轧原始厚度为5.6～6.0mm，成品厚度在2.6～3.0mm；
8)如果需要得到冷轧钢，首先进行连续退火，保温温度控制在847～855℃，然后快冷，在360～410℃时效后，冷却到室温；然后通过平整消除屈服平台，避免零件冲压起皱和产生拉伸应变痕，影响零件外观和使用性能；
如果需要得到热镀锌钢，则采用连续热浸镀锌工艺，镀锌温度为457～463℃，其中锌液成分：Al：0.20～0.24％，Fe≤0.015％，Pb≤0.003％，Sb≤0.003％，其余为Zn和不可避免杂质。
各实施例产品的实物性能见表2。
表1本发明各实施例及对比例的取值列表(wt％)
表2本发明各实施例及对比例的冷轧钢或热镀锌钢实物性能
由表2可以看出，对本实施例的冷轧钢或热镀锌钢进行综合测试和分析，包括拉伸性能测试、弯曲、球冲试验回弹试验，本实施例生产的钢材料具有高强度、高伸长率、塑性应变比和应变硬化指数较适中，弯曲性能优良，锌层附着性能良好和回弹量小的特点，钢材料用于制造汽车加强件，施焊后对焊接接头进行综合力学性能测试，焊接接头的综合力学性能和冲击韧性良好，焊接后无冷裂纹和低温裂纹产生，可焊性好。本实施例生产的钢材料弯曲和球冲试验成功，说明其具有良好的热镀锌性能，综合性能满足汽车加强件使用要求。
如图1、图2所示，经过化学成分优化设计和专门的冶炼、热轧、冷轧和连续热镀锌等系列工艺控制，各实施例均可获得的产品组织结构为：等轴铁素体+珠光体，晶粒度为12.5级以上，其中，珠光体体积百分数在16～18％左右，在铁素体晶内或晶界有二相粒子析出，第二相粒子平均间距(2.1～2.5)×10-4/mm，第二相粒子平均直径(0.3～0.4)×10-5/mm。

Claims (4)

1.一种低回弹高成形性的高强钢，其特征在于：所述低回弹高成形性的高强钢中化学成分及重量百分含量为：C：0.04～0.05％，Si：0.03～0.04％，Mn：0.67～0.71％，Al：0.009～0.015％，P≤0.010％，S：0.09～0.16％，Nb：0.006～0.011％，Mo：0.05～0.09％，W：0.005～0.009％，Cr：0.16～0.21％，Mg：0.02～0.04％，N≤0.006％，O≤0.002％，其余为Fe和不可避免杂质；
所述低回弹高成形性的高强钢的组织结构为：等轴铁素体+珠光体，晶粒度为12.5级以上，其中珠光体体积百分数在16～18％，在铁素体晶内或晶界有二相粒子析出，第二相粒子平均间距(2.1～2.5)×10-4/mm，第二相粒子平均直径(0.3～0.4)×10-5/mm。
2.根据权利要求1所述的低回弹高成形性的高强钢，其特征在于：所述低回弹高成形性的高强钢还包括Cu：0.13～0.17％，Ni：0.08～0.11％，Re：0.05～0.07％其中的一种或两种以上的组合。
3.根据权利要求1或2所述的低回弹高成形性的高强钢，其特征在于：所述低回弹高成形性的高强钢的力学性能为：屈服强度为350～370MPa，抗拉强度470～490MPa，延伸率≥28％，塑性应变比r：1.45～1.70，应变硬化指数n：0.15～0.18；宽冷弯试验弯曲180°，弯心直径d＝0合格；回弹性能：弯曲辊半径为9.6mm，名义张紧力0.66时，回弹角不超过7°。
4.一种权利要求1所述低回弹高成形性的高强钢的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)转炉炼钢：设定出钢目标温度为1650℃；
2)吹氩：吹氩处理时间控制在5～10分钟；
3)连铸：连铸时采用保护浇注措施，大、中包采用长水口氩封保护浇注，中包钢流通道氩封，使用镁质材料和碱性中包保护渣，结晶器用绝热型保护渣；浇注温度为1575～1595℃，保证钢水连续顺利浇注；
4)板坯加热：加热温度保持在1253～1261℃；
5)进行热轧：热轧时粗轧温度控制在1158～1167℃，终轧温度控制在931～939℃；
6)进行卷取：卷取温度为562～575℃；
7)酸洗和冷连轧：钢板冷轧原始厚度为5.6～6.0mm，成品厚度在2.6～3.0mm；
8)如果需要得到冷轧钢，首先进行连续退火，保温温度控制在847～855℃，然后快冷，在360～410℃时效后，冷却到室温；然后通过平整消除屈服平台，避免零件冲压起皱和产生拉伸应变痕，影响零件外观和使用性能；
如果需要得到热镀锌钢，则采用连续热浸镀锌工艺，镀锌温度为457～463℃，其中锌液成分：Al：0.20～0.24％，Fe≤0.015％，Pb≤0.003％，Sb≤0.003％，其余为Zn和不可避免杂质。
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