CN106811698B - 一种基于组织精细控制的高强钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于组织精细控制的高强钢板及其制造方法，该钢板的成分按重量百分比计如下：C 0.08％～0.40％，Si0.35％～3.5％，Mn1.50～7.00％，P≤0.020％，S≤0.020％，Al0.02％～3.00％，还含有Cr0.50％～1.50％、Mo0.25％～0.60％、Ni0.50％～2.50％、Cu0.20％～0.50％、B0.001％～0.005％、V0.10％～0.50％，Ti0.02％～0.20％，Nb0.02％～0.20％中的至少一种；其余为Fe和不可避免的杂质元素；制造方法：在连续退火生产线上进行再结晶退火；连续退火线不设置保温段，以20℃/s以上快速加热，至800℃～930℃以后以40℃/s以上冷速冷却至Ms‑Mf点，而后加热至Mf点～Mf点+100℃温度保温30秒到30分钟，冷却至室温。应用本发明生产的该钢板强度高、伸长率高、成型性能优良，生产工艺简单，节约能源资源。
Description
技术领域
本发明属于钢板制造和热处理领域，尤其涉及基于微观组织精细化控制的高强度钢板及其生产工艺。
背景技术
汽车用高强钢的发展已经经历了以下几个发展阶段：普碳钢---低合金钢---铁素体基体的高强钢(DP、TRIP等)---奥氏体基体的高强钢(TWIP等)---马氏体基体的高强钢(Q&P等)，其中铁素体基体的高强钢如DP钢，由于铁素体本身具有较为优异的变形能力，塑韧性较好；奥氏体基体的钢如TWIP钢，由于奥氏体本身具有极为优异的变形性能，塑韧性极好；马氏体基体钢由于马氏体组织具有较高的破坏应力倾向性，使得此类钢强度高，韧性差，其延性特征主要来自于残留下来的奥氏体，作为基体组织的马氏体还是不具有变形的能力。
《1400MPa级低屈强比高延伸率冷轧超高强汽车用钢的制备方法》(申请号：201310733931.8)、《一种低成本高强塑积汽车用钢及其制备方法》(申请号：200910091129.7)、《一种1000MPa级别的高强塑积汽车用钢及其制造方法》(申请号：201210261920.X)、《1000MPa级Ti微合金化超细晶冷轧双相钢的制备方法》(申请号：201010034472.0)、《一种980MPa级高强塑积汽车用钢的热处理工艺》(申请号：201310520998.3)均是以传统的不具有变形能力的马氏体为基体，通过引入残余奥氏体来提高钢板的伸长率，从而达到提高钢板强塑积的效果。如果想要在现有基础上大幅度提高高强度钢的塑韧性，就需要采取措施提高作为基体的高强度相的塑韧性，本发明从精细化控制马氏体等高强相的形态、结构着手，使得具有精细组织的马氏体具有一定的变形能力，从而大幅提高了高强度钢的塑性、韧性。
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供一种实现基于组织精细化控制的高强高韧钢板及其制造方法。
本发明目的是这样实现的：
本发明基于组织的精细化设计与控制，通过对高强钢基体马氏体组织的重新设计，使其具备一定的塑韧性，从而达到大幅度提高钢板强塑积的目的。
一种基于组织精细控制的高强钢板，该钢板的成分按重量百分比计如下：C0.08％～0.40％，Si0.35％～3.5％，Mn1.50～7.00％，P≤0.020％，S≤0.020％，Al0.02％～3.00％，还含有Cr0.50％～1.50％、Mo0.25％～0.60％、Ni0.50％～2.50％、Cu0.20％～0.50％、B0.001％～0.005％、V0.10％～0.50％，Ti0.02％～0.20％，Nb0.02％～0.20％中的至少一种；其余为Fe和不可避免的杂质元素；
该钢板成分含有Ca0.0005％～0.005％，Mg0.0005％～0.005％中的至少一种。
该钢板的显微组织为铁素体+马氏体+残余奥氏体即F+M+A，其中铁素体的体积分数10％～20％，马氏体体积分数65％～85％，残余奥氏体体积分数5％～15％，马氏体的形态为针状和短棒状。
本发明钢板的抗拉强度大于1000MPa，断后伸长率(A50)大于28％，具有良好的韧性。
本发明成分设计理由如下：
C：0.08％～0.40％，碳在本发明的钢中通过固溶强化来决定马氏体的强度，同时影响后期残余奥氏体的稳定性。为保证马氏体转变的顺利进行，需要一定的碳含量；为保证过冷奥氏体的稳定性，需要其有较高的碳含量；为保证焊接性能，要求限制碳含量。
Si：0.35％～3.50％，是非碳化物形成元素，具有较高的固溶强化效果，可促进C向奥氏体富集，对铁素体中固溶的C有“清除”和“净化”作用，Si不溶于渗碳体，因此能够阻碍通过碳扩散反应的奥氏体-渗碳体转变，稳定奥氏体，使得残余奥氏体在室温下得以稳定存在。
Mn：1.50％～7.00％，锰是典型的奥氏体稳定化元素，可提高钢的淬透性，并起到一定的固溶强化作用，Mn作为扩大γ相区的元素，会降低A3、A1临界点，可推迟珠光体转变并降低贝氏体转变温度，但同时也推迟并延长铁素体转变，使贝氏体区右移，从而使钢种对控冷工艺条件的敏感性略为减小。高的Mn含量易在双相组织中引起强化相带状分布，从而造成性能的不均匀。
P≤0.020％，固溶强化元素，抑制渗碳体的析出。
S≤0.010％，钢中的杂质元素，越少越好。
Al：0.02％～3.00％，对奥氏体形态的影响与Si相似，也是作为非碳化物形成元素，促进C向奥氏体富集并抑制渗碳体的析出。Al还可形成AlN析出，起到一定的细化晶粒作用。
Cr：0.5％～1.5％，能够有效提高钢的淬透性和防止高温表面氧化，同时能够提高耐腐蚀性能和提高强度。
Mo：0.25％～0.60％有效地提高钢的淬透性，还能够强化晶界。含量小于0.25％难以起到上述作用，但含量超过0.60％则上述作用效果饱和，且成本较高，应控制在0.2-0.6w％范围内。
Ni：0.5％～2.5％：Ni是奥氏体化稳定元素，可以有效降低Ms点，同时可以提高材料塑性和低温韧性，但Ni价格高，其含量应控制在0.5％～2.5％以下。
Cu：0.2％～0.50％，通过析出ε-Cu实现析出强化，提高钢的强度。
B：0.001％-0.0050t％，B能够显著提高钢的淬透性和净化晶界。含量低于0.001％时以上作用不明显，高于0.0050％时作用增加不明显。因此，B含量应控制在0.001％-0.0050t％范围。
V0.10～0.50％，Ti0.02～0.20％，Nb0.02～0.20％，对晶粒细化、相变行为、奥氏体中C富集发挥显著作用。固溶状态的Nb延迟热变形过程中静态和动态再结晶和奥氏体向铁素体的相变，从而扩大动态再结晶终止温度和Ac3之间的温度范围，为在未再结晶区轧制提供了便利。Nb与C和N结合形成细小的碳氮化物也可延迟再结晶，阻止铁素体晶粒长大，从而具有强的细晶强化效果和较强的析出强化效果。Ti、V具有析出强化的作用。
Ca0.0005～0.005％，Mg0.0005～0.005％，Ca、Mg可以净化钢质，改性夹杂物，提高钢的综合性能。
一种基于组织精细控制的高强钢板的制造方法，其特征在于：钢板经过冶炼—连铸—热轧—酸洗—冷轧后，在连续退火生产线上进行再结晶退火；热轧终轧温度大于800℃，卷取温度400℃～600℃，热轧钢板的组织结构为铁素体+下贝氏体+马氏体的组织，马氏体含量小于20％，冷轧的压缩比30％～70％，连续退火线不设置保温段，加热段快速加热，连续退火过程控制如下，以20℃/s以上的加热速度快速加热，至800～930℃以后立即以40℃/s以上的冷速冷却至Ms-Mf点之间的温度，而后再加热至不超过Mf点100度的温度保温30秒到30分钟后，冷却至室温。
控制热轧卷取温度，使得热轧钢板的组织结构为铁素体+贝氏体的组织，贝氏体组织中分布有细小弥散的碳化物，经冷轧后，压下率为30％～70％之间，进行连续退火，连续退火过程控制如下，以20℃/s以上的速度快速加热，至800～900以后立即以40℃/s以上的温度冷却至Ms-Mf点之间的温度，而后加热至Mf点～Mf点+100℃的温度保温30秒到30分钟后，冷却至室温。
快速加热、快速冷却保证钢在奥氏体化的过程中晶粒细小，且奥氏体没有实现完全的均一化，能够保证在随后的马氏体化的过程中不会生成大量的的大尺寸的板条状马氏体。较高的冷却速度，可以确保生成的马氏体形状为细小的针状和短棒状，且在这些针状和短棒状的马氏体周围存在大量的膜状的残余奥氏体，这种形态的组织具有良好的韧性。
再加热能够使C原子向残余奥氏体中扩散，稳定残余奥氏体，同时温度的升高可以使在马氏体转变过程中引起的铁素体组织的变形得到回复，降低钢的屈服强度提高塑性。
本发明的有益效果在于提供一种基于组织精细控制的高强度钢板，该钢板具有强度高、伸长率高、成型性能优良，生产工艺简单的特点，能够起到节约能源资源、促进经济社会的可持续发展的效果。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
本发明实施例根据技术方案的组分配比，进行冶炼、连铸、轧制、连续退火、平整。本发明实施例钢的成分见表1。本发明实施例钢的主要工艺参数和性能见表2。
表1本发明实施例钢的成分(wt％)
表2本发明实施例钢的主要工艺参数和性能
Claims (1)
1.一种基于组织精细控制的高强钢板的制造方法，其特征在于：钢板经过冶炼—连铸—热轧—酸洗—冷轧后，在连续退火生产线上进行再结晶退火，热轧终轧温度大于800℃，卷取温度400℃~600℃，热轧钢板的组织结构为铁素体+下贝氏体+马氏体的组织，马氏体含量小于20%，冷轧的压缩比30%~70%，连续退火线不设置保温段，加热段快速加热，连续退火过程控制如下，以20℃/s以上的加热速度快速加热，至800℃~930℃以后立即以40℃/s以上的冷速冷却至Ms-Mf点之间的温度，而后加热至Mf点~Mf点+100℃的温度保温30秒到30分钟，冷却至室温；所述钢板的成分按重量百分比计如下：C 0.08%~0.40%，Si0.35%~3.5%，Mn1.50~7.00%，P≤0.020%，S≤0.020%，Al0.02%~3.00%，还含有Cr0.50%~1.50%、Mo0.25%~0.60%、Ni0.50%~2.50%、Cu0.20%~0.50%、B0.001%~0.005%、V0.10%~0.50%，Ti0.02%~0.20%，Nb0.02%~0.20%中的至少一种；其余为Fe和不可避免的杂质元素；所述钢板成分含有Ca0.0005%~0.005%，Mg0.0005%~0.005%中的至少一种；所述钢板的显微组织为铁素体+马氏体+残余奥氏体即F+M+A，其中铁素体的体积分数10%~20%，马氏体体积分数65%~85%，残余奥氏体体积分数5%~15%，马氏体的形态为针状和短棒状。
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