CN107043888B - 一种冷弯性能优异的980MPa级冷轧双相钢钢板及其制备方法 - Google Patents

一种冷弯性能优异的980MPa级冷轧双相钢钢板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种冷弯性能优异的980MPa级冷轧双相钢钢板及其制备方法，其化学成分及重量百分比为：C 0.10～0.12％；Si 0.45～0.65％；Mn 2.4～2.6％；Cr 0.35～0.45％；Nb 0.05～0.075％；Ti 0.06～0.10％；Als 0.055‑0.075％；P≤0.008％；S≤0.002％；N≤0.003％，余量为Fe和不可避免的杂质。通过冶炼、LF精炼与RH精炼、热连轧、酸洗冷轧、连续退火工序得到了马氏体加铁素体组织的双相钢钢板，其晶粒度等级可达12级以上，具有优异的力学性能，其屈服强度为810MPa～850MPa，抗拉强度在980MPa以上，延伸率10～20％，180°冷弯性能≤2a，a为板厚，并具有成本较低、产品应用性能好的特点。

Description

一种冷弯性能优异的980MPa级冷轧双相钢钢板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种冷弯性能优异的980MPa级冷轧双相钢钢板及其制备方法。
背景技术
随着汽车轻量化的推动以及汽车用钢的发展，高强钢特别是先进高强钢在汽车中的应用越来越广。其中以具有双相组织的铁素体/马氏体双相钢最具代表性，目前研究和应用最多、最成熟的双相钢大多集中在抗拉强度800MPa以下，其马氏体含量一般不超过20％。而随着汽车工业对减重要求的提高，应用抗拉强度在980MPa及其以上级别的超高强度双相钢可在保证安全性能的前提下降低零部件厚度，从而达到减轻汽车车身重量的目的。
通过合理的成分以及工艺设计，提高组织中马氏体含量，细化晶粒，控制马氏体和铁素体弥散程度和分布状态可以得到更高强度级别的双相钢产品。但在提高双相钢强度的同时也造成了成形性能的下降。
而抗拉强度980MPa及以上高强度冷轧双相钢主要应用在前后保险杠、车门防撞梁、座椅横梁等梁状安全件，其成形方式有冲压和辊压两种，变形方式以冷弯为主。因此，应用和变形方式决定了对于抗拉强度980MPa及以上高强度冷轧双相钢，其对局部变形能力要求很高，也就是扩孔率和冷弯性能。
双相钢的组织特点决定了他优良的综合力学性能，即较低的屈强比和较好的延伸率，具备一定的拉延成形能力。但应用于以冷弯为主的高强度安全件时容易在R角处发生开裂、颈缩等缺陷。这是由于为了达到需要的强度级别，高强度冷轧双相钢中必定会添加C、Mn等合金元素，这些元素在浇注、热轧过程中发生偏析造成成品组织不均甚至带状组织，使材料局部变形能力下降，严重影响材料冷弯性能。
发明内容
本发明提供了一种冷弯性能优异的980MPa级冷轧双相钢钢板及其制备方法，其组织形貌为马氏体加铁素体组织，晶粒度等级可达12级以上具有优异的力学性能，其屈服强度为730MPa～850MPa，抗拉强度在980MPa以上，延伸率10～20％，180°冷弯性能≤2a，a为板厚，并具有成本较低、产品应用性能好的特点。
本发明采取的技术方案为：
一种冷弯性能优异的980MPa级冷轧双相钢钢板，其化学成分及重量百分比为：C0.10～0.12％；Si 0.45～0.65％；Mn 2.4～2.6％；Cr 0.35～0.45％；Nb 0.05～0.075％；Ti 0.06～0.10％；Als 0.055-0.075％；P≤0.008％；S≤0.002％；N≤0.003％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，其化学成分及重量百分比优选为：C 0.11％；Si 0.50％；Mn 2.5％；Cr0.40％；Nb 0.06％；Ti 0.08％；Als 0.060％；P 0.005％；S 0.001％；N 0.001％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，其化学成分及重量百分比优选为：C 0.12％；Si 0.46％；Mn 2.49％；Cr0.36％；Nb 0.06％；Ti 0.09％；Als 0.065％；P 0.006％；S 0.002％；N 0.001％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明还提供了上述冷弯性能优异的980MPa级冷轧双相钢钢板的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)冶炼工序；
(2)LF精炼与RH精炼工序；
(3)连铸工序：在此工序中投入动态轻压下和电磁搅拌系统；
(4)热连轧工序：铸坯经1250～1350℃加热，由粗轧机进行5～20道次轧制，热轧到30～50mm厚度规格，由热连轧机组进行5～7道次轧制，轧至6～10mm厚度后，以80～100℃/s的速度快速冷却，在500～650℃范围内进行卷取成钢卷；
(5)酸洗冷轧工序：冷轧压下率为40～50％，轧至0.8～2mm；
(6)连续退火工序。
进一步地，所述步骤(6)具体包括以下步骤：将酸洗冷轧步骤处理好的钢板，以5-15℃/s加热至170℃后，快速升温至770-810℃，保温90～160s，以6～10℃/s的速度冷至710～750℃后，以36-60℃/s的冷却速度快速冷却至在280～320℃，过时效处理410～700s后冷至20～30℃室温。
进一步地，所述步骤(6)具体包括以下步骤：将酸洗冷轧步骤处理好的钢板，以12℃/s加热至170℃后，快速升温至780℃，保温120s，以6℃/s的速度冷至740℃后，以55℃/s的冷却速度快速冷却至310℃，过时效处理500s后冷至20～30℃室温。
进一步地，所述的快速升温是指以加热炉最大功率进行升温。
进一步地，冶炼工序中，可采用转炉、电炉或感应炉冶炼。
进一步地，酸洗冷轧工序中，热轧带钢经盐酸槽酸洗。
本发明所公开的冷弯性能优异的980MPa级冷轧双相钢钢板，其化学成分设计合理，未大量添加贵重金属合金，极少的C含量与少量的合金元素，保证了良好的焊接性能，且成分可满足大规模生产控制。
本发明所公开的各元素的作用如下：
C：最有效的强化元素之一，对于马氏体的形成起关键作用，钢中碳含量决定双相钢的强度级别和马氏体的性能；由于马氏体含量和淬透性的设计要求，本发明中C的成分控制在0.10～0.12％的范围内；
Si：铁素体形成元素，起到固溶强化的作用，在两相区保温时，有加速碳向奥氏体扩散的作用，对铁素体有显著的净化作用，提高了双相钢中铁素体纯净度，从而得到较低的屈强比；另一方面，Si含量过高在钢板表面形成的高熔点氧化物而影响钢板表面质量，尽量降低钢中的硅含量，所以本发明Si重量百分含量控制在0.45～0.65％；
Mn：提高了奥氏体的稳定性，从而显著增加淬透性，Mn也起到固溶强化和细化铁素体晶粒的作用，可以推迟珠光体转变和贝氏体转变；另一方面，Mn是扩大γ区元素，当高的锰含量使珠光体转变开始时间推迟的同时，也会减缓铁素体的析出；而锰含量太低又满足不了淬透性要求，所以本发明Mn重量百分比含量控制在2.4～2.6％；
Cr：中强碳化物形成元素，和Mn元素一样能提高钢的淬透性，与其他合金元素搭配加入钢中，能大大提高钢的淬透性，从而推迟珠光体转变和贝氏体转变，Cr也是一种固溶强化元素，起到对基体的强化作用；另一方面，过高的Cr含量，会使钢的淬透性大大提高，从而使强度大大增加，但是恶化了钢的成形性与焊接性，因此较佳的Cr含量应控制在0.35～0.45％以内。
Als：Als在双相钢中所起的作用与Si相似，同时Al还可形成AlN析出，起到一定的细化晶粒的作用；少量Al的存在，保证强度性能的前提下，可使双相钢的延伸性能提高,所以本发明Al重量百分比含量控制在0.055-0.075％。
Ti：是强碳化物形成元素，具有细化晶粒的作用，另外，钛可以固定碳元素，已消除铬在晶界处的贫化，从而消除或减轻钢的晶间腐蚀，微量的钛还具有提高钢的塑性和韧性的作用，但是过量的钛会降低钢件的强度和韧性，因此，本发明中钛的含量限制在0.06～0.10％；
Nb：具有固溶强化、细化晶粒并提高钢的淬透性，它能增加钢的回火稳定性，有二次硬化的作用，微量Nb的加入，在不影响钢的塑性或者韧性的情况下提高钢的强度，本发明中Nb的含量限制在0.05～0.075％。
P、S、N：为减少钢中有害杂质对钢的冲压性能的不良影响，严格控制钢中的P、S、N的含量，因此分别将三者的含量限制在0.008％以下、0.002％以下、0.003％以下。
在其制备工艺中，LF精炼与RH精炼双联控制、连铸过程中的动态轻压下和电磁搅拌保证了板坯质量和合金元素的精确命中，电磁搅拌使得杂质上浮以获得好的铸坯内部质量；热轧区域采用1250～1350℃高温加热制度、500-650℃低温卷取的方式，80～100℃/s的速度快速冷却，避免了热轧区域带状组织的产生；同时，连续退火快冷段冷却速度较快为36-60℃，有益于形成典型的马氏体加铁素体组织，避免贝氏体的过多生成，从而保证了双相钢的延性和低的屈强比；同时过时效保温时间较长，保证了双相钢的综合力学性能。
各化学元素含量的控制结合上述对生产工艺的改进，根据本发明公开的方法得到了具有较高晶粒度级别的冷轧双相钢钢板，其屈服强度、抗拉强度、冷弯性能均优于同级别的冷轧双相钢钢板。
根据目前市场情况，980MPa级冷轧双相钢产品吨钢利润约为1000元，按照年销售1000吨计算，可实现年新增利润100万元。因此本发明设计的钢种性能优异，具有良好的应用前景，并且生产成本低廉，产品附加值高，适合市场推广。
附图说明
图1为实施例1获得的冷轧双相钢钢板的金相组织照片；
图2为实施例2获得的冷轧双相钢钢板的金相组织照片。
具体实施方式
以下通过实施例结合附图对本发明进行详细说明。
本实施例旨在提供一种冷弯性能优异的980MPa级冷轧双相钢钢板及其制备方法，冷轧双相钢钢板的化学成分及重量百分比为：C 0.10～0.12％；Si 0.45～0.65％；Mn 2.4～2.6％；Cr 0.35～0.45％；Nb 0.05～0.075％；Ti 0.06～0.10％；Als 0.055-0.075％；P≤0.008％；S≤0.002％；N≤0.003％，余量为Fe和不可避免的杂质。
所述冷弯性能优异的980MPa级冷轧双相钢钢板采用如下的方法进行制备：
(1)冶炼工序：可采用转炉、电炉或感应炉冶炼；
(2)LF精炼与RH精炼工序；
(3)连铸工序：在此工序中投入动态轻压下和电磁搅拌系统，电磁搅拌使得杂质上浮以获得好的铸坯内部质量；
(4)热连轧工序：铸坯经1250～1350℃加热，由粗轧机进行5～20道次轧制，热轧到30～50mm厚度规格，由热连轧机组进行5～7道次轧制，轧至6～10mm厚度后，以80～100℃/s的速度快速冷却，在500-650℃范围内进行卷取成钢卷；
(5)酸洗冷轧工序：将热轧带钢经盐酸槽酸洗，去除表面氧化铁皮后，进行冷连轧或冷轧，冷轧压下率为40～50％，轧至0.8～2mm；
(6)连续退火工序:将酸洗冷轧步骤处理好的钢板，以5-15℃/s加热至170℃后，快速升温至770～810℃，保温90～160s，以6～10℃/s的速度冷至725～750℃后，以36～60℃/s的冷却速度快速冷却至在280～320℃，过时效处理410～700s后，冷至20～30℃室温。
实施例1
一种冷弯性能优异的980MPa级冷轧双相钢钢板，其化学成分及重量百分比如表1中的实施例1所示。
其制备方法如下：
(1)冶炼工序：采用转炉冶炼；
(2)LF精炼与RH精炼工序；
(3)连铸工序：在此工序中投入动态轻压下和电磁搅拌系统，电磁搅拌使得杂质上浮以获得好的铸坯内部质量；
(4)热连轧工序：铸坯经1300℃加热，由粗轧机进行8道次轧制，热轧到50mm厚度规格，由热连轧机组进行7道次轧制，轧至10mm厚度后，以85℃/s的速度快速冷却，在635℃进行卷取成钢卷；
(5)酸洗冷轧工序：将热轧带钢经盐酸槽酸洗，去除表面氧化铁皮后，进行冷连轧或冷轧，冷轧压下率为49％，轧至1.8mm；
(6)连续退火工序:将酸洗冷轧步骤处理好的钢板，以12℃/s加热至170℃后，快速升温至780℃，保温120s，以6℃/s的速度冷至740℃后，以55℃/s的冷却速度快速冷却至310℃，过时效处理500s后，冷至20～30℃室温。
依照上述制备方法得到的冷轧双相钢钢板为马氏体加铁素体组织，如图1所示，其晶粒度等级为12级。
表1各实施例冷轧双相钢钢板的化学成分
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
C 0.11％ 0.12％ 0.10％ 0.12％
Si 0.50％ 0.46％ 0.60％ 0.62％
Mn 2.5％ 2.49％ 2.6％ 2.55％
Cr 0.40％ 0.36％ 0.43％ 0.38％
Nb 0.06％ 0.06％ 0.07％ 0.065％
Ti 0.08％ 0.09％ 0.07％ 0.10％
Als 0.060％ 0.065％ 0.057％ 0.074％
P 0.005％ 0.006％ 0.007％ 0.008％
S 0.001％ 0.002 0.0015％ 0.002％
N 0.001％ 0.001 0.002％ 0.003％
实施例2
一种冷弯性能优异的980MPa级冷轧双相钢钢板，其化学成分及重量百分比如表1中的实施例1所示。
其制备方法如下：
(1)冶炼工序：采用转炉冶炼；
(2)LF精炼与RH精炼工序；
(3)连铸工序：在此工序中投入动态轻压下和电磁搅拌系统，电磁搅拌使得杂质上浮以获得好的铸坯内部质量；
(4)热连轧工序：铸坯经1250℃加热，由粗轧机进行10道次轧制，热轧到45mm厚度规格，由热连轧机组进行7道次轧制，轧至8mm厚度后，以85℃/s的速度快速冷却，在550℃进行卷取成钢卷；
(5)酸洗冷轧工序：将热轧带钢经盐酸槽酸洗，去除表面氧化铁皮后，进行冷连轧或冷轧，冷轧压下率为47％，轧至1.8mm；
(6)连续退火工序:将酸洗冷轧步骤处理好的钢板，以6℃/s加热至170℃后，快速升温至790℃，保温90s，以7℃/s的速度冷至730℃后，以40℃/s的冷却速度快速冷却至在290℃，过时效处理420s后，冷至20～30℃室温。
依照上述制备方法得到的冷轧双相钢钢板为马氏体加铁素体组织，如图2所示，其晶粒度等级为12.5级。
实施例3
一种冷弯性能优异的980MPa级冷轧双相钢钢板，其化学成分及重量百分比如表1中的实施例1所示。
其制备方法如下：
(1)冶炼工序：采用转炉冶炼；
(2)LF精炼与RH精炼工序；
(3)连铸工序：在此工序中投入动态轻压下和电磁搅拌系统，电磁搅拌使得杂质上浮以获得好的铸坯内部质量；
(4)热连轧工序：铸坯经1350℃加热，由粗轧机进行14道次轧制，热轧到40mm厚度规格，由热连轧机组进行6道次轧制，轧至6mm厚度后，以90℃/s的速度快速冷却，在580℃进行卷取成钢卷；
(5)酸洗冷轧工序：将热轧带钢经盐酸槽酸洗，去除表面氧化铁皮后，进行冷连轧或冷轧，冷轧压下率为45％，轧至1.6mm；
(6)连续退火工序:将酸洗冷轧步骤处理好的钢板，以9℃/s加热至170℃后，快速升温至805℃，保温100s，以9℃/s的速度冷至745℃后，以45℃/s的冷却速度快速冷却至在300℃，过时效处理450s后，冷至20～30℃室温。
实施例4
一种冷弯性能优异的980MPa级冷轧双相钢钢板，其化学成分及重量百分比如表1中的实施例1所示。
其制备方法如下：
(1)冶炼工序：采用转炉冶炼；
(2)LF精炼与RH精炼工序；
(3)连铸工序：在此工序中投入动态轻压下和电磁搅拌系统，电磁搅拌使得杂质上浮以获得好的铸坯内部质量；
(4)热连轧工序：铸坯经1300℃加热，由粗轧机进行20道次轧制，热轧到30mm厚度规格，由热连轧机组进行5道次轧制，轧至6mm厚度后，以98℃/s的速度快速冷却，在575℃进行卷取成钢卷；
(5)酸洗冷轧工序：将热轧带钢经盐酸槽酸洗，去除表面氧化铁皮后，进行冷连轧或冷轧，冷轧压下率为42％，轧至1.4mm；
(6)连续退火工序:将酸洗冷轧步骤处理好的钢板，以15℃/s加热至170℃后，快速升温至765℃，保温150s，以10℃/s的速度冷至780℃后，以50℃/s的冷却速度快速冷却至在315℃，过时效处理600s后，冷至20～30℃室温。
以上各实施例公开的冷轧双相钢钢板的力学性能参数如表2所示。
从表2可以看出，根据本发明公开的方法制备得到的冷轧双相钢钢板在具有较薄厚度的同时，具有较高的强度，其屈服强度可以达到810～850MPa，抗拉强度在980MPa以上，延伸率20％～30％，冷弯性能在2a以下。
表2各实施例冷轧双相钢钢板的力学性能参数
实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
成品厚度(mm) 1.8 1.8 1.6 1.4
屈服强度(MPa) 825 810 830 850
抗拉强度(MPa) 1080 1096 1085 1025
延伸率(％) 15 13 18 17
180°冷弯 0.5a 1a 1.5a 1a
扩孔率(％) 55 58 56 59
上述参照实施例对冷弯性能优异的980MPa级冷轧双相钢钢板进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种冷弯性能优异的 980MPa 级冷轧双相钢钢板，其特征在于，其化学成分及重量百分比为：C 0.10~0.12%；Si 0.45~0.65%；Mn 2.4~2.6%；Cr 0.35~0.45%；Nb 0.05~0.075%；Ti 0.06~0.10%；Als 0.055-0.075%；P≤0.008%；S≤0.002%；N≤0.003%，余量为Fe 和不可避免的杂质；
所述冷弯性能优异的 980MPa 级冷轧双相钢钢板的制备方法包括以下步骤：
（1）冶炼工序；
（2）LF精炼与RH精炼工序；
（3）连铸工序：在此工序中投入动态轻压下和电磁搅拌系统；
（4）热连轧工序：铸坯经1250~1350℃加热，由粗轧机进行5~20 道次轧制，热轧到30~50mm 厚度规格，由热连轧机组进行5~7 道次轧制，轧至6~10mm厚度后，以80~100℃/s的速度快速冷却，在500-650℃范围内进行卷取成钢卷；
（5）酸洗冷轧工序：冷轧压下率为40~50%，轧至0.8~2mm；
（6）连续退火工序。
2.根据权利要求1所述的980MPa 级冷轧双相钢钢板，其特征在于，其化学成分及重量百分比为：C 0.11%；Si 0.50%；Mn 2.5%；Cr 0.40%；Nb 0.06%；Ti 0.08%；Als 0.060%；P0.005%；S 0.001%；N 0.001%，余量为Fe 和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述的980MPa 级冷轧双相钢钢板，其特征在于，其化学成分及重量百分比为：C 0.12%；Si 0.46%；Mn 2.49 %；Cr 0.36%；Nb 0.06%；Ti 0.09%；Als 0.065%；P0.006%；S 0.002%；N 0.001%，余量为Fe 和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述的980MPa 级冷轧双相钢钢板，其特征在于，所述步骤（6）具体包括以下步骤：将酸洗冷轧步骤处理好的钢板，以5-15℃/s加热至170℃后，快速升温至770-810℃，保温90~160s，以6~10℃/s 的速度冷至710~750℃后，以36-60℃ /s 的冷却速度快速冷却至在280~320℃，过时效处理410~700s 后，冷至20~30℃室温。
5.根据权利要求1所述的980MPa 级冷轧双相钢钢板，其特征在于，所述步骤（6）具体包括以下步骤：将酸洗冷轧步骤处理好的钢板，以12℃/s加热至170℃后，快速升温至780℃，保温120s，以6℃/s 的速度冷至740℃后，以55℃/s 的冷却速度快速冷却至310℃，过时效处理500s 后，冷至20~30℃室温。
6.根据权利要求4或5所述的980MPa 级冷轧双相钢钢板，其特征在于，所述的快速升温是指以加热炉最大功率进行升温。
7.根据权利要求1所述的980MPa 级冷轧双相钢钢板，其特征在于：冶炼工序中，可采用转炉、电炉或感应炉冶炼。
8.根据权利要求1所述的980MPa 级冷轧双相钢钢板，其特征在于：酸洗冷轧工序中，热轧带钢经盐酸槽酸洗。
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