CN107653419B

CN107653419B - 一种Nb-Ti微合金化590MPa级钢板及其制备方法

Info

Publication number: CN107653419B
Application number: CN201710860217.3A
Authority: CN
Inventors: 肖尧; 吴菊环; 李正荣; 王羿
Original assignee: Pangang Group Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Research Institute Co Ltd
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2019-07-02
Anticipated expiration: 2037-09-21
Also published as: CN107653419A

Abstract

本发明属于金属板带生产领域，具体涉及一种低成本Nb‑Ti微合金化590MPa级高扩孔性能钢板及其制备方法。本发明Nb‑Ti微合金化590MPa级钢板，其化学成分按重量百分比组成为：C0.06～0.09％，Si≤0.15％，Mn1.45～1.60％，Nb0.030～0.040％，P≤0.02％，S≤0.003％，Als0.015～0.050％，Ti0.020～0.035％，其余为Fe及不可避免的杂质。本发明所得钢板具有成本低、屈服强度高、抗拉强度高、延伸率高、扩孔率高等优点。

Description

一种Nb-Ti微合金化590MPa级钢板及其制备方法

技术领域

本发明属于金属板带生产领域，具体涉及一种低成本Nb-Ti微合金化590MPa级高扩孔性能钢板及其制备方法。

背景技术

随着汽车工业的快速发展，同时能源问题日益严重，汽车轻量化已经成为各个厂家和材料领域科技工作者急需解决的问题。汽车领域的发展对材料要求越来越高，特别是汽车车轮及一些底盘零部件对材料的扩孔性能提出了高的要求。通常材料强度超过一定值时，通过控轧、控冷得到的细晶铁素体其焊接性能恶化严重，制约了细晶强化钢向更高强度的发展。同时，单一铁素体钢的扩孔性能要高于贝氏体或马氏体双相钢。

CN201610450212.9公开了一种590MPa级热轧高强度高扩孔钢及其制造方法，该钢化学成分重量百分比为C：0.02～0.06％，Mn：1.0～2.0％，P≤0.015％，S≤0.005％，O≤0.003％，Al：0.02～0.08％，N≤0.006％，Ti：0.05～0.15％，Mo：0.1～0.3％，但是该技术方案中添加了Mo，合金成本高。

CN201310464989.7公开了抗拉强度590MPa级具有高扩孔性能的铁素体贝氏体钢及其生产方法，其化学成分C：0.05～0.10％，Si：0.10～0.50％，Mn：0.80～1.50％，P：0.03～0.06％，S≤0.008％，Cr：0.20～0.60％，Nb：0.03～0.06％，Al：0.01～0.06％，所述组织为铁素体加贝氏体，该技术方案添加Cr，合金成本增加，同时在此成分体系下贝氏体窗口工艺狭窄，热轧工艺复杂难以稳定控制。

发明内容

针对现有590MPa级钢板扩孔率差、成本高等缺陷，本发明在于提供一种590MPa级热轧高强度高扩孔钢板及其制造方法，该热轧高强度高扩孔钢的屈服强度≥490MPa，抗拉强度≥590MPa，延伸率≥23％，扩孔率≥100％，表现出优异的强度、塑性和扩孔性匹配，可广泛应用于车轮等汽车结构复杂冷成形件。

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种Nb-Ti微合金化590MPa级钢板，其化学成分按重量百分比组成为：C 0.06～0.09％，Si≤0.15％，Mn 1.45～1.60％，Nb 0.030～0.040％，P≤0.02％，S≤0.003％，Als 0.015～0.050％，Ti 0.020～0.035％，其余为Fe及不可避免的杂质。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述Nb-Ti微合金化590MPa级钢板的生产方法。该方法包括以下步骤：采用常规转炉冶炼方法制备钢坯，控制钢坯成分为C 0.06～0.09％，Si≤0.15％，Mn 1.45～1.60％，Nb 0.030～0.040％，P≤0.02％，S≤0.003％，Als0.015～0.050％，Ti 0.020～0.035％，其余为Fe及不可避免的杂质；将钢坯加热至1200～1240℃；粗轧，控制总变形量在80％以上，同时控制后三道次每道次变形量大于20％；过热卷箱；精轧，控制精轧入口温度低于1030℃，终轧温度为850～890℃；精轧结束后以25～60℃/s冷速冷却至600～640℃卷取后空冷即可。

优选的，上述Nb-Ti微合金化590MPa级钢板的生产方法中，所述加热至1200～1240℃保持120～240min。

优选的，上述Nb-Ti微合金化590MPa级钢板的生产方法中，所述粗轧共轧制5道次，每道次变形量大于20％。

本发明的有益效果：

(1)本发明在成分设计上，采用Nb-Ti复合添加，同时精确控制Nb-Ti以及C、N含量，为经济的成分设计；配合特殊的热连轧产线，同时采用终轧结束后快速冷却和适当卷取工艺，生产出了具有高强度、高延伸率以及超高扩孔性能的纳米析出强化型高强度高扩孔性带钢。

(2)本发明所得钢板屈服强度≥490MPa，抗拉强度≥590MPa，延伸率≥23％，扩孔率≥100％，且厚度≤6mm的热轧高强度钢板，表现出优异的强度、塑性和扩孔性能匹配，可应用于形状复杂的汽车底盘、车轮等需要高强高扩孔性能要求的汽车零部件，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1为本发明钢板金相组织形貌，主要是铁素体加微量珠光体；

图2为本发明钢板SEM形貌。

具体实施方式

本发明低成本Nb-Ti微合金化590MPa级高扩孔性能钢板，其化学成分按重量百分比组成为：C 0.06～0.09％，Si≤0.15％，Mn 1.45～1.60％，Nb 0.030～0.040％，P≤0.02％，S≤0.003％，Als≤0.015～0.050％，Ti 0.020～0.035％，其余为Fe及不可避免的杂质。

本发明上述低成本Nb-Ti微合金化590MPa级高扩孔性能钢板的生产方法，采用常规转炉冶炼工艺，铁水脱硫→转炉冶炼复合吹炼→脱氧、合金化→炉后小平台补喂Al线→LF精炼加热→连铸后得到钢坯，该过程合金化控制成分含量为C 0.06～0.09％，Si≤0.15％，Mn1.45～1.60％，Nb 0.030～0.040％，P≤0.02％，S≤0.003％，Als 0.015～0.050％，Ti 0.020～0.035％，其余为Fe及不可避免的杂质；然后板坯加热→高压水除鳞→粗轧→热卷箱卷取→精轧→层流冷却→卷取→包装入库。

上述Nb-Ti微合金化590MPa级钢板的生产方法，包括以下步骤：

A、采用常规转炉冶炼工艺，铁水脱硫→转炉冶炼复合吹炼→脱氧、合金化→炉后小平台补喂Al线→LF精炼加热→连铸后得到钢坯，该过程合金化控制成分含量为C 0.06～0.09％，Si≤0.15％，Mn 1.45～1.60％，Nb 0.030～0.040％，P≤0.02％，S≤0.003％，Als0.015～0.050％，Ti 0.020～0.035％，其余为Fe及不可避免的杂质；

B、钢坯加热温度控制在1200～1240℃，既保证板坯充分受热、合金元素充分固溶，又防止奥氏体晶粒的异常长大；控制总变形量在80％以上，后三道次控制每道次变形量大于20％，保证奥氏体再结晶，细化奥氏体晶粒；粗轧后的钢坯过热卷箱卷取；再精轧，精轧入口温度低于1030℃，终轧温度为850～890℃；精轧后采用前段冷却工艺，以25～60℃/S冷速冷却至600～640℃卷取。

其中，本发明利用Nb在高温时析出的特点可有效控制奥氏体晶粒度的大小，由于Nb的析出物对晶界有强烈的钉扎作用，可以有效细化晶粒。同时，加入较高含量的Ti以保证在热轧卷取阶段在铁素体中析出大量弥散细小的纳米碳化物，起到弥散析出强化效果。

其中，本发明热轧要充分考虑Nb-Ti微合金强化的特殊性，Nb析出温度高，可以有效阻止奥氏体粗化。为配合含Ti成分设计，钢坯加热温度必须足够高，为1200～1240℃，以保证有尽可能多的Ti原子固溶在板坯中。本发明含Ti钢板坯加热时间相对于加热温度影响要小得多，只要加热温度达到Ti的碳氮化物的平衡溶解温度，其溶解速度较快，所以在板坯加热阶段主要是以保证板坯能够均匀烧透为主要目标。加热时间太长时，高温析出的TiN有可能长大和粗化，这些粗大的Ti的碳氮化物在奥氏体晶界处析出，降低了晶界的结合强度，容易在加热过程中，板坯在加热炉中发生断坯现象。因此，根据板坯厚度不同，加热时间通常控制在120～240min即可。

其中，本发明粗轧过程保证每道次的压下可以有效细化奥氏体晶粒。粗轧控制总变形量在80％以上，后三道次控制每道次变形量大于20％。Ti的析出物通常在600～900℃之间，精轧过程有一部分形变诱导析出，这一部分的析出可以提高强度，但是在焊接过程这一部分析出物容易回溶，对焊接性能改善效果小。因此，粗轧和精轧阶段应尽快完成以保留更多的Ti原子析出。

其中，本发明钢板的高强度来自三方面：一是纳米析出强化，二是细小的铁素体晶粒，三是Mn元素等提供的固溶强化。由Orowan机制可知，纳米级碳化物对强度的贡献大约在200～400MPa之间，钢板的高强度还必须来自于相对细小的铁素体晶粒及固溶强化，要达到590MPa的抗拉强度级别，铁素体晶粒的平均晶粒尺寸必须控制在12级以上，这就需要钢板在终轧结束后必须快速冷却至所需的卷取温度。由于本发明为低碳钢，铁素体相变驱动力较大且易形成。因此，带钢终轧后的冷却速度应25～60℃/s使带钢快速冷却至合适的卷取温度，使带钢获得形成针状铁素体和纳米碳化物组成的组织，避免在连续冷却过程中形成块状铁素体，从而获得590MPa级高强度高扩孔钢。

本发明低成本590MPa级热轧铁素体贝氏体双相钢，通过常规转炉冶炼、连铸后，成品钢的化学成分为：C 0.06～0.09％，Si≤0.15％，Mn 1.45～1.60％，Nb 0.030～0.040％，P≤0.02％，S≤0.003％，Als 0.015～0.050％，Ti 0.020～0.035％，其余为Fe及不可避免的杂质；将连铸所得板坯加热到1200～1240℃保温粗轧，根据成品厚度的不同，200～250mm厚的板坯经过5道次粗轧，每道次变形量必须≥20％，根据成品厚度不同，中间坯厚度不同，经过粗轧后的钢坯随后进行热卷箱卷取，所述热卷箱可以为无芯移送热卷箱，在所述热卷箱中实现中间坯头尾互换，以保证钢坯通长的温度均匀；同时去除二次氧化铁皮以保证钢坯板面光洁；中间坯经热卷箱卷取之后即进行移位开卷，进入精轧区进行精轧，精轧入口温度低于1030℃，终轧温度范围为850～890℃，精轧后采用前段冷却工艺，以25～60℃/S冷速冷却至600～640℃卷取。

本发明通过巧妙合理的成分设计，同时配合热连轧工艺即可获得强度、塑性和扩孔性能优异的590MPa级纳米析出强化高强钢。本发明钢板组织为全铁素体和纳米析出相，其中铁素体平均晶粒度在11.5以上，纳米析出相尺寸为5-70nm。在抗拉强度达到590MPa高强度的同时，延伸率≥23％，扩孔率≥100％。在成分设计上，Nb-Ti微合金化可以在较高的工艺窗口条件下得到细小的晶粒同时析出弥散细小的纳米级碳化物，起到强烈的析出强化效果及细晶强化效果。

下面是本发明的实施例，本实施例于攀钢2050热轧机组轧制。表1是本发明实施例的化学成分，表2是热轧工艺控制值，表3是钢卷的力学性能。

表1实施例的化学成分

实施例	C	Si	Mn	P	S	Ti	Nb	Als
									1	0.09	0.1	1.52	0.015	0.003	0.032	0.036	0.038

表2实施例的热轧工艺控制值

表3实施例的钢卷的力学性能

实施例	屈服强度(ReL)MPa	抗拉强度(Rm)MPa	延伸率(A)％	扩孔率(％)
					1	556	638	26.0	103
2	616	680	26.0	111
					3	579	644	25.5	107
4	594	656	26.5	105
					5	614	680	24.0	109

Claims

1.Nb-Ti微合金化590MPa级钢板，其特征在于：其化学成分按重量百分比组成为：C0.06～0.09%，Si≤0.15%，Mn 1.45～1.60%，Nb 0.030～0.036%，P≤0.02%，S≤0.003%，Als0.015～0.050%，Ti 0.020%，其余为Fe及不可避免的杂质；

所述Nb-Ti微合金化590MPa级钢板的生产方法，包括以下步骤：采用常规转炉冶炼方法制备钢坯，控制钢坯成分为C 0.06～0.09%，Si≤0.15%，Mn 1.45～1.60%，Nb 0.030～0.036%，P≤0.02%，S≤0.003%，Als 0.015～0.050%，Ti 0.020%，其余为Fe及不可避免的杂质；将钢坯加热至1200～1240℃保持120～240min；粗轧，控制总变形量在80%以上，同时控制后三道次每道次变形量大于20%；过热卷箱；精轧，控制精轧入口温度低于1030℃，终轧温度为850～890℃；精轧结束后，以25～60℃/s冷速冷却至 600～640℃卷取后空冷即可；所述粗轧共轧制5道次，每道次变形量大于20%。

2.权利要求1所述的Nb-Ti微合金化590MPa级钢板的生产方法，其特征在于：包括以下步骤：采用常规转炉冶炼方法制备钢坯，控制钢坯成分为C 0.06～0.09%，Si≤0.15%，Mn1.45～1.60%，Nb 0.030～0.036%，P≤0.02%，S≤0.003%，Als 0.015～0.050%，Ti 0.020%，其余为Fe及不可避免的杂质；将钢坯加热至1200～1240℃；粗轧，控制总变形量在80%以上，同时控制后三道次每道次变形量大于20%；过热卷箱；精轧，控制精轧入口温度低于1030℃，终轧温度为850～890℃；精轧结束后，以25～60℃/s冷速冷却至 600～640℃卷取后空冷即可。

3.根据权利要求2所述的Nb-Ti微合金化590MPa级钢板的生产方法，其特征在于：将钢坯加热至1200～1240℃保持120～240min。

4.根据权利要求2所述的Nb-Ti微合金化590MPa级钢板的生产方法，其特征在于：所述粗轧共轧制5道次，每道次变形量大于20%。