CN108359895A - 一种抗拉强度950MPa级别的热成形钢及其热轧工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗拉强度950MPa级别的热成形钢及其热轧工艺，所述热成形钢化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.06～0.10%，Si：0.3～0.6%，Mn：1.0～2.0%，S≤0.004%，P≤0.02%，Nb：0.01～0.06%，Ti：0.01～0.06%，B：0.0008～0.0020%，其余为Fe及不可避免的杂质；所述热轧工艺包括加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取工序。本发明生产的热成形钢产品经热成形工艺处理后，微观组织由多边形铁素体和马氏体组成，屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥950MPa，断后伸长率≥10%，可用于对塑性、强度和焊接性能要求较高的汽车用钢领域。

Description

一种抗拉强度950MPa级别的热成形钢及其热轧工艺

技术领域

本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种抗拉强度950MPa级别的热成形钢及其热轧工艺。

背景技术

随着汽车工业的发展，世界各国对汽车的安全、节能和排放的要求越来越苛刻，超高强度钢在汽车领域的应用也越来越广泛。然而超高强度钢的广泛使用，也给汽车零部件的生产带来了越来越大的挑战。热成形是将成形和强化分为两个步骤生产超高强度汽车零部件的一种新工艺，它将热处理与塑性成形相结合，很好地解决了高强度钢板在成形过程中所出现的变形困难、回弹等问题，从而保证了零件的成形精度。

热成形钢是一种适用于热成形工艺生产的高强度特殊合金钢，在化学成分设计方面，普遍采用Mn和B元素来获得良好的淬透性；在生产工艺方面，主要以热轧板或者热轧酸洗板的形式供货。22MnB5和27MnCrB5是目前使用最为广泛的热成形钢品种，经过热成形处理后，屈服强度超过1000MPa，抗拉强度可达1500MPa以上。近年来，为了满足汽车行业对轻量化和安全性的需要，开发强度更高的热成形钢新品种，已逐渐成为热成形钢领域的研究重点。

目前，汽车行业对于塑性要求较高（断后伸长率在10%以上）、强度适中（抗拉强度800～1000MPa范围）、厚度规格较大（≥4mm）的板材产品存在一定的需求。然而在成熟的汽车板产品当中，很难找到与之对应的候选材料：22MnB5、27MnCrB5等热成形钢品种虽然具有很高的强度，但是断后伸长率普遍在5%以下，塑性存在不足；而冷轧双相钢、Q&P钢等高强钢产品的厚度规格难以满足要求，成形工艺也存在较大难度。因此开发抗拉强度950MPa级别的热成形钢新产品，不仅可以充分利用热成形工艺的优势，而且能够直接针对汽车行业的需要，填补产品空白。

综合以上因素，本发明提供了一种抗拉强度950MPa级别的热成形钢及其热轧工艺，该热成形钢品种和热轧工艺属完全自主创新，国内外没有此方面的专利或研究报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种抗拉强度950MPa级别的热成形钢及其热轧工艺。本发明热成形钢板材经过常规的热成形工艺处理后，微观组织由多边形铁素体和马氏体组成，屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥950MPa，断后伸长率≥10%，可用于对塑性、强度和焊接性能要求较高的汽车用钢领域，同时，由于采用低碳低合金成分设计，板材的生产成本低。

为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是：一种抗拉强度950MPa级别的热成形钢，所述热成形钢化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.06～0.10%，Si：0.3～0.6%，Mn：1.0～2.0%，S≤0.004%，P≤0.02%，Nb：0.01～0.06%，Ti：0.01～0.06%，B：0.0008～0.0020%，其余为Fe及不可避免的杂质。

本发明所述热成形钢化学成分中，C：0.06～0.08%；所述热成形钢化学成分中，Mn：1.0～1.5%；所述热成形钢化学成分中，Nb：0.02～0.04%；所述热成形钢化学成分中，Ti：0.01～0.03%；所述热成形钢化学成分中，B：0.0008～0.0012%，均以质量百分含量计。

本发明所述热成形钢的屈服强度≥450MPa，抗拉强度≥550MPa，断后伸长率≥20%；所述热成形钢经过常规的热成形工艺处理后微观组织由多边形铁素体和马氏体组成，屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥950MPa，断后伸长率≥10%。

本发明还提供了上述一种抗拉强度950MPa级别的热成形钢的热轧工艺，所述热轧工艺包括加热、粗轧、精轧、层流冷却、卷取工序。

本发明所述粗轧工序，开轧温度控制在1100～1200℃，总压下量≥70%，获得中间坯。

本发明所述精轧工序，精轧时，中间坯的开轧温度控制在900～950℃，终轧温度控制在800～900℃，经过7个道次的轧制，总压下量≥80%，获得产品所需的最终厚度。

本发明所述加热工序，将铸锭或铸坯加热到1100～1300℃，保温1～3h，随后出炉进入粗轧工序。

本发明所述层流冷却工序，采用前端冷却。

本发明所述卷取工序，卷取温度控制在650～700℃，卷取后自然空冷至室温。

本发明抗拉强度950MPa级别的热成形钢的成分设计思路：

在普通C-Mn-B系热成形钢的基础上，降低C的含量，以保证材料的焊接性能；降低B的含量，以避免由于淬透性过高而导致的塑性和韧性不足；加入微量的Nb和Ti可进一步细化奥氏体晶粒和马氏体板条组织，从而最大限度地保证钢板在保持高强度的同时，仍然具有较好的韧性。

具体如下：

C：碳是钢中最基本的元素，也是影响屈服强度和抗拉强度的主要因素之一。同时，碳元素对材料的焊接性能也有重要影响。一般而言，钢中的碳元素含量越高，屈服强度和抗拉强度也随之提高，而焊接性能则随之降低。本发明为了保证获得抗拉强度在950MPa级别的热成形钢板材，在采用Mn、B以及微合金元素的情况下，碳含量至少要达到0.06%以上，否则板材经热成形处理后的抗拉强度难以满足要求。另一方面，如果碳含量过高并超过0.10%，将会对板材的焊接性能造成影响，从而降低材料的使用价值。因此综合考虑碳元素对强度和焊接性能的影响，钢中的碳含量应当控制在0.06～0.10%，优选0.06～0.08%。

Si：硅是钢中最基本的元素，对于板材的力学性能没有特别直接的影响。钢中残余的硅元素含量通常在0.6%以下。如果硅含量过高，会对焊接性能造成危害；如果硅含量控制在0.3%以下，那么将会额外增加冶炼的成本。因此硅含量控制在0.3～0.6%。

Mn：锰是钢中最基本的元素，也是本发明采用的重要合金元素之一。锰可以稳定奥氏体并降低钢的临界淬火速度，从而提高材料的淬透性。在本发明中，为了提高淬透性，进而保证材料经热成形处理后所需的强度，锰含量至少应当达到1.0%以上；同时，如果锰含量超过2.0%，那么将会显著增加板坯开裂的风险。因此锰含量应控制在1.0～2.0%，优选1.0～1.5%。

S：硫是钢中的杂质元素，如果硫含量过高，将会增加钢材的热脆倾向。因此硫元素的含量越低越好，实际生产时一般控制在0.004%以下。

P：磷是钢中的杂质元素，如果磷含量过高，将会在钢坯凝固时析出Fe₂P共晶组织并导致冷脆现象。因此磷元素的含量越低越好，实际生产时一般控制在0.02%以下。

Nb：铌是本发明采用的重要合金元素之一。铌可以有效地细化晶粒并提高材料的再结晶温度，从而改善板材的强韧性。如果铌含量低于0.01%，那么将无法起到应有的作用；如果超过0.06%，那么不仅会增加成本，而且反而会对性能造成不利影响。因此铌含量应控制在0.01～0.06%，优选0.02～0.04%。

Ti：钛是本发明采用的重要合金元素之一。钛与铌的作用类似，也能够发挥细化晶粒、改善强韧性的作用，同时钛还可以消除铌元素在奥氏体晶界的偏聚，起到良好的辅助效果。如果钛元素含量过高，则会增加其粗大碳化物、氮化物夹杂物的数量，从而影响综合力学性能。因此钛含量应控制在0.01～0.06%，优选0.01～0.03%。

B：硼是本发明采用的重要合金元素之一。少量的硼（0.0008～0.0030%）可以有效提高淬透性，从而提高板材经热成形处理之后的强度。但是如果硼含量过低（0.0008%以下），则难以起到提高淬透性的作用；如果含量过高（超过0.0030%），则会显著增加材料的热裂倾向，并对韧性造成危害。由于本发明所述的热成形钢的抗拉强度在950MPa级别，因此将硼的含量控制在0.0008～0.0020%，优选0.0008～0.0012%。

本发明参考常规的热成形处理工艺，具体参数如下：以50℃/s的速率将板材加热至900℃并保温120s，然后立即将加热后的板材送入模具冲压，并在模具中快速冷却至室温。

本发明抗拉强度950MPa级别的热成形钢产品质量根据用户协议标准，即经过常规的热成形工艺处理后，屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥950MPa，断后伸长率≥10%。产品性能检测标准参考GB/T 228.1-2010《金属材料 拉伸试验 第1部分：室温试验方法》和GB/T13298-2015《金属显微组织检验方法》。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明采用合理的化学成分设计，获得综合力学性能良好的热成形钢板材，板材的屈服强度≥450MPa，抗拉强度≥550MPa，断后伸长率≥20%。2、本发明热成形钢板材经过常规的热成形工艺处理后，微观组织由多边形铁素体和马氏体组成，屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥950MPa，断后伸长率≥10%，可用于对塑性、强度和焊接性能要求较高的汽车用钢领域，同时，由于采用低碳低合金成分设计，板材的生产成本低。

附图说明

图1为本发明实施例1热成形钢板材在热成形处理前的金相组织图；

图2为本发明实施例1热成形钢板材在热成形处理后的金相组织图；

图3为本发明实施例2热成形钢板材在热成形处理后的金相组织图；

图4为本发明实施例3热成形钢板材在热成形处理后的金相组织图；

图5为本发明实施例4热成形钢板材在热成形处理后的金相组织图；

图6为本发明实施例5热成形钢板材在热成形处理后的金相组织图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

本实施例抗拉强度950MPa级别的热成形钢板材厚度为5.0mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例抗拉强度950MPa级别的热成形钢板材的热轧工艺包括加热、粗轧、精轧、层流冷却、卷取工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）加热工序：铸坯加热到1100℃，保温3h，随后出炉进入粗轧工序；

（2）粗轧工序：开轧温度控制在1100℃，总压下量75%，获得中间坯；

（3）精轧工序：中间坯的开轧温度910℃，终轧温度830℃，经过7个道次的轧制，总压下量90%，获得产品所需的最终厚度；

（4）层流冷却工序：采用前端冷却；

（5）卷取工序：卷取温度650℃，卷取后自然空冷至室温。

图1是本实施例热成形钢板材在热成形处理前的金相组织图，可见板材的微观组织主要由多边形铁素体、粒状贝氏体和少量的珠光体组成；图2为热成形钢板材经过热成形处理后的金相组织图，可见微观组织是由马氏体和多边形铁素体组成。

本实施例抗拉强度950MPa级别的热成形钢板材热成形处理前力学性能见表2，热成形处理后力学性能见表3。

实施例2

本实施例抗拉强度950MPa级别的热成形钢板材厚度为4.2mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例抗拉强度950MPa级别的热成形钢板材的热轧工艺包括加热、粗轧、精轧、层流冷却、卷取工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）加热工序：铸锭加热到1150℃，保温2h，随后出炉进入粗轧工序；

（2）粗轧工序：开轧温度1150℃，总压下量70%，获得中间坯；

（3）精轧工序：中间坯的开轧温度925℃，终轧温度840℃，经过7个道次的轧制，总压下量86%，获得产品所需的最终厚度；

（4）层流冷却工序：采用前端冷却；

（5）卷取工序：卷取温度680℃，卷取后自然空冷至室温。

本实施例热成形钢板材在热成形处理前的金相组织图与实施例1类似，故省略；图3为热成形钢板材经过热成形处理后的金相组织图，可见微观组织是由马氏体和多边形铁素体组成。

本实施例抗拉强度950MPa级别的热成形钢板材热成形处理前力学性能见表2，热成形处理后力学性能见表3。

实施例3

本实施例抗拉强度950MPa级别的热成形钢板材厚度为4.0mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例抗拉强度950MPa级别的热成形钢板材的热轧工艺包括加热、粗轧、精轧、层流冷却、卷取工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）加热工序：铸坯加热到1300℃，保温1h，随后出炉进入粗轧工序；

（2）粗轧工序：开轧温度1200℃，总压下量80%，获得中间坯；

（3）精轧工序：中间坯的开轧温度950℃，终轧温度865℃，经过7个道次的轧制，总压下量80%，获得产品所需的最终厚度；

（4）层流冷却工序：采用前端冷却；

（5）卷取工序：卷取温度693℃，卷取后自然空冷至室温。

本实施例热成形钢板材在热成形处理前的金相组织图与实施例1类似，故省略；图4为热成形钢板材经过热成形处理后的金相组织图，可见微观组织是由马氏体和多边形铁素体组成。

本实施例抗拉强度950MPa级别的热成形钢板材热成形处理前力学性能见表2，热成形处理后力学性能见表3。

实施例4

本实施例抗拉强度950MPa级别的热成形钢板材厚度为4.5mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例抗拉强度950MPa级别的热成形钢板材的热轧工艺包括加热、粗轧、精轧、层流冷却、卷取工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）加热工序：铸坯加热到1300℃，保温1.5h，随后出炉进入粗轧工序；

（2）粗轧工序：开轧温度1130℃，总压下量72%，获得中间坯；

（3）精轧工序：中间坯的开轧温度900℃，终轧温度800℃，经过7个道次的轧制，总压下量83%，获得产品所需的最终厚度；

（4）层流冷却工序：采用前端冷却；

（5）卷取工序：卷取温度700℃，卷取后自然空冷至室温。

本实施例热成形钢板材在热成形处理前的金相组织图与实施例1类似，故省略；图5为热成形钢板材经过热成形处理后的金相组织图，可见微观组织是由马氏体和多边形铁素体组成。

本实施例抗拉强度950MPa级别的热成形钢板材热成形处理前力学性能见表2，热成形处理后力学性能见表3。

实施例5

本实施例抗拉强度950MPa级别的热成形钢板材厚度为4.8mm，其化学成分组成及质量百分含量见表1。

本实施例抗拉强度950MPa级别的热成形钢板材的热轧工艺包括加热、粗轧、精轧、层流冷却、卷取工序，具体工艺步骤如下所述：

（1）加热工序：铸锭加热到1280℃，保温2.5h，随后出炉进入粗轧工序；

（2）粗轧工序：开轧温度1170℃，总压下量70%，获得中间坯；

（3）精轧工序：中间坯的开轧温度935℃，终轧温度900℃，经过7个道次的轧制，总压下量88%，获得产品所需的最终厚度；

（4）层流冷却工序：采用前端冷却；

（5）卷取工序：卷取温度660℃，卷取后自然空冷至室温。

本实施例热成形钢板材在热成形处理前的金相组织图与实施例1类似，故省略；图6为热成形钢板材经过热成形处理后的金相组织图，可见微观组织是由马氏体和多边形铁素体组成。

本实施例抗拉强度950MPa级别的热成形钢板材热成形处理前力学性能见表2，热成形处理后力学性能见表3。

表1 实施例1-5中热成形钢板材的化学成分组成及质量百分含量（%）

表1中成分余量为Fe及不可避免的杂质。

表2 实施例1-5中热成形钢板材在热成形处理前的力学性能

表3 实施例1-5中热成形钢板材在热成形处理后的力学性能

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管结合上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种抗拉强度950MPa级别的热成形钢，其特征在于，所述热成形钢化学成分组成及其质量百分含量为：C：0.06～0.10%，Si：0.3～0.6%，Mn：1.0～2.0%，S≤0.004%，P≤0.02%，Nb：0.01～0.06%，Ti：0.01～0.06%，B：0.0008～0.0020%，其余为Fe及不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种抗拉强度950MPa级别的热成形钢，其特征在于，所述热成形钢化学成分中，C：0.06～0.08%；所述热成形钢化学成分中，Mn：1.0～1.5%；所述热成形钢化学成分中，Nb：0.02～0.04%；所述热成形钢化学成分中，Ti：0.01～0.03%；所述热成形钢化学成分中，B：0.0008～0.0012%，均以质量百分含量计。

3.根据权利要求1所述的一种抗拉强度950MPa级别的热成形钢，其特征在于，所述热成形钢的屈服强度≥450MPa，抗拉强度≥550MPa，断后伸长率≥20%；所述热成形钢经过常规的热成形工艺处理后微观组织由多边形铁素体和马氏体组成，屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥950MPa，断后伸长率≥10%。

4.基于权利要求1-3任意一项所述的一种抗拉强度950MPa级别的热成形钢的热轧工艺，其特征在于，所述热轧工艺包括加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取工序。

5.根据权利要求4所述的一种抗拉强度950MPa级别的热成形钢的热轧工艺，其特征在于，所述粗轧工序，开轧温度控制在1100～1200℃，总压下量≥70%，获得中间坯。

6.根据权利要求4所述的一种抗拉强度950MPa级别的热成形钢的热轧工艺，其特征在于，所述精轧工序，中间坯的开轧温度控制在900～950℃，终轧温度控制在800～900℃，经过7个道次的轧制，总压下量≥80%。

7.根据权利要求4-6任意一项所述的一种抗拉强度950MPa级别的热成形钢的热轧工艺，其特征在于，所述加热工序，将铸锭或铸坯加热到1100～1300℃，保温1～3h，随后出炉进入粗轧工序。

8.根据权利要求4-6任意一项所述的一种抗拉强度950MPa级别的热成形钢的热轧工艺，其特征在于，所述层流冷却工序，采用前端冷却。

9.根据权利要求4-6任意一项所述的一种抗拉强度950MPa级别的热成形钢的热轧工艺，其特征在于，所述卷取工序，卷取温度控制在650～700℃，卷取后自然空冷至室温。