CN107326276A - 一种抗拉强度500~600MPa级热轧高强轻质双相钢及其制造方法 - Google Patents

一种抗拉强度500~600MPa级热轧高强轻质双相钢及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种抗拉强度500～600MPa级热轧高强轻质双相钢及其制造方法。该钢的原料化学成分的质量百分比为C：0.04～0.20％、Mn：0.50～3.00％、Al:3.0～8.0％、P≤0.015％、S≤0.010％、N≤0.008％，还包括Cr、Si、Ti、V、Mo、Nb、Ca、Ni、Cu中的至少一种或几种，其余为Fe和不可避免的杂质，且上述元素同时满足0.20≤(15C+0.5Mn)/Al≤0.80。本发明钢的微观组织为铁素体+贝氏体+残余奥氏体组织，通过炼钢—铸造—热轧的工艺流程，制得的钢材表现良好的强度和韧性，抗拉强度500～600MPa，延伸率≥22％，屈强比≤0.80，可应用于汽车结构件或加强件等需要良好成形性能和高强减薄的部位。

Description

一种抗拉强度500～600MPa级热轧高强轻质双相钢及其制造 方法
技术领域
本发明属于汽车用钢生产技术领域，具体涉及一种抗拉强度500～600MPa级热轧高强轻质双相钢及其制造方法。
背景技术
近年来，随着汽车节能减排技术的推进，汽车轻量化成为一种发展趋势。薄规格高强钢是汽车轻量化材料的发展方向之一，而在薄规格高强钢中，由于铁素体+马氏体双相高强钢具有良好的强塑性、低屈强比、高初始加工硬化率、良好烘烤硬化性而得到广泛应用。传统铁素体+马氏体双相钢一般由70％～90％的铁素体和10～30％的马氏体组成，主要采用添加0.08～0.20％的碳和添加一定量的Si、Cr、Mn、Cu等合金元素，并通过复杂的冷却工艺来控制钢中的铁素体和马氏体的比例，从而达到强塑配比和低屈强比，传统双相钢的抗拉强度可涵盖500～1000MPa。
与冷轧双相钢相比，热轧双相钢不但可以缩减钢板生产过程中的冷轧、退火、重卷等工序，而且还可避免冷轧后的钢材加工硬化，降低零件冲压过程中对模具的磨损和回弹量。然而目前，国内外生产及应用的高强度热轧双相钢仍以冷轧为主。因此，开发高强度热轧双相钢对于扩大热轧双相钢的应用范围，促进汽车用钢板“以热代冷”具有重要的意义。
由于传统铁素体+马氏体双相钢的密度一般在7.80g/cm3以上，因此，减重主要通过提高强度来实现汽车部件的减薄，而当汽车零部件减薄到一定程度时，厚度继续减薄则会降低其汽车零部件的刚度，由此限制了汽车零部件的减重潜能。另外，传统双相钢由于成分和工艺控制范围窄，控制能力尤其冷却能力要求高，一般设备难以达到要求。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的就是要提供一种抗拉强度500～600MPa级热轧高强轻质双相钢及其制造方法。该热轧高强轻质双相钢具有良好的强塑配比和低屈强比，并且成分和工艺控制范围较宽，其制造工艺流程简单，尤其是冷却工艺，可形成一定量的铁素体和贝氏体组织+残余奥氏体组织，并保证良好的强度和韧性。
为实现上述目的，本发明提供一种抗拉强度500～600MPa级热轧高强轻质双相钢，该钢的原料化学成分的质量百分比为C：0.04～0.20％、Mn：0.5～3.0％、Al:3.0～8.0％、P≤0.015％、S≤0.010％、N≤0.008％，还包括Cr、Si、Ti、V、Mo、Nb、Ca、Ni、Cu中的至少一种或一种，以上元素的质量百分比为：Cr：0.05～1.0％、Si：0.01～1.00％、Ti：0.01～0.10％、V：0.01～0.10％，Mo：0.10～0.50％、Nb：0.02～0.10％、Ca：0.0001～0.10％、Ni：0.05～2.00％、Cu：0.01～1.50％，其余为Fe和不可避免的杂质，且上述元素同时满足0.2≤(15C+0.5Mn)/Al≤0.80。
优选的，所述Al的质量百分比为3.5～6.5％。
优选的，所述S的质量百分比控制在0.005％以下。
优选的，所述N的质量百分比控制在0.006％以下。
本发明中各元素及主要工艺的作用：
C：C在钢中起固溶强化的作用，可以与钢中的Ti、Nb、V、Zr、Mo等碳化物形成元素形成MC细小颗粒，起到析出强化和细化晶粒的作用，提高钢材的强度。但C含量过高会降低钢材的韧性和焊接性能。因此，本发明钢中C的质量百分比控制在0.04％～0.20％的范围内。
Mn：Mn在钢中起固溶强化和稳定奥氏体的作用。Mn含量过低，强化作用太小，奥氏体不稳定；Mn含量过高，容易在板带厚度中心形成严重偏析，降低产品韧性，成型过程中容易导致开裂。因此，本发明钢中Mn的质量百分比控制在0.5～3.0％的范围内。
Al：Al为轻质元素，由于其原子质量小且比铁原子半径大，可有效降低钢材的密度，因此为轻质双相钢的主要添加元素；Al也可起到固溶强化的作用，且Al在相变过程中可有效抑制碳化物的形成，从而有效抑制珠光体等的形成。Al元素含量过高会形成FeAl金属间化合物，降低钢材韧性。因此，本发明钢中Al的质量百分比控制在43.0-8.0％的范围内，优选范围为3.5～6.5％。
P：P为钢中的杂质元素，易在晶界产生偏聚，影响产品的韧性，因此其含量越低越好。根据实际控制水平，应控制在0.015％以下。
S：S为钢中的杂质元素，易在晶界产生偏聚，且与钢中的Fe形成低熔点的FeS，降低钢材的韧性，炼钢时应充分去除，应控制在0.010％以下，优选范围为S≤0.005％。
N：N为钢中的杂质元素，降低钢材的韧性，容易和钢中Al、Ti形成AlN和TiN，含量过高，易形成粗大的AlN和TiN，因此尽量降低其含量，应控制在0.008％以下，优选范围N≤0.006％。
本发明中C、Al、Mn元素含量需满足0.20≤(15C+0.5Mn)/Al≤0.80。当0.20≤(15C+0.5Mn)/Al≤0.80时，可保证钢中形成一定量的铁素体、贝氏体和残余奥氏体组织，保证钢材的性能，且能有效提高钢材的焊接性能。
Cr：Cr为固溶强化元素，可提高钢材的强度和提高钢材的淬透性，Cr含量太高易形成碳化物，降低钢材的韧性，因此，本发明钢中Cr的质量百分比控制在0.05～1.00％。
Si：Si在钢中起固溶强化作用。Si含量过低，固溶强化效果不明显；但Si含量过高也会对表面质量产生不利影响。因此，本发明钢中Si的质量百分比控制在0.01～1.00％的范围内。
Ti：Ti在钢中起到固溶强化的作用，与钢中的C、N结合形成TiC和TiN，起到析出强化的作用。但Ti含量过高会增加钢材的制造成本。因此，本发明钢中Ti的质量百分比控制在0.01～0.10％。
Nb：Nb在钢中起到固溶强化的作用，与钢中的C、N结合形成NbC和NbN，起到析出强化的作用。但Nb含量过高会增加钢材的制造成本。因此，本发明钢中Nb的质量百分比控制在0.02～0.10％。
V：V在钢中起到固溶强化的作用，与钢中的C、N结合形成VC和VN，起到析出强化的作用。但V含量过高会增加钢材的制造成本。因此，本发明钢中V的质量百分比控制在0.01～0.10％。
Mo：Mo在钢中起到固溶强化的作用，与钢中的C结合形成MoC，起到析出强化的作用。但Mo含量过高会增加钢材的制造成本。因此，本发明钢中Mo的质量百分比控制在0.10～0.50％。
Ca：一定含量的钙可改善钢中夹杂物的状态，从而有利于提高钢的韧性。因此，本发明钢中Ca的质量百分比控制在0.0001～0.10％。
Ni：Ni为固溶强化元素，一定含量的Ni可提高钢材的抗氧化性和耐蚀性，但Ni价格昂贵，因此，本发明钢中Ni的质量百分比控制在0.05～2.0％。
Cu：Cu在钢中起到固溶强化和析出强化的作用，但Cu过高对表面质量产生不利影响，而且由于价格昂贵，因此，本发明钢中Cu的质量百分比控制在0.01～1.50％。
本发明提供一种抗拉强度500～600MPa级热轧高强轻质双相钢的制造方法，包括以下步骤：
1)冶炼；
2)铸造：所采用的保护渣中Al2O3和SiO2的质量百分比满足Al2O3/SiO2≥1.0，拉速为0.5～10.0m/min，过热度15～50℃；
3)板坯加热：加热速率5～50℃/min，板坯出炉温度1050～1200℃，加热时间10～200min；
4)热轧：热轧压缩比≥90％，热轧终轧温度800～950℃；
5)冷却卷取：冷却速率≥10℃/s，卷取温度350～550℃。
具体的，铸造时，板坯可采用铸锭、薄带铸轧、薄板坯连铸、常规厚板坯连铸等方式生产。
更具体的，采用薄板坯连铸时，板坯连铸后直接进入均热炉中均热，且板坯入炉温度应≥800℃。
更具体的，采用厚板坯连铸时，厚板坯先冷却，然后进入加热炉加热。
具体的，板坯冷却时，采用保温罩进行缓冷，冷却速率≤50℃/min，板坯从保温罩进入加热炉加热时，板坯入炉温度≥200℃；热轧带钢冷却方式采用前段冷却、两段冷却或多段冷却。
采用上述制造工艺的理由在于：
铸造时，由于钢中含有高的Al，且Al易与保护渣中SiO2发生反应，从而导致连铸高铝钢出现表面质量问题，因此Al2O3/SiO2≥1.0。合适的拉速和过热度有利于板坯表面质量和内部质量的控制，有利于减少内部偏析、缩孔和表面裂纹、内部裂纹等缺陷。
由于钢中加入大量的Al提高了钢材的热膨胀系数。加入速率过高，容易引起连铸坯因内应力过大而产生开裂；加入速率过低，加热时间过长，引起表面脱碳严重，钢中晶粒粗大，降低钢材的韧性。因此本发明加热速率为5～50℃/min。
本发明中出炉温度在1050～1200℃，因为加热温度低时，钢中的元素难以扩撒，钢中均匀性较差，且温度过低板坯塑性降低，变形抗力增加，容易产生边裂问题；而温度太高容易造成脱碳严重和晶粒粗大，降低钢材韧性。
本发明的加热时间为10～200min，因为加热时间太短，板坯的温度均匀性差，合金元素扩散不充分；而加热时间太长，容易造成板坯表面脱碳严重。
本发明的终轧温度800～950℃，因为终轧温度过高，导致奥氏体晶粒粗大，降低钢材韧性；而终轧温度过低，变形抗力会增大，造成板带轧制开裂。
本发明热轧后带钢冷却过程中，带钢冷却速率≥10℃/s，卷取温度350～550℃。因为带钢冷却速率过低，钢中析出碳化物，降低钢中马氏体的含量。卷取温度过高，钢中形成铁素体和珠光体组织，降低钢材的强度和塑性，卷取温度过低，钢中形成马氏体组织，降低钢材的塑性。
本发明通过合理的成分设计，采用低碳、低硅的基本元素结合以锰、铝为主，铬、钛、铌、钒和钼等固溶强化元素选择性添加的化学组成，配合炼钢—连铸—热轧的工艺流程，获得屈强比低、抗压强度与延伸率匹配好的钢产品。本发明钢的微观组织为铁素体+贝氏体+残余奥氏体组织。而且通过大量的理论分析和实验证明，满足0.20≤(15C+0.5Mn)/Al≤0.80，配以合适的简单有效的冷却工艺，才能保证钢中形成一定量的铁素体和贝氏体组织+残余奥氏体组织，有效提高钢材的焊接性能。
本发明的有益效果是：1)本发明制造得到的热轧高强轻质钢具备500～600MPa的抗拉强度，22％以上的延伸率，且屈强比小于0.80，密度7.50g/cm3以下，比常规双相钢降低5％以上，具备良好的减重潜力，适用于汽车结构件及加强件的制造。2)本制造方法工艺流程短，生产工艺简单易行，无需复杂的冷却控制工艺和控制设备，不额外增加设备投资。
附图说明
图1为本发明实施例1钢的金相照片。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不限制本发明。凡是不背离本发明构思的改变或等同替代均包括在本发明的保护范围之内。
表1为本发明实施例钢的化学成分(wt％)，表2为本发明各实施例及对比例钢的制造工艺参数，表3为本发明各实施例钢的性能。
本发明各实施例和对比例按照以下步骤生产：
主要工艺流程：冶炼→模铸或连铸→加热或均热→轧制→冷却→卷取→成品，其中工艺参数参见表2。
从表3实施例钢的性能可以看出，本发明的产品抗拉强度达到500～600MPa，延伸率超过22％，屈强比低于0.80，密度7.50g/cm3以下，密度比常规钢种降低5.0％以上；对比例钢的密度为7.80g/cm3，比常规钢种的密度只降低约0.6％。

Claims (9)

1.一种抗拉强度500～600MPa级热轧高强轻质双相钢，包括化学成分的质量百分比为：C：0.04～0.20％、Mn：0.50～3.00％、Al:3.0～8.0％、P≤0.015％、S≤0.010％、N≤0.008％，还包括Cr、Si、Ti、V、Mo、Nb、Ca、Ni、Cu中的至少一种或几种，以上元素的质量百分比为：Cr：0.05～1.00％、Si：0.01％～1.00％、Ti：0.01～0.10％、V：0.01～0.10％、Mo：0.10～0.50％、Nb：0.02～0.10％、Ca：0.0001～0.10％、Ni：0.05～2.00％、Cu：0.01～1.50％，其余为Fe和不可避免的杂质，且所述元素同时满足0.20≤(15C+0.5Mn)/Al≤0.80。
2.根据权利要求2所述的抗拉强度500～600MPa级热轧高强轻质双相钢，其特征在于：所述Al的质量百分比为3.5～6.5％。
3.根据权利要求2所述的抗拉强度500～600MPa级热轧高强轻质双相钢，其特征在于：所述S的质量百分比控制在0.005％以下。
4.根据权利要求2所述的抗拉强度500～600MPa级热轧高强轻质双相钢，其特征在于：所述N的质量百分比控制在0.006％以下。
5.一种抗拉强度500～600MPa级热轧高强轻质双相钢的制造方法，包括以下步骤：
1)冶炼；
2)铸造：所采用的保护渣中Al2O3和SiO2的质量百分比满足Al2O3/SiO2≥1.0，拉速为0.5～10.0m/min，过热度15～50℃；
3)板坯加热：加热速率5～50℃/min，板坯出炉温度1050～1200℃，加热时间10～200min；
4)热轧：热轧压缩比≥90％，热轧终轧温度800～950℃；
5)冷却卷取：冷却速率≥10℃/s，卷取温度350～550℃。
6.根据权利要求5所述抗拉强度500～600MPa级热轧高强轻质双相钢的制造方法，其特征在于：所述铸造时，板坯采用铸锭、薄带铸轧、薄板坯连铸和常规厚板坯连铸方式生产。
7.根据权利要求6所述抗拉强度500～600MPa级热轧高强轻质双相钢的制造方法，其特征在于：所述薄板坯连铸时，板坯连铸后直接进入均热炉中均热，且板坯入炉温度应≥800℃。
8.根据权利要求6所述抗拉强度500～600MPa级热轧高强轻质双相钢的制造方法，其特征在于：所述厚板坯连铸时，厚板坯先冷却，然后进入加热炉加热。
9.根据权利要求5所述抗拉强度500～600MPa级热轧高强轻质双相钢的制造方法，其特征在于：所述板坯冷却时，采用保温罩进行缓冷，冷却速率≤50℃/min，板坯从保温罩进入加热炉加热时，板坯入炉温度≥200℃；热轧后的带钢冷却方式采用前段冷却、两段冷却或多段冷却。
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