CN105925903B - 汽车用冷轧低合金高强度钢及其生产方法 - Google Patents

汽车用冷轧低合金高强度钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种汽车用冷轧低合金高强度钢及其生产方法，属于金属材料技术领域，该高强度钢的化学成分质量百分比为：C：0.05～0.08，Si≤0.05，Mn≤0.5，P≤0.025，S≤0.01，Nb：0.010～0.025，Al：0.015～0.050，N≤0.003，其余为Fe和不可避免的杂质，该生产方法依次通过高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、RH真空处理、连铸、常规热轧、酸洗冷连轧、连续退火、平整和拉矫，生产得到低成本高质量的高强度钢，本发明以低成本为路线，相比传统工艺，减少了贵重金属的添加，通过热轧卷曲温度按厚度分别控制，实现了不同厚度规格的冷轧板力学性能的统一和稳定。

Description

汽车用冷轧低合金高强度钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及金属材料技术领域，具体地指一种汽车用冷轧低合金高强度钢及其生产方法。
背景技术
低合金高强度钢是以低碳锰系或硅锰系为基础，通过添加少量的合金元素，使其与碳、氮等元素形成碳化物、氮化物并在铁素体基体上析出从而提高钢的强度，主要用于汽车内外覆盖件、结构件、支撑件等。伴随着汽车减重节能、环保以及安全性的需要，高强度钢在汽车车身上的应用比例越来越高，一般合资品牌的车型应用比例在40～50％左右，其中大众GOLF的比例甚至达到近80％，自主品牌的车型普通高强钢比例约在30～40％，个别车型可达到60％。
中国发明专利(公开号：CN101265550A，公开日：2008-9-17)公开了一种微合金高强度冲压用冷轧汽车板及其生产方法，该钢的化学成分按质量百分比为：C：0.04～0.10，Si：0.03～0.05，Mn：0.7～0.9，P≤0.030，S≤0.030，Als：0.02～0.07，Nb：0.03～0.07，余量为Fe及不可避免的杂质，具体生产方法为：铁水脱硫、转炉复合吹炼、真空处理、连铸、热连轧、层流冷却、卷取、酸轧(酸洗和轧钢)、罩式退火、平整和精整。该发明添加了较高含量的铌元素，直接增加了生产成本，且生产工艺中的退火方式采用罩式退火，卷取温度为620～680℃，制备得到的产品表面力学性能不够均匀。
中国发明专利(申请号：CN201310442711X，申请日：2013-09-25)公开了一种440MPa级冷轧高强度汽车结构钢及其制造方法，其化学成分重量百分比为：碳：0.06％～0.12、硅≤0.25、锰：1.0～1.4、铝：0.015～0.060、磷≤0.02、硫≤0.01，余量为Fe及不可避免杂质元素，再配合冶炼、连铸、热轧、酸洗冷轧、连续退火、平整和成品等工艺流程的控制，得到的440MPa级冷轧高强度汽车结构钢。该发明为实现上述制造方法，选择通过增加碳元素和锰元素的含量，减少合金元素，虽然降低了生成成本，但是碳元素含量较高，制备得到的产品后期焊接性能不好。
中国发明专利(申请号：CN2015104544536，申请日：2015-10-21)公开了一种抗拉强度340MPa的汽车用合金化热镀锌钢及生产方法，所述热镀锌钢的组分及wt％为：C：0.06～0.10，Si≤0.03，Mn：0.40～0.55，P：0.010～0.025，S≤0.008，Als：0.020～0.070，生产步骤：对铁水预处理、转炉冶炼及RH炉处理、连铸、对铸坯加热、热轧、卷取、酸洗、冷轧、连续退火、热镀锌、合金化和光整。该发明制备的产品灵活度不够高。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种汽车用冷轧低合金高强度钢及其生产方法。该方法采用Nb微合金化技术，既稳定钢板的基本力学性能，又降低了原料成本，制备得到了低成本，高质量的产品。
为实现上述目的，本发明所设计的一种汽车用冷轧低合金高强度钢，该高强度钢的化学成份质量百分比为：C：0.05～0.08，Si≤0.05，Mn≤0.5，P≤0.025，S≤0.01，Nb：0.010～0.025，Al：0.015～0.050，N≤0.003，其余为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，所述高强度钢的化学成分质量百分比为：C：0.05～0.08，Si：0.02～0.05，Mn：0.35～0.5，P：0.010～0.025，S：0.001～0.01，Nb：0.010～0.025，Al：0.015～0.050，N≤0.003，其余为Fe和不可避免的杂质。
再进一步地，所述高强度钢的屈服强度为240～380Mpa，抗拉强度为350～480Mpa，伸长率≥26％，加工硬化指数≥0.15。
本发明还提供了一种汽车用冷轧低合金高强度钢的生产方法，该生产方法依次通过高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、RH真空处理、连铸、常规热轧、酸洗冷连轧、连续退火、平整和拉矫，生产得到高强度钢，其中，
所述常规热轧过程中，加热温度为1050～1250℃，终轧温度为830～910℃；卷曲温度满足如下数学关系：成品厚度b＜3mm，卷曲温度控制为682～700℃；3mm≤成品厚度b≤5mm，卷曲温度控制为662～680℃；成品厚度b＞5mm，卷曲温度控制为640～660℃；
所述酸洗冷连轧过程中，冷轧压下率为50～85％；
所述连续退火过程中，连续退火温度为760～790℃；
所述平整和拉矫过程中，总延伸率大于1.25％。
进一步地，所述常规热轧过程中，加热温度为1100～1200℃，终轧温度为860～880℃；卷曲温度满足如下数学关系：成品厚度b＜3mm，卷曲温度控制为685～695℃；3mm≤成品厚度b≤5mm，卷曲温度控制为665～675℃；成品厚度b＞5mm，卷曲温度控制为645～655℃；
所述酸洗冷连轧过程中，冷轧压下率为60～80％；
所述连续退火过程中，连续退火温度为770～780℃；
所述平整和拉矫过程中，总延伸率大于1.3％。
更进一步地，所述生产方法还包括设置在连续退火与平整和拉矫之间的连续热镀锌过程，所述连续热镀锌过程中，热镀锌退火温度为760～790℃，锌液温度为460±10℃。
再进一步地，所述连续热镀锌过程中，热镀锌退火温度为770～780℃，锌液温度为460±5℃。
再进一步地，所述平整和拉矫过程中，采用光整+拉矫的模式，总延伸率等于或大于1.6％。
本发明的原理：
1、各种化学成分的选用原理：
碳(C)：碳是钢中的基本元素，也是最经济、有效的强化元素，但含量过高则降低了钢的塑性和冲击韧性，恶化冷成型性和焊接性能。因此，C含量控制在0.05～0.08％。
硅(Si)：硅是固溶强化元素，固溶在铁素体中，随着硅含量的增加，钢的强度显著提高，塑性和冲击韧性明显下降，冷成型性和焊接性能下降。硅含量增加，硅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。因此，Si含量控制在0.05％以下。
锰(Mn)：锰起固溶强化作用，过高的锰含量会对钢的塑性和冲击性能产生严重的影响。因此，Mn含量控制在0.35～0.5％。
磷(P)：在传统观点中，磷在钢中是属于有害元素。它会降低钢的冲击韧性，提高钢的脆化温度，恶化钢的焊接性能，其实那是磷与碳共同作用的结果。如果除去碳的影响，磷还能使塑性、韧性有所增加，使脆化温度有所降低。磷是非碳化物形成元素，它在钢中的存在形式主要是溶于铁素体。在配位数都是12时，它的原子半径为比铁原子大因此当它溶于铁素体时能够取代铁原子形成置换固溶体。在除了碳、氮元素以外的诸多固溶体形成元素中，磷的固溶强化能力最大。但磷含量过高会导致材料的塑性、焊接性和成形性不利。因此，P含量控制在0.025％以下。
硫(S)：硫是有害元素。对材料的塑性、韧性不利，同时降低耐腐蚀性。因此必须严格限制硫含量，S含量控制在0.01％以下。
铌(Nb)：铌为微合金化元素，其作用机理主要是通过细化晶粒和沉淀析出强化来提高钢的强度，是强烈的碳、氮化合物形成元素，在钢中主要以Nb(C、N)形式存在，阻止奥氏体晶粒的长大，最终使铁素体晶粒尺寸变小，细化组织。因Nb的强化效果是Ti的2倍，通过添加Nb元素，省却了炼钢时的真空处理环节，降低了生产成本。因Nb元素不影响钢板的镀锌性能，添加微量的Nb可以大幅度降低Si和Mn含量。因此，Nb含量控制在0.010～0.025％。
2、本发明生产方法的工作原理：
1)热轧工艺：为了实现不同厚度规格的冷轧板力学性能的统一和稳定，热轧卷曲温度按厚度分别控制，成品厚度b＜3mm，卷曲温度控制为682～700℃；3mm≤成品厚度b≤5mm，卷曲温度控制为662～680℃；成品厚度b＞5mm，卷曲温度控制为640～660℃。
2)冷轧工艺：冷轧压下率在50～85％范围内，连续退火温度在760～790℃范围内，同时采用平整+拉矫的模式，使总延伸率大于1.25％。
3)连续热镀锌工艺：热镀锌机组生产时，带钢入锌锅后，由于Fe-Al反应的自由焓大于Fe-Zn反应的自由焓，浸入含Al锌液中的带钢与锌液中的Al优先反应生成Fe-Al化合物；另一方面，由于Zn的熔点比Al的熔点更接近锌液温度，在460±5℃的锌液中，Zn的扩散能力大，使得锌液与钢板也有形成Fe-Zn化合物的倾向。如果钢板表面先形成Fe-Zn化合物，未形成Fe2Al5中间粘附层，则镀锌板锌层与带钢粘附性就很差。在带钢生产中，镀锌生产线需提高锌液中的Al含量，以利于Fe2Al5中间粘附层的优先形成。如果锌在中间层中过饱和而生成富锌的固溶体，不仅中间层中有效的Al含量相对下降，大量分布的锌固溶体还会破坏中间层的均匀性，阻止铁锌原子的扩散，使钢板粘附锌层的能力下降，锌层的附着性也随着降低。只有当锌在Fe2Al5中间粘附层的溶解不饱和而形成贫锌固溶体时，中间层才能起到良好的粘附作用。
本发明的有益效果在于：
1、本发明以低成本为路线，相比传统工艺，减少了贵重金属的添加，通过Nb微合金化技术，未添加Ti元素，省却了炼钢时的真空处理环节，降低了生产成本，相比国内现有技术节省80元/吨；
2、本发明通过热轧卷曲温度按厚度分别控制，实现了不同厚度规格的冷轧板力学性能的统一和稳定；
3、本发明通过控制退火温度、锌液温度等关键技术，实现细晶强化与析出沉淀强化结合，保证性能、镀锌附着力与表面，热镀锌板锌层微观相结构为Fe2Al5得以保证；
4、此类钢板为高附加值产品，低成本，高质量，且生产工艺容易操作，保证了产品的灵活度。
附图说明
图1为本发明汽车用冷轧低合金高强度钢的金相组织图。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。
实施例1
热轧厚度为2.8mm的退火板，其组分及质量百分比为：C：0.075，Si：0.044，Mn：0.45，P：0.02，S：0.008，Nb：0.015，Al：0.040，N：0.002，余量为Fe和不可避免的杂质。
该制备方法依次通过高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、RH真空处理、连铸、常规热轧、酸洗冷连轧、连续退火、平整和拉矫工艺，生产得到高强度钢，其中，
主要工艺参数取值：常规热轧的加热温度为1150℃，终轧温度为870℃，且热轧厚度为2.8mm时，卷曲温度为690℃；在酸洗冷连轧过程中，冷轧压下率为77％时，连续退火温度控制在780℃；平整和拉矫工艺的模式总延伸率为1.3％；
按照上述组分和生产方法，制备得到的退火板，屈服强度为332MPa，抗拉强度为436MPa，延伸率为31％，应变硬化指数n为0.17。
实施例2
热轧厚度为3.2mm的退火板，其组分及质量百分比为：C：0.075，Si：0.044，Mn：0.45，P：0.02，S：0.008，Nb：0.015，Al：0.040，N：0.002，余量为Fe和不可避免的杂质。
该制备方法依次通过高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、RH真空处理、连铸、常规热轧、酸洗冷连轧、连续退火、平整和拉矫工艺，生产得到高强度钢，其中，
主要工艺参数取值：常规热轧的加热温度为1150℃，终轧温度为870℃，且热轧厚度为3.2mm时，卷曲温度为670℃；在酸洗冷连轧过程中，冷轧压下率为70％时，连续退火温度控制在780℃；平整和拉矫工艺的模式总延伸率为1.3％；
按照上述组分和生产方法，制备得到的退火板，屈服强度为330MPa，抗拉强度为440MPa，延伸率为32％，应变硬化指数n为0.17。
实施例3
热轧厚度为5.5mm的退火板，其组分及质量百分比为：C：0.075，Si：0.044，Mn：0.45，P：0.02，S：0.008，Nb：0.015，Al：0.040，N：0.002，余量为Fe和不可避免的杂质。
该制备方法依次通过高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、RH真空处理、连铸、常规热轧、酸洗冷连轧、连续退火、平整和拉矫工艺，生产得到高强度钢，其中，
主要工艺参数取值：常规热轧的加热温度为1150℃，终轧温度为870℃，且热轧厚度为5.5mm时，卷曲温度为650℃；在酸洗冷连轧过程中，冷轧压下率为60％时，连续退火温度控制在780℃；平整和拉矫工艺的模式总延伸率为1.4％；
按照上述组分和生产方法，制备得到的退火板，屈服强度为335MPa，抗拉强度为441MPa，延伸率为31％，应变硬化指数n为0.17。
实施例4
热轧厚度为3.2mm的镀锌板，其组分及质量百分比为：C：0.079，Si：0.026，Mn：0.48，P：0.014，S：0.006，Nb：0.010，Al：0.043，N：0.001，余量为Fe和不可避免的杂质。
该制备方法依次通过高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、RH真空处理、连铸、常规热轧、酸洗冷连轧、连续退火、连续热镀锌、平整和拉矫工艺，生产得到高强度钢，其中，
主要工艺参数取值：常规热轧的加热温度为1100℃，终轧温度为860℃，且热轧厚度为3.2mm时，卷曲温度为670℃；在酸洗冷连轧过程中，冷轧压下率为70％时，连续退火温度控制在770℃，锌液温度为462℃；平整和拉矫工艺的模式总延伸率为1.6％；
按照上述组分和生产方法，制备得到的退火板，屈服强度为249MPa，抗拉强度为390MPa，延伸率为36％，应变硬化指数n为0.19。
实施例5
热轧厚度为3.2mm的镀锌板，其组分及质量百分比为：C：0.070，Si：0.031，Mn：0.46，P：0.013，S：0.006，Nb：0.012，Al：0.041，N：0.001，余量为Fe和不可避免的杂质。
该制备方法依次通过高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、RH真空处理、连铸、常规热轧、酸洗冷连轧、连续退火、连续热镀锌、平整和拉矫工艺，生产得到高强度钢，其中，
主要工艺参数取值：常规热轧的加热温度为1120℃，终轧温度为870℃，且热轧厚度为3.2mm时，卷曲温度为670℃；在酸洗冷连轧过程中，冷轧压下率为70％时，连续退火温度控制在770℃，锌液温度为462℃；平整和拉矫工艺的模式总延伸率为1.6％；
按照上述组分和生产方法，制备得到的退火板，屈服强度为263MPa，抗拉强度为408MPa，延伸率为36％，应变硬化指数n为0.18。
实施例6
热轧厚度为3.2mm的镀锌板，其组分及质量百分比为：C：0.065，Si：0.035，Mn：0.41，P：0.016，S：0.004，Nb：0.012，Al：0.045，N：0.002，余量为Fe和不可避免的杂质。
该制备方法依次通过高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、RH真空处理、连铸、常规热轧、酸洗冷连轧、连续退火、连续热镀锌、平整和拉矫工艺，生产得到高强度钢，其中，
主要工艺参数取值：常规热轧的加热温度为1140℃，终轧温度为880℃，且热轧厚度为3.2mm时，卷曲温度为670℃；在酸洗冷连轧过程中，冷轧压下率为70％时，连续退火温度控制在780℃，锌液温度为461℃；平整和拉矫工艺的模式总延伸率为1.6％；
按照上述组分和生产方法，制备得到的退火板，屈服强度为302MPa，抗拉强度为424MPa，延伸率为34％，应变硬化指数n为0.17。
实施例7
热轧厚度为3.2mm的镀锌板，其组分及质量百分比为：C：0.059，Si：0.038，Mn：0.38，P：0.018，S：0.003，Nb：0.017，Al：0.035，N：0.002，余量为Fe和不可避免的杂质。
该制备方法依次通过高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、RH真空处理、连铸、常规热轧、酸洗冷连轧、连续退火、连续热镀锌、平整和拉矫工艺，生产得到高强度钢，其中，
主要工艺参数取值：常规热轧的加热温度为1160℃，终轧温度为860℃，且热轧厚度为3.2mm时，卷曲温度为670℃；在酸洗冷连轧过程中，冷轧压下率为70％时，连续退火温度控制在780℃，锌液温度为463℃；平整和拉矫工艺的模式总延伸率为1.6％；
按照上述组分和生产方法，制备得到的退火板，屈服强度为338MPa，抗拉强度为447MPa，延伸率为30％，应变硬化指数n为0.16。
实施例8
热轧厚度为3.2mm的镀锌板，其组分及质量百分比为：C：0.052，Si：0.042，Mn：0.42，P：0.022，S：0.004，Nb：0.022，Al：0.035，N：0.001，余量为Fe和不可避免的杂质。
该制备方法依次通过高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、RH真空处理、连铸、常规热轧、酸洗冷连轧、连续退火、连续热镀锌、平整和拉矫工艺，生产得到高强度钢，其中，
主要工艺参数取值：常规热轧的加热温度为1180℃，终轧温度为880℃，且热轧厚度为3.2mm时，卷曲温度为670℃；在酸洗冷连轧过程中，冷轧压下率为70％时，连续退火温度控制在780℃，锌液温度为462℃；平整和拉矫工艺的模式总延伸率为1.6％；
按照上述组分和生产方法，制备得到的退火板，屈服强度为354MPa，抗拉强度为465MPa，延伸率为28％，应变硬化指数n为0.16。
表1为各实施例的力学性能检测情况列表
从表1可以看出，本发明的汽车用冷轧低合金高强度钢的屈服强度≥249MPa，抗拉强度390≥MPa，延伸率≥28％。
其中实施例1～3，通过控制相同的炼钢化学成分，对于不同热轧厚度采用不同卷曲温度，生产得到的产品具有相同的力学性能。
而实施例4～7，炼钢化学成分不同，热轧中的卷取温度，卷取厚度相同，冷轧压下率相同，退火温度相同，锌液温度相同，平整延伸率相同，得到产品的机械性能不同。
上述实施例4的高强度钢金相组织图经放大500倍后如图1所示，从图1可以看出，材料的组织由铁素体+珠光体组成，铁素体的晶粒度细小均匀，晶粒度范围大，表现出产品综合力学性能均匀良好。
以上实施例仅为最佳举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。除上述实施例外，本发明还有其他实施方式。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。

Claims (1)

1.一种汽车用冷轧低合金高强度钢的生产方法，该生产方法依次通过高炉铁水、铁水脱硫、转炉冶炼、RH真空处理、连铸、常规热轧、酸洗冷连轧、连续退火、平整和拉矫，生产得到高强度钢，其特征在于：
所述高强度钢的化学成分质量百分比为：C：0.05~0.08，Si：0.02~0.05，Mn：0.35~0.5，P：0.010~0.025，S：0.001~0.01，Nb：0.010~0.025，Al：0.015~0.050，N≤0.003，其余为Fe和不可避免的杂质；
所述常规热轧过程中，加热温度为1100~1200℃，终轧温度为860~880℃；卷曲温度满足如下数学关系：成品厚度b＜3mm，卷曲温度控制为685~695℃；3mm≤成品厚度b≤5mm，卷曲温度控制为665~675℃；成品厚度b＞5mm，卷曲温度控制为645~655℃；
所述酸洗冷连轧过程中，冷轧压下率为60~80%；
所述连续退火过程中，连续退火温度为770~780℃；
所述生产方法还包括设置在连续退火与平整和拉矫之间的连续热镀锌过程，
所述连续热镀锌过程中，热镀锌退火温度为770~780℃，锌液温度为460±5℃；
所述平整和拉矫过程中，采用光整+拉矫的模式，总延伸率等于或大于1.6%。
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