CN108359901A - 一种1200MPa级低碳热轧双相钢及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种1200MPa级低碳热轧双相钢及其制备方法。其技术方案是，1200MPa级低碳热轧双相钢的化学组分是：C为0.16～0.21wt％，Si为0.2～1.0wt％，Mn为1.4～2.0wt％，Al为0.03～0.06wt％，Nb为0.03～0.06wt％，P≤0.020wt％，S≤0.005wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。按所述化学组分冶炼，精炼，铸坯；再置入加热炉，入炉温度为750～900℃，加热至1180～1240℃，保温60～100min；前三个道次进行大压下，压下率为40～60％，终轧温度为800～860℃；将终轧后的热轧板冷却至650～720℃，空冷驰豫2～8s析出铁素体，水淬至室温，得到1200MPa级低碳热轧双相钢。本发明工艺简单和生产成本低，所制制品不仅强度、塑性和韧性匹配良好，且成形性能优异。
Description
技术领域
本发明属于低碳热轧双相钢技术领域。具体涉及一种1200MPa级低碳热轧双相钢及其制备方法。
背景技术
随着汽车节能减排技术的推进，特别是新能源汽车的发展，汽车轻量化可节能降耗及提高汽车操作的稳定性与碰撞的安全性，是未来发展的必然趋势。双相钢具有低的屈强比、高的强塑性匹配和优异的成形性能，是汽车底盘、加强板和保险杠等车体构件向轻量化和安全性发展的主要先进高强度钢板。
近年来，国际汽车钢板生产技术的主要发展趋势为：高强度、高成形性能和高表面质量，而高强度是减轻车重、降低油耗和提高安全性能的根本途径。目前关于高强度双相钢主要有两类：一是冷轧高强双相钢，另一类是热轧高强双相钢。热轧汽车用钢正逐渐取代部分冷轧板以制作汽车结构件，如车身结构件、车架、刹车盘和车轮等。采用热轧板制作结构件，不但可以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，而且可缩减钢板生产过程中的冷轧、退火、重卷等工序，使生产周期和成本大为降低，具有很好的发展应用前景。目前冷轧双相钢的强度级别已达到1180MPa，热轧双相钢的强度级别以600MPa为主，还没有超过780MPa以上，对超高强度级别热轧双相钢的研究开发亟待推进。
目前，汽车用热轧双相钢多需添加Cr、Mo和Ni等贵重金属元素以控制过冷奥氏体转变，显著增加了生产成本。而且，现有汽车用高强钢在实现高强的同时得到的屈强比高n值较低，不利于结构件的冲压成形。“一种抗拉强度≥780MPa热轧双相钢及生产方法”(CN104357744A)专利技术，其工艺流程短生产效率较高，但成分中添加了Cr和Ti增加了生产成本，且产品的屈强比高强度级别较低；“抗拉强度大于1000MPa的铁素体/马氏体双相钢及其制备方法”(CN101338397A)专利技术，其成分简单、强度达到了1200MPa，但工艺中需将热轧板保温1～2h轧成温轧板，并重新加热至奥氏体区保温，再进行单道次轧制后水冷至室温，该专利技术流程复杂耗时长，难以进行大生产；“一种980MPa级热轧热轧双相钢及其制造方法”(CN106119703A)专利技术，其成分简单工艺流程短，且屈强比低成形性能好，但强度比本发明低没有达到1200MPa。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、生产效率高和生产成本低的1200MPa级低碳热轧双相钢的制备方法，用该方法制备的1200MPa级低碳热轧双相钢不仅强度、塑性和韧性匹配良好，且成形性能优异。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
所述热轧双相钢的化学组分是：C为0.16～0.21wt％，Si为0.2～1.0wt％，Mn为1.4～2.0wt％，Al为0.03～0.06wt％，Nb为0.03～0.06wt％，P≤0.020wt％，S≤0.005wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。
所述1200MPa级低碳热轧双相钢的制备方法：
1)冶炼和铸造
按所述热轧双相钢的化学组分冶炼，精炼，铸造或连铸，即得铸坯。
2)加热
将所述铸坯置入加热炉，入炉温度为750～900℃，加热至1180～1220℃，保温60～100min。以使所述铸坯的成分和组织均匀，使铌能完全固溶，并尽可能减少氧化。
3)控制轧制
前三个道次进行大压下，压下率为40～60％，开轧温度为1120～1160℃，终轧温度为800～860℃，得到热轧板。高温大压下以细化所述铸坯组织和组织的均匀化；大压下产生的大量形变亚结构以利后续控冷进一步得到细晶组织。
4)空冷驰豫
以≥60℃/s的冷却速度将所述热轧板冷却至650～720℃，空冷驰豫2～8s析出铁素体。析出的铁素体以多边形铁素体为主，晶粒为2～3μm，可动位错较多，有利于塑韧性和加工硬化率n值的提高。
5)水淬至室温
以25～40℃/s的冷却速度将空冷驰豫后的热轧板水冷至室温，达到马氏体的临界冷却速度，完成马氏体相变，制得1200MPa级低碳热轧双相钢。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有如下积极效果：
1)本发明的合金成分简单，为低碳钢，碳当量较小焊接性能较好。本发明通过热轧大压下得到大量的形变亚结构的细小晶粒，通过空冷驰豫析出铁素体增加了可动位错密度，通过淬火后发生马氏体相变，制得的1200MPa级低碳热轧双相钢不仅强度、塑性和韧性匹配良好，且成形性能优异。
2)本发明加入铌，铌的碳化物应变诱导析出能阻碍形变奥氏体的回复与再结晶，细化过冷奥氏体晶粒，对最终的转变产物马氏体起到细化作用，提高了1200MPa级低碳热轧双相钢的塑韧性。
3)本发明制备的1200MPa级低碳热轧双相钢具有马氏体+铁素体双相组织，组织特征以长块状马氏体与小岛状马氏体为主，马氏体体积分数为65～80％，也有部分细小的多边形铁素体，铁素体平均晶粒尺寸为2～3μm，铁素体体积分数为20～35％，还有少量颗粒状马氏体/残余奥氏体岛状组织和含Nb的碳化物析出相。
4)本发明通过合理的成分设计，在热轧大压下、两相区弛豫和淬火工艺处理下制得1200MPa级低碳热轧双相钢，具有优异的力学性能和成形性能：抗拉强度为在1200MPa以上，其强度远高于现有热轧双相钢；延伸率为12.0％以上；屈强比为0.55～0.60；n值为0.11以上，n表示加工硬化率。本发明所制制品的优异的力学性能和成形性能，有利于后续的冲压和成形加工，也突破了传统汽车用高强钢屈强比高和n值低的局限性。对于汽车用钢的高强减薄和轻量化极具发展前景，适用于汽车结构材料。
5)本发明最大的特点是突破了现有超高强双相钢需经过冷轧、退火、重卷等复杂工序进行生产，简化了工艺流程、提高了生产效率和节约了生产成本，可通过目前大部分工业生产线上现有设备进行生产
因此，本发明具有工艺简单、生产效率高和生产成本低的特点，所制备的1200MPa级低碳热轧双相钢不仅强度、塑性和韧性匹配良好，且成形性能优异。
附图说明
图1为本发明的工艺示意图；
图2为本发明制备的一种1200MPa级低碳热轧双相钢的SEM组织图；
图3为本发明制备的另一种1200MPa级低碳热轧双相钢SEM组织图；
图4为本发明制备的又一种1200MPa级低碳热轧双相钢SEM组织图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式对本发明作更详细的描述。这些实例仅仅是对本发明最佳实施方式的描述，并非对本发明保护范围的限制。
一种1200MPa级低碳热轧双相钢及其制备方法。所述1200MPa级低碳热轧双相钢的化学组分是：C为0.16～0.21wt％，Si为0.2～1.0wt％，Mn为1.4～2.0wt％，Al为0.03～0.06wt％，Nb为0.03～0.06wt％，P≤0.020wt％，S≤0.005wt％，余量为Fe及不可避免的杂质。
图1为本具体实施方式的工艺示意图，从图1可以看出所述1200MPa级低碳热轧双相钢的制备方法的步骤是：
1)加热
按所述1200MPa级低碳热轧双相钢化学成分分别进行冶炼，精炼，铸造或连铸，得到铸坯；将所述铸坯置入加热炉，入炉温度为750～900℃，加热至1180～1220℃，保温60～100min。以使所述铸坯的成分和组织均匀，使铌能完全固溶，并尽可能减少氧化。
2)控制轧制
前三个道次进行大压下，压下率为40～60％，开轧温度为1120～1160℃，终轧温度为800～860℃，得到热轧板。高温大压下以细化所述铸坯组织和组织的均匀化；大压下产生的大量形变亚结构以利后续控冷进一步得到细晶组织。
3)空冷驰豫
以≥60℃/s的冷却速度(前段冷速)将所述热轧板冷却至650～720℃，空冷驰豫2～8s析出铁素体。析出的铁素体以多边形铁素体为主，晶粒较细小为2～3μm，可动位错较多，有利于塑韧性和加工硬化率n值的提高。
4)水淬至室温
以25～40℃/s的冷却速度(后段冷速)将空冷驰豫后的热轧板水冷至室温，达到马氏体的临界冷却速度完成马氏体相变，制得1200MPa级低碳热轧双相钢。
本具体实施方式采用3个实施例对所述1200MPa级低碳热轧双相钢的制备方法进行描述，其具体技术参数如表1～表3所示。
根据1200MPa级低碳热轧双相钢的化学组分，本具体实施方式中3个实施例的化学组分如表1所示：
表1实施例1～实施例3的1200MPa级低碳热轧双相钢的化学组分(wt％)
本具体实施方式采用3个实施例对具体工艺参数进行描述，具体如表2所示。
表2实施例1～实施例3的1200MPa级低碳热轧双相钢的制备方法的具体工艺参数
本具体实施方式的3个实施例所制制品的力学性能分别按照GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》进行检测，标距为50mm。检测结果如表3所示。
表3实施例1～实施例3所制制品的力学性能检测结果
图2为实施例1制备的一种1200MPa级低碳热轧双相钢的SEM组织图；图3为实施例2制备的一种1200MPa级低碳热轧双相钢SEM组织图；图4为实施例3制备的一种1200MPa级低碳热轧双相钢SEM组织图。从图2～图4可以看出，本具体实施方式所制备的1200MPa级低碳热轧双相钢的微观组织为细小的铁素体+马氏体，铁素体平均晶粒尺寸为2～3μm。
从图2可以看出：铁素体的体积含量为23.65％，马氏体的体积含量为76.35％；从图3可以看出：铁素体的体积含量为26.71％，马氏体的体积含量为73.29％；从图4可以看出：铁素体的体积含量为32.37％，马氏体的体积含量为67.63％。
本具体实施方式与现有技术相比，具有如下积极效果：
1)本具体实施方式的合金成分简单，为低碳钢，碳当量较小焊接性能较好。本具体实施方式通过热轧大压下得到大量的形变亚结构的细小晶粒，通过空冷驰豫析出铁素体增加了可动位错密度，通过淬火后发生马氏体相变，制得的1200MPa级低碳热轧双相钢不仅强度、塑性和韧性匹配良好，且成形性能优异。
2)本具体实施方式加入铌，铌的碳化物应变诱导析出能阻碍形变奥氏体的回复与再结晶，细化过冷奥氏体晶粒，对最终的转变产物马氏体起到细化作用，提高了1200MPa级低碳热轧双相钢的塑韧性。
3)本具体实施方式制备的1200MPa级低碳热轧双相钢具有马氏体+铁素体双相组织，组织特征以长块状马氏体与小岛状马氏体为主，马氏体体积分数为65～80％，也有部分细小的多边形铁素体，铁素体平均晶粒尺寸为2～3μm，铁素体体积分数为20～35％，还有少量颗粒状马氏体/残余奥氏体岛状组织和含Nb的碳化物析出相。
4)本具体实施方式通过合理的成分设计，在热轧大压下、两相区弛豫和淬火工艺处理下制得1200MPa级低碳热轧双相钢，具有优异的力学性能和成形性能：抗拉强度为在1200MPa以上，其强度远高于现有热轧双相钢；延伸率为12.0％以上；屈强比为0.55～0.60；n值为0.11以上，n表示加工硬化率。本具体实施方式所制制品的优异的力学性能和成形性能，有利于后续的冲压和成形加工，也突破了传统汽车用高强钢屈强比高和n值低的局限性。对于汽车用钢的高强减薄和轻量化极具发展前景，适用于汽车结构材料。
5)本具体实施方式最大的特点是突破了现有超高强双相钢需经过冷轧、退火、重卷等复杂工序进行生产，简化了工艺流程、提高了生产效率和节约了生产成本，可通过目前大部分工业生产线上现有设备进行生产
因此，本具体实施方式具有工艺简单、生产效率高和生产成本低的特点，所制备的1200MPa级低碳热轧双相钢不仅强度、塑性和韧性匹配良好，且成形性能优异。
Claims (2)
1.一种1200MPa级低碳热轧双相钢的制备方法，其特征在于所述热轧双相钢的化学组分是：C为0.16～0.21wt％，Si为0.2～1.0wt％，Mn为1.4～2.0wt％，Al为0.03～0.06wt％，Nb为0.03～0.06wt％，P≤0.020wt％，S≤0.005wt％，余量为Fe及不可避免的杂质；
所述1200MPa级低碳热轧双相钢的制备方法：
1)冶炼和铸造
按所述热轧双相钢的化学组分冶炼，精炼，铸造或连铸，即得铸坯；
2)加热
将所述铸坯置入加热炉，入炉温度为750～900℃，加热至1180～1220℃，保温60～100min；
3)控制轧制
前三个道次进行大压下，压下率为40～60％，开轧温度为1120～1160℃，终轧温度为800～860℃，得到热轧板；
4)空冷驰豫
以≥60℃/s的冷却速度将所述热轧板冷却至650～720℃，空冷驰豫2～8s析出铁素体；
5)水淬至室温
以25～40℃/s的冷却速度将空冷驰豫后的热轧板水冷至室温，得到1200MPa级低碳热轧双相钢。
2.一种1200MPa级低碳热轧双相钢，其特征在于所述1200MPa级低碳热轧双相钢是根据权利要求1所述1200MPa级低碳热轧双相钢的制备方法所制备的1200MPa级低碳热轧双相钢；
所述1200MPa级低碳热轧双相钢的微观组织为细小的铁素体+马氏体，铁素体平均晶粒尺寸为2～3μm，铁素体的体积含量为20～35％，马氏体的体积含量为65～80％。
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