CN108396220A - 一种高强高韧性镀锌钢板及其制造方法 - Google Patents

一种高强高韧性镀锌钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种高强高韧性镀锌钢板及其制造方法，化学成分为：C 0.08～0.40％，Si 0.40～2.0％，Mn 1.50～7.00％，P≤0.020％，S≤0.010％，Al 0.02～3.00％，还含有Cr 0.30～1.50％、Mo 0.25％～0.60％、Ni 0.50％～2.50％、Cu 0.20％～0.50％、B 0.001％～0.005％、V 0.05％～0.50％，Ti 0.02％～0.20％，Nb 0.02％～0.20％中的至少一种。钢板组织为铁素体+马氏体+残余奥氏体。钢板在连退生产线上进行再结晶退火，热轧终轧温度≥800℃，卷取温度400～600℃，连续退火以≥20℃/s的速度加热至800～930℃后，以≥40℃/s的速度冷却至Ms‑Mf点之间温度，尔后加热至450～480℃的温度完成热浸镀锌，然后冷却至室温。本发明钢板具有极好的强度、韧性的匹配，能够满足节能的需要。

Description

一种高强高韧性镀锌钢板及其制造方法
技术领域
本发明属于钢板连续热浸镀锌技术领域，特别涉及一种高强度高韧性的冷轧镀锌钢板及其制造方法。
背景技术
镀锌高强钢与冷轧高强钢一样，大致经历了以下几个发展阶段：普碳钢—低合金钢—铁素体基体高强钢(DP、TRIP等)—奥氏体基体高强钢(TWIP等)—马氏体基体高强钢(Q&P等)，其中铁素体基体的高强钢如DP钢，由于铁素体本身具有较为优异的变形能力，塑韧性较好。奥氏体基体的钢如TWIP钢，由于奥氏体本身具有极为优异的变形性能，塑韧性极好。马氏体基体钢由于马氏体组织具有较高的破坏应力倾向性，使得此类钢强度高，韧性差，其延性特征主要来自于残留下来的奥氏体，作为基体组织的马氏体还是不具有变形的能力。
镀锌钢板由于镀锌工艺的特殊性，在成分组织设计、连续退火工艺以及镀锌以后的热处理过程等均与冷轧钢板的连续退火有着极大的区别，具体表现在：存在锌锅温度的限制，退火工艺的选择必须要考虑这个问题，镀锌以后由于锌层的存在无法正常的进行过时效等处理。
专利201310733931.8为传统的Q&P钢，化学成分C0.14-0.16％、Si1.31-1.51％、Mn2.70-2.90％，Al0.11-0.51％，Re0.005-0.020％，其余杂质。采用淬火分配的工艺，获得马氏体+残余奥氏体的组织。专利200910091129.7为采用逆相变的方法获得逆相变奥氏体，成本较高，过程复杂，化学组成为C0.01-0.50％、Mn3.50-9.0％及一系列其它合金元素，工艺过程为淬火得到马氏体，之后通过C、Mn溶质的再分配及奥氏体的逆相变，获得超细铁素体基体及逆相变奥氏体组织。201210261920.X为中锰钢，成本过高，化学成分C0.11-0.30％、Si0.1-2.0％、Mn5-10％、Al0.01-2.0％，以及其它合金元素，且组织应为铁素体和奥氏体。201010034472.0属于双相钢的范畴，化学成分为C-Si-Mn-Ti系的双相钢，组织为铁素体+马氏体。201310520998.3属于Q&P钢的范畴，对现有的trip钢经过淬火分配工艺，将原有的铁素体+贝氏体+残余奥氏体的组织变为以马氏体和残余奥氏体为主的组织。
现在Q&P、MS钢等钢种的高强度镀锌钢板已经开发出来，如果想要在现有基础上大幅度提高高强度钢的塑韧性，就需要采取措施提高作为基体的高强度相的塑韧性，本发明从精细化控制马氏体等高强相的形态、结构着手，使得具有精细组织的马氏体钢基体组织具有一定的变形能力，从而大幅提高了高强度钢的塑性、韧性。
发明内容
本发明提供一种高强高韧性镀锌钢板及其制造方法，该方法生产的高强度镀锌钢板具有良好的综合机械性能。
本发明基于组织的精细化设计与控制，通过对于高强钢基体马氏体组织的重新设计，使其具备一定的塑韧性，从而达到大幅度提高钢板强塑积的目的，包括钢的化学成分范围、组织控制、制造过程具体如下：
一种高强高韧性镀锌钢板，其钢板的化学成分质量百分比组成为：C 0.08％～0.40％，Si0.40％～2.0％，Mn1.50％～7.00％，P≤0.020％，S≤0.010％，Al0.02％～3.00％，化学成分还含有Cr0.30％～1.50％、Mo0.25％～0.60％、Ni0.50％～2.50％、Cu0.20％～0.50％、B0.001％～0.005％、V0.05％～0.50％，Ti0.02％～0.20％，Nb0.02％～0.20％中的至少一种；其余为Fe和一些不可避免的杂质元素；钢板组织为铁素体+马氏体+残余奥氏体即F+M+A，其中铁素体的体积分数10％～20％，马氏体体积分数65％～85％，残余奥氏体5％～15％，其中马氏体的形态为针状和短棒状，残余奥氏体分布于马氏体相之间以及马氏体相的内部。
本发明钢板化学成分还含有Ca0.0005％～0.005％，Mg0.0005％～0.005％中的至少一种。
一种高强高韧性镀锌钢板的制造方法，钢板经过冶炼—连铸—热轧—酸洗—冷轧后，在连续退火生产线上进行再结晶退火，其中热轧要求终轧温度不小于800℃，卷取温度400～600℃，控制热轧钢板的组织结构为铁素体+下贝氏体+马氏体的组织，贝氏体组织中分布有细小弥散的碳化物，马氏体含量小于20％，冷轧的压缩比30％～70％，连续热镀锌生产线不设置保温段，加热段选择快速的感应加热，连续退火过程控制如下：以不小于20℃/s的速度快速加热，至800～930℃以后立即以不小于40℃/s的速度冷却至Ms-Mf点之间的温度，尔后加热至450～480℃的温度完成热浸镀锌，镀液为含有0.18％～0.50％Al，其余为Zn及不可避免的杂质的锌液，然后冷却至室温。
C 0.08％～0.40％，碳在本发明的钢中通过固溶强化来决定马氏体的强度，同时影响后期残余奥氏体的稳定性。为保证马氏体转变的顺利进行，需要一定的碳含量；为保证过冷奥氏体的稳定性，需要其有较高的碳含量；为保证焊接性能，要求限制碳含量。
Si 0.40％～2.00％，是非碳化物形成元素，具有较高的固溶强化效果，可促进C向奥氏体富集，对铁素体中固溶的C有“清除”和“净化”作用，Si不溶于渗碳体，因此能够阻碍通过碳扩散反应的奥氏体-渗碳体转变，稳定奥氏体，使得残余奥氏体在室温下得以稳定存在。Si含量过高，将会恶化钢板的热浸镀性能。
Mn 1.50～7.00％，锰是典型的奥氏体稳定化元素，可提高钢的淬透性，并起到一定的固溶强化作用，Mn作为扩大γ相区的元素，会降低A3、A1临界点，可推迟珠光体转变并降低贝氏体转变温度，但同时也推迟并延长铁素体转变，使贝氏体区右移，从而使钢种对控冷工艺条件的敏感性略为减小。高的Mn含量易在双相组织中引起强化相带状分布，从而造成性能的不均匀。
P≤0.020％，钢中的杂质元素越少越好。
S≤0.010％，钢中的杂质元素，越少越好。
Al 0.02％～3.00％，对奥氏体形态的影响与Si相似，也是作为非碳化物形成元素，促进C向奥氏体富集并抑制渗碳体的析出。Al还可形成AlN析出，起到一定的细化晶粒作用。
Cr0.3～1.5％，能够有效提高钢的淬透性和防止高温表面氧化，同时能够提高耐腐蚀性能和提高强度。
Mo0.25～0.60％有效提高钢的淬透性，还能够强化晶界。含量小于0.25％难以起到上述作用，但含量超过0.60％则上述作用效果饱和，且成本较高，应控制在0.2-0.6wt％范围内。
Ni0.5～2.5％：Ni是奥氏体化稳定元素，可以有效降低Ms点，同时可以提高材料塑性和低温韧性，但Ni价格高，其含量应控制在2.5％以下。
Cu0.2～0.50％，通过析出ε-Cu实现析出强化，提高钢的强度。
B能够显著提高钢的淬透性和净化晶界。含量低于0.001％时以上作用不明显，高于0.0050％时作用增加不明显。因此，如添加，B含量应控制在0.001-0.0050wt％范围。
V0.05～0.50％，Ti0.02～0.20％，Nb0.02～0.20％，对晶粒细化、相变行为、奥氏体中C富集发挥显著作用。固溶状态的Nb延迟热变形过程中静态和动态再结晶和奥氏体向铁素体的相变，从而扩大动态再结晶终止温度和Ac3之间的温度范围，为在未再结晶区轧制提供了便利。Nb与C和N结合形成细小的碳氮化物也可延迟再结晶，阻止铁素体晶粒长大，从而具有强的细晶强化效果和较强的析出强化效果。Ti、V具有析出强化的作用。
Ca0.0005～0.005％，Mg0.0005～0.005％，Ca、Mg可以净化钢质，改性夹杂物，提高钢的综合性能。
控制热轧卷取温度，使得热轧钢板的组织结构为铁素体+贝氏体的组织，贝氏体组织中分布有细小弥散的碳化物，经冷轧(压下率在30～70％)后，进行连续退火，连续退火过程控制如下，以不小于20℃/s的速度快速加热，至800～930℃以后立即以不小于40℃/s的速度冷却至Ms-Mf点之间的温度，尔后再加热至450～480℃后完成热浸镀锌，冷却至室温。
冷轧压下率选择已能够完成冷轧为原则，压下率太小不能有效的改善板型及表面质量，细化晶粒，压下率太大轧制能力不足，快速加热、快速冷却保证钢在奥氏体化的过程中晶粒细小，且奥氏体没有实现完全的均一化，能够保证在随后的马氏体化的过程中不会生成大量的的大尺寸的板条状马氏体。较高的冷却速度，可以确保生成的马氏体形状为细小的针状和短棒状，且在这些针状和短棒状的马氏体周围存在大量的膜状的残余奥氏体，且马氏体内部存在残余奥氏体，这种形态的组织具有良好的韧性。
再加热能够使C原子向残余奥氏体中扩散，稳定残余奥氏体，同时温度的升高可以使在马氏体转变过程中引起的铁素体组织的变形得到回复，降低钢的屈服强度提高塑性。
本发明的有益效果为：
本发明提供了一种高强高韧镀锌钢板及其制造方法，该钢板具有极好的强度、韧性的匹配，能够满足节约能源资源的需要。其抗拉强度大于1000MPa，断后伸长率(A50)大于等于28％，具有良好的韧性。
具体实施方式
实施例1～14化学成分质量百分比见表1。
表1实施例1～14化学成分质量百分比含量
实施例1～14钢板的过程处理参数及性能见表2。
表2钢板的过程处理参数及性能

Claims (3)

1.一种高强高韧性镀锌钢板，其特征在于，钢板的化学成分质量百分比组成为：C0.08％～0.40％，Si0.40％～2.0％，Mn1.50％～7.00％，P≤0.020％，S≤0.010％，Al0.02％～3.00％，化学成分还含有Cr0.30％～1.50％、Mo0.25％～0.60％、Ni0.50％～2.50％、Cu0.20％～0.50％、B0.001％～0.005％、V0.05％～0.50％，Ti0.02％～0.20％，Nb0.02％～0.20％中的至少一种；其余为Fe和一些不可避免的杂质元素；
钢板组织为铁素体+马氏体+残余奥氏体即F+M+A，其中铁素体的体积分数10％～20％，马氏体体积分数65％～85％，残余奥氏体5％～15％，其中马氏体的形态为针状和短棒状，残余奥氏体分布于马氏体相之间以及马氏体相的内部。
2.根据权利要求1所述的高强高韧性镀锌钢板，其特征在于，钢板化学成分还含有Ca0.0005％～0.005％，Mg0.0005％～0.005％中的至少一种。
3.一种如权利要求1所述高强高韧性镀锌钢板的制造方法，其特征在于，钢板经过冶炼—连铸—热轧—酸洗—冷轧后，在连续退火生产线上进行再结晶退火，其中热轧要求终轧温度不小于800℃，卷取温度400～600℃，控制热轧钢板的组织结构为铁素体+下贝氏体+马氏体的组织，贝氏体组织中分布有细小弥散的碳化物，马氏体含量小于20％，冷轧的压缩比30％～70％，连续热镀锌生产线不设置保温段，加热段选择快速的感应加热，连续退火过程控制如下：以不小于20℃/s的速度快速加热，至800～930℃以后立即以不小于40℃/s的速度冷却至Ms-Mf点之间的温度，尔后加热至450～480℃的温度完成热浸镀锌，镀液为含有0.18％～0.50％Al，其余为Zn及不可避免的杂质的锌液，然后冷却至室温。
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