CN107502819A - 一种600MPa级0.6mm以下薄规格冷轧双相钢及其制备方法 - Google Patents

一种600MPa级0.6mm以下薄规格冷轧双相钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种600MPa级0.6mm以下薄规格冷轧双相钢及其制备方法，所述冷轧双相钢主要化学成分重量百分比分别为：C：0.05～0.09％；Si：0.2～0.5％；Mn：1.4％～1.8％；P：≤0.020％；S：≤0.01％；Al：0.020％～0.060％；Cr≤0.4％；余量为Fe和不可避免的杂质。其制备方法为：炼钢→转炉冶炼→LF炉精炼→连铸→热连轧→酸洗冷连轧→中间退火→冷连轧/单机架冷轧→连续退火→成品。通过合理的成分设计、热轧、中间退火、二次冷轧压下率和连退工艺设计确保最终产品性能满足抗拉强度在600MPa以上，延伸率高于24％，同时具有良好的板形、表面质量、冲压性能和焊接性能。

Description

一种600MPa级0.6mm以下薄规格冷轧双相钢及其制备方法
技术领域
本发明属于冷轧汽车用钢制造领域，具体涉及一种600MPa级0.6mm以下薄规格冷轧双相钢及其制备方法。
背景技术
为满足汽车轻量化的发展需求，汽车用钢只有向高强化发展才能在不损失安全性能的前提下实现减薄、减重，以使汽车的安全性能和车身重量达到更好的平衡。双相钢产品由于具有较高的强度、良好的延展性、低屈强比、高的初始加工硬化速率以及较好的焊接性能，在汽车制造业得到了广泛应用。目前600MPa级冷轧双相钢是市场需求最多的双相钢产品，国内外能生产汽车板的企业几乎均能生产。目前对于600MPa及冷轧双相钢产品一般生产流程为：炼钢→连铸→热连轧→酸洗冷连轧→退火→成品。
然而根据调研，在实际生产过程中，600MPa级冷轧双相钢产品的酸洗冷轧压下率一般控制在40％～70％之间。对于0.6mm及以下规格的600MPa冷轧双相钢成品对应的热轧中间品厚度一般小于或者等于1.8mm。常规的热连轧难以满足此规格高强钢产品的稳定顺利生产，出现厚度波动、板形不良甚至堆钢等一系列问题，另外，还会有很多过渡卷带粗品产出，造成成材率的降低。因此，常规流程生产0.6mm及以下薄规格600MPa冷轧双相钢在生产过程中仍然存在热轧轧制不稳定或者冷轧机组压下能力不足的问题。
中国专利CN103510012A介绍了一种薄规格二次冷轧荫罩带钢的制造方法，提供了一种薄规格(≤0.15mm)二次冷轧荫罩钢带制造方法，其生产基本流程为：转炉冶炼→连续铸坯→热轧→酸洗和冷连轧火酸轧连线→连续退火→二次冷轧→脱脂→竞争涂油→成品。与之类似的中国专利CN102234736A介绍了一种各向同性优良的二次冷轧高硬度冲压用钢及其制造方法，其工艺流程为：铁水预处理、转炉冶炼、炉后精炼、热轧、酸洗、冷轧轧制、连续退火、二次冷轧、精整成品。以上2项发明专利均可利用二次冷轧实现薄规格产品的顺利轧制，但其二次冷轧工序在退火工序之后，因此二次冷轧后必然会造成材料强度升高，延展性能降低，无法应用到复杂的冲压成形的汽车用钢中。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种600MPa级0.6mm以下薄规格冷轧双相钢及其制备方法。
本发明采取的技术方案为：
一种600MPa级0.6mm以下薄规格冷轧双相钢，所述冷轧双相钢主要化学成分重量百分比分别为：C：0.05～0.09％；Si：0.2～0.5％；Mn：1.4％～1.8％；P：≤0.020％；S：≤0.01％；Al：0.020％～0.060％；Cr≤0.4％；余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，所述冷轧双相钢主要化学成分重量百分比分别优选为：C：0.07～0.085％；Si：0.35～0.45％；Mn：1.50％～1.65％；P：≤0.010％；S：≤0.006％；Al：0.025％～0.04％；Cr：0.1～0.4％；余量为Fe和不可避免的杂质。
各成分的作用如下：
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；对于600MPa级冷轧双相钢马氏体含量和淬透性的设计要求，该级别强度的双相钢C含量一般在0.05～0.09％之间。本发明中C的成分控制在0.05～0.09％较低的范围。
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Si：0.2～0.5％。
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1.4～1.8％。
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，而且扩大了卷取窗口，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，恶化了钢的成形性与焊接性。本发明中Cr含量控制在0.4％以内。
Als：Al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0.02-0.06％。
P、S：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的含量。
本发明还提供了所述600MPa级0.6mm以下薄规格冷轧双相钢的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
(1)冶炼、连铸；
(2)热连轧；
(3)酸洗冷轧；
(4)中间退火；
(5)二次冷轧；
(6)连续退火，得到成品。
所述步骤(1)中具体包括：转炉冶炼—LF炉精炼—连铸；连铸工艺中包目标温度控制在液相线温度以上10～20℃，浇注过程中采用动态轻压下和电磁搅拌，以减少或者消除中心疏松和中心偏析缺陷。
步骤(1)中，还需控制以下参数：
铁水预处理：铁水脱硫后目标[S]≤0.0050％，前扒渣亮面大于70％，后扒渣亮面大于80％；
合金微调站：加入小铝粒调Als，，顶吹6min操作对钢包顶渣初步还原；
LF炉精炼：根据合金微调站出站[Als]含量向渣面加20～50Kg铝粒。根据钢水温度进行加热升温操作，根据渣子状况适当加入石灰或铝矾土；调整[Als]、[C]、[Mn]含量，根据渣的颜色加入铝粒；喂钙线前后弱搅时间均不小于6min，喂实心纯钙包芯线800～100m，喂线速度120～160m/min或FeCa线喂线速度200～220m/min。
所述步骤(2)中，铸坯热轧加热温度为1200～1260℃；目的为减轻铸坯的成分偏析，使奥氏体充分均匀化，以使合金在铸坯各处均匀，防止偏析而导致在轧制冷却过程中在中心形成珠光体带状组织或贝氏体条带。同时也要避免温度过高，时间过长而“过热”，使奥氏体晶粒度过大；
热轧终轧温度控制在860～900℃；防止形变诱导铁素体相变以及形变过大，铁素体在形变带形核，而形成带状组织；
热轧卷取温度控制在520～580℃；温度过高，易形成带状组织；温度过低，对热轧冷却设备及能力要求较高；
热轧中间品厚度在4.0～6.0mm之间；在此规格范围内热轧轧制最稳定、生产效率高。
所述步骤(3)中，将热轧带钢经盐酸槽酸洗后进行冷连轧或冷轧，冷轧至厚度1.6～2.5mm。
所述步骤(4)中，在还原气氛下进行中间退火，退火温度620～740℃；退火温度过低强度高，使冷轧轧制负荷增大；退火温度过高组织粗大造成成品组织粗大。所述还原气氛为氢气。
所述步骤(5)中，二次冷轧压下率控制在60～80％，成品厚度达到0.6mm以下。
所述步骤(6)具体包括以下步骤：
(6-1)将二次冷轧后的带钢加热到150℃预热，然后将经过预热的带钢进一步加热到760℃～800℃；也可不经过预热直接将带钢加热至760℃～800℃。在此过程中冷轧铁素体发生再结晶，渗碳体部分溶解，当温度超过Ac1时开始有奥氏体产生；保温70s～110s进行两相区退火；退火温度主要促使冷轧后的钢板组织再结晶，温度过低则再结晶不完全，过高则晶粒粗大、析出物分解而降低强度，因此要求退火温度控制在760℃～800℃。该过程中实现部分奥氏体化，铁素体中的C、Mn等奥氏体稳定元素向奥氏体中转移，提高奥氏体的淬透性；
(6-2)将保温后的带钢缓慢冷却至670℃～700℃，冷却速度为4℃～7℃；该过程中部分奥氏体转化为铁素体，C、Mn元素进一步向奥氏体中富集；
(6-3)通过吹气冷却使缓慢冷却后的带钢快速冷却至280℃～320℃，保温300s～450s进行时效处理，冷却速度≥30℃/s；在此过程中发生马氏体相变，最终形成铁素体+马氏体的双相组织；气体为氮气或者氮气与氢气的混合气体；
(6-4)将经过时效处理的带钢最后冷却至150℃，冷却速度为2℃/s～4℃/s，在此过程中可能会出现不稳定的奥氏体发生马氏体相变，有利于提高带钢的强度。
进一步地，所述步骤(6-1)中的预热加热速度为5～8℃/s；再加热/直接加热速度为2～3℃/s。
为实现薄规格稳定轧制，本发明通过在常规冷轧双相钢生产流程的热轧工序后通过增加中间退火工艺和二次冷轧工艺，最终命中目标厚度。通过二次冷轧工艺，避免了常规流程生产薄规格冷轧双相钢产品热轧轧制不稳定、成材率低或者冷轧压下率过大导致板形无法控制等缺点。
本发明中二次冷轧工序在连退之前，因此可通过合理的成分设计、热轧、中间退火、二次冷轧压下率和连退工艺设计确保最终产品性能满足抗拉强度在600MPa以上，延伸率高于24％，同时具有良好的板形、表面质量、冲压性能和焊接性能。此外，对于生产工艺及设备没有过高的要求，且操作简单可行，具有良好的应用和推广前景。
附图说明
图1为600MPa级0.6mm以下薄规格冷轧双相钢的生产工艺流程示意图；
图2为实施例1中的600MPa级0.6mm以下薄规格冷轧双相钢不同工艺阶段的金相组织照片，其中(a)热轧组织；(b)中间退火组织；(c)成品组织。
具体实施方式
一种600MPa级0.6mm以下薄规格冷轧双相钢，所述冷轧双相钢主要化学成分重量百分比分别为：C：0.05～0.09％；Si：0.2～0.5％；Mn：1.4％～1.8％；P：≤0.020％；S：≤0.01％；Al：0.020％～0.060％；Cr≤0.4％；余量为Fe和不可避免的杂质。
其制备方法如下：
(1)冶炼、连铸
铁水预处理：铁水脱硫后目标[S]≤0.0050％，前扒渣亮面大于70％，后扒渣亮面大于80％；
合金微调站：加入小铝粒调Als，顶吹6min操作对钢包顶渣初步还原；
LF炉精炼：根据合金微调站出站[Als]含量向渣面加20～50Kg铝粒。根据钢水温度进行加热升温操作，根据渣子状况适当加入石灰或铝矾土；调整[Als]、[C]、[Mn]含量，根据渣的颜色加入铝粒；喂钙线前后弱搅时间均不小于6min，喂实心纯钙包芯线800～100m，喂线速度120～160m/min或FeCa线喂线速度200～220m/min。
连铸：中包目标温度控制在液相线温度以上10～20℃，浇注过程中采用动态轻压下和电磁搅拌，以减少或者消除中心疏松和中心偏析缺陷。
(2)热连轧
将铸坯经1200～1260℃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道次轧制到4.0～6.0mm，终轧温度控制在860～900℃，轧至目标厚度后在520-580℃范围内进行卷取成钢卷；
(3)酸洗冷轧
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＞40％，轧至厚度2.0～2.5mm；
(4)中间退火
在还原气氛下进行中间退火，退火温度620～740℃
(5)二次冷轧
将中间退火后的钢卷经冷连轧或者单机架冷轧至目标厚度≤0.6mm，二次冷轧压下率控制在60～80％。
(6)连续退火，得到成品
(6-1)将二次冷轧后的带钢以5～8℃/s的速度加热到150℃预热；经过预热的带钢进一步以2～3℃/s的速度加热到760℃～800℃，也可不经过预热直接将带钢加热至760℃～800℃，保温70s～110s进行两相区退火；
(6-2)将保温后的带钢缓慢冷却至670℃～700℃，冷却速度为4℃～7℃；
(6-3)通过吹气冷却使缓慢冷却后的带钢快速冷却至280℃～320℃，保温300s～450s进行时效处理，冷却速度≥30℃/s；气体为氮气或者氮气与氢气的混合气体；
(6-4)将经过时效处理的带钢最终冷却至150℃，冷却速度为2℃/s～4℃/s。
下面结合实施例1～12及附图1～2对本发明进行详细说明。
实施例1～12中的600MPa级0.6mm以下薄规格冷轧双相钢的化学成分及重量百分比如表1所示，制备过程中各工艺参数如表2、表3所示，得到的冷轧双相钢的性能如表4所示。
表1实施例1～12中的600MPa级0.6mm以下薄规格冷轧双相钢的化学成分及重量百分比
表2实施例1～6中冷轧双相钢的生产工艺参数
表3实施例7～12中冷轧双相钢的生产工艺参数
表4实施例1～12中冷轧双相钢的性能
按照本发明公开的化学成分及制备方法所生产的冷轧双相钢，其组织形貌为铁素体+马氏体的双相组织，其晶粒度等级在10级以上，如图2(c)所示。
冷轧双相钢的厚度在0.6mm或者以下，抗拉强度在600MPa以上，延伸率高于24％，同时具有良好的板形、表面质量、冲压性能和焊接性能。本发明通过二次冷轧工艺，避免了常规流程生产薄规格冷轧双相钢产品热轧轧制不稳定、成材率低或者冷轧压下率过大导致板形无法控制等缺点。
上述参照实施例对一种600MPa级0.6mm以下薄规格冷轧双相钢及其制备方法进行的详细描述，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 (10)

1.一种600MPa级0.6mm以下薄规格冷轧双相钢，其特征在于，所述冷轧双相钢主要化学成分重量百分比分别为：C：0.05～0.09％；Si：0.2～0.5％；Mn：1.4％～1.8％；P：≤0.020％；S：≤0.01％；Al：0.020％～0.060％；Cr≤0.4％；余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的冷轧双相钢，其特征在于，所述冷轧双相钢主要化学成分重量百分比分别为：C：0.07～0.085％；Si：0.35～0.45％；Mn：1.50％～1.65％；P：≤0.010％；S：≤0.006％；Al：0.025％～0.04％；Cr：0.1～0.4％；余量为Fe和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的冷轧双相钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(1)冶炼、连铸；
(2)热连轧；
(3)酸洗冷轧；
(4)中间退火；
(5)二次冷轧；
(6)连续退火，得到成品。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中具体包括：炼钢—转炉冶炼—LF炉精炼—连铸；连铸工艺中包目标温度控制在液相线温度以上10～20℃，浇注过程中采用动态轻压下和电磁搅拌。
5.根据权利要求3或4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，热轧加热温度为1200～1260℃；热轧终轧温度控制在860～900℃；热轧卷取温度控制在520～580℃；热轧中间品厚度在4.0～6.0mm之间。
6.根据权利要求3-5任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，将热轧带钢经盐酸槽酸洗后进行冷连轧或冷轧，冷轧至厚度1.6～2.5mm。
7.根据权利要求3-6任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，在还原气氛下进行中间退火，退火温度620～740℃。
8.根据权利要求3-7任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，二次冷轧压下率控制在60～80％，成品厚度达到0.6mm以下。
9.根据权利要求3-8任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(6)具体包括以下步骤：
(6-1)将二次冷轧后的带钢加热到150℃预热；经过预热的带钢进一步加热到760℃～800℃，保温70s～110s进行两相区退火；
(6-2)将保温后的带钢缓慢冷却至670℃～700℃，冷却速度为4℃～7℃；
(6-3)通过吹气冷却使缓慢冷却后的带钢快速冷却至280℃～320℃，保温300s～450s进行时效处理，冷却速度≥30℃/s；
(6-4)将经过时效处理的带钢最后冷却至150℃，冷却速度为2℃/s～4℃/s。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(6-1)中的预热加热速度为5～8℃/s；再加热速度为2～3℃/s。
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