CN108707823A - 超高强度钢板及其制备方法和超高强度钢板制品 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冶金材料领域，特别涉及一种高性能汽车用超高强钢板及其制备方法。高性能汽车用超高强钢板的化学成分质量百分比为：C：0.20～0.25％，Si：0.10～0.40％，Mn：1.00～1.50％，Cr：0.10～0.40％，Ti：0.01～0.04％，Al：0.01～0.06％，V：0.01～0.10％，B：0.0015～0.0035％，P≤0.020％，S≤0.010％，N≤0.006％，余量为Fe及不可避免杂质。其制备方法包括冶炼、铸造、热轧、酸轧和热镀铝硅退火。由于铝硅镀层板具有优良的抗高温氧化性能，热成形零部件无需保护气氛加热，同时无后续抛丸处理工序，使得产品涂装和焊接等性能明显提高，而生产成本降低。本发明制备的超高强钢板具有超高强度、良好塑性和优良抗高温氧化性能，成本优势明显，具有显著的经济效益和社会效益。

Description

超高强度钢板及其制备方法和超高强度钢板制品
技术领域
本发明涉及钢板制备技术领域，具体而言，涉及一种超高强度钢板及其制备方法和超高强度钢板制品。
背景技术
随着汽车轻量化技术的发展，汽车用钢朝着高强钢方向发展已成为必然趋势。热成形前微观组织由铁素体和珠光体等组成，屈服强度为300－500MPa，抗拉强度为600－700MPa，具有变形抗力小、塑性优良、利于成形等特点；热成形和淬火后通过B抑制铁素体析出，同时Mn、Cr提高淬透性，使热成形钢得到单一的马氏体组织，抗拉强度达到1200MPa以上。由于具有超高强度，所以热成形钢广泛应用于汽车结构件和加强件，包括立柱、保险杠和防撞梁等。
现有技术中尽管有抗拉强度大于1450MPa、弯曲角度≥60°的高弯曲性能热成形钢。通过其化学成分和生产方法制备的热成形钢达到超高强度，同时具有高弯曲性能。然而需要添加昂贵微合金元素Nb、Mo，所以生产成本较高；同时Nb抑制奥氏体动态再结晶，使得热轧负荷和难度增加。
现有技术中还有也有抗拉强度≥1700MPa的热成形钢零部件。该方法制备的热成形钢具有超高强度和良好塑性，能够进一步实现汽车轻量化。然而，该方法制备的超高强热成形钢不仅添加Nb、Mo等昂贵微合金元素，同时热成形零部件需要回火处理，高C含量形成孪晶马氏体，导致脆性，使得生产成本明显提高，增加了生产工序。
因此，如何降低炼钢成本并开发制造难度较低的生产工序对于超高强钢板的生产与应用具有重要意义。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种超高强度钢板，具有超高强度、良好塑性以及优良的抗高温氧化性能。
本发明的第二个目的在于提供一种超高强度钢板的制备方法，以使得制备得到的超高强度钢板具有超高强度、良好塑性以及优良的抗高温氧化性能。
本发明的第三个目的在于提供一种超高强度钢板制品，其具有超高强度和良好塑性。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
本发明提供的一种超高强度钢板，其包括：C：0.20-0.25％，Si：0.10-0.40％，Mn：1.00-1.50％，Cr：0.10-0.40％，Ti：0.01-0.04％，Al：0.01-0.06％，V：0.01-0.10％，B：0.0015-0.0035％，P≤0.020％，S≤0.010％，N≤0.006％，余量为Fe及不可避免杂质。
本发明合金成分设计原理如下：
碳：C作为热成形钢最重要的组分之一，决定了钢板的强度、塑性和成形性能。C是钢铁材料中固溶强化效果最明显的元素，钢中固溶C含量增加0.1％，其强度可提高约450MPa。C含量过低时，奥氏体的稳定性和马氏体淬硬性下降，导致强度偏低；C含量过高时，双相钢的塑性和焊接性能下降。因此，本发明C含量为0.20～0.25％，优选为0.21～0.23％。
硅：Si能固溶于铁素体和奥氏体中提高钢的强度，其作用仅次于C、P，较Mn、Cr、Ti和Ni等元素强；Si还可以抑制铁素体中碳化物的析出，使固溶C原子充分向奥氏体中富集，从而提高其稳定性。然而，Si含量过高时，Si在加热炉中形成的表面氧化铁皮很难去除，增加了除磷难度。因此，本发明Si含量为0.10～0.40％，优选为0.20～0.35％。
锰：Mn是良好的脱氧剂和脱硫剂，也是钢中常用的固溶强化元素，热成形钢中一般不低于1.00％。Mn既可与C结合形成多种碳化物起到沉淀强化的作用，也可溶于基体中增强固溶强化效果。Mn易与S结合形成高熔点化合物MnS，从而消除或削弱由于FeS引起的热脆现象，改善钢的热加工性能。Mn可以提高奥氏体稳定性，使C曲线右移，从而显著降低马氏体的临界冷却速率。因此，在本发明中Mn含量为1.00～1.50％，优选为1.10～1.30％。
铬：Cr可以显著延迟珠光体和贝氏体转变，从而使奥氏体充分转变为马氏体组织。由于Cr较Mo具有明显的成本优势，所以大量添加于热成形钢中。因此，在本发明中，Cr含量为0.10～0.40％，优选为0.15～0.35％。
钒：V在双相钢中主要以VC形式存在，具有显著晶粒细化和弥散沉淀强化的作用。在热冲压加热过程中，未溶解VC颗粒可以钉扎铁素体晶界，从而起到细化晶粒的作用；退火温度增加至两相区时，VC溶解温度较低，故充分溶解于基体中，同时固溶C原子向奥氏体中富集以提高其稳定性。因此，在本发明中，V含量为0.01～0.10％，优选为0.05～0.08％。
铝：Al是钢中常见的脱氧剂，同时可以形成AlN钉扎晶界，从而起到细化晶粒的作用；另外，Al与Si作用相似，可以抑制碳化物析出，从而使奥氏体充分富碳。因此，本发明中Al含量为0.01～0.06％，优选为0.02～0.04％。
本发明还涉及一种超高强度钢板的制备方法，其包括：依次通过冶炼工序、热轧工序、酸轧工序、热镀铝硅退火工序以及热冲压工序先后进行制备得到超高强度钢板。
本发明还涉及一种超高强度钢板制品，，该超高强度钢板制品为上述任一项超高强度钢板的制备方法得到的超高强钢板，或者由超高强钢板制成的产品。
本发明在传统热成形钢的基础上，通过铝硅镀层提高抗高温氧化性能，改善了表面质量，较少生产工序和成本，微观组织由铁素体和珠光体组成组成，热成形零部件微观组织由单一马氏体组成。因此，本发明的超高强钢板具有低生产成本、优良综合力学性能和表面质量，其中屈服强度为950－1250MPa，抗拉强度为1300－1600MPa，伸长率为6.0－9.0％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明超高强钢基板的微观组织形貌图；
图2为本发明超高强钢基板的表面铝硅镀层形貌图；
图3为本发明超高强钢板的微观组织形貌图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施方式或实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施方式的超高强度钢板及其制备方法和超高强度钢板制品进行具体说明。
本发明的一些实施方式提供了一种超高强度钢板，包括：其化学成分质量百分比为：C：0.20-0.25％，Si：0.10-0.40％，Mn：1.00-1.50％，Cr：0.10-0.40％，Ti：0.01-0.04％，Al：0.01-0.06％，V：0.01-0.10％，B：0.0015-0.0035％，P≤0.020％，S≤0.010％，N≤0.006％，余量为Fe及不可避免杂质。
进一步地，超高强度钢板化学成分质量百分比为：C：0.21-0.23％，Si：0.15-0.35％，Mn：1.10-1.30％，Cr：0.15-0.35％，Ti：0.02-0.04％，Al：0.02-0.04％，V：0.05-0.08％，B：0.0020-0.0030％，P≤0.015％，S≤0.005％，N≤0.005％，余量为Fe及不可避免杂质。
本发明的一些实施方式还提供了一种如上述的超高强度钢板的制备方法，包括：依次通过冶炼工序、热轧工序、酸轧工序、热镀铝硅退火工序以及热冲压工序先后进行制备得到超高强度钢板。
进一步地，冶炼工序按以下方式进行：将原料铁水冶炼并在转炉内降低钒含量，将铁水通过铸造成板坯。降低铁水含钒含量是通过控制原有铁水中钒含量，而不是额外添加钒铁合金。铁水在经过转炉冶炼铸造将得到化学成分质量百分比为：C：0.20-0.25％，Si：0.10-0.40％，Mn：1.00-1.50％，Cr：0.10-0.40％，Ti：0.01-0.04％，Al：0.01-0.06％，V：0.01-0.10％，B：0.0015-0.0035％，P≤0.020％，S≤0.010％，N≤0.006％，余量为Fe及不可避免杂质的板坯。
进一步地，热轧工序按以下方式进行：板坯经过加热、除磷、热轧和层流冷却后获得热轧卷；
其中热轧包括精轧、终轧以及卷取，具体的：用板坯作原料，经步进式加热炉加热，高压水除磷后进入粗轧机，粗轧料经切头、尾，再进入精轧机，终轧后即经过层流冷却和卷取机卷取成为热轧卷。精轧开轧温度为1000-1100℃，终轧温度为850-950℃，卷取温度为550-650℃。例如一些实施例中精轧开轧温度为1000℃、1020℃、1040℃、1060℃、1080℃、1100℃，例如一些实施例中终轧温度为850℃、870℃、890℃、910℃、930℃、950℃，例如一些实施例中卷取温度为550℃、570℃、590℃、610℃、630℃、650℃。
进一步地，酸轧工序按以下方式进行：将热轧卷依次进行酸洗和冷轧制得冷轧薄板；
其中冷轧压下率为50-70％。压下率为：压下量Δh与轧件轧制前的高度H或轧制后高度h之比的百分数(％)，即Δh/H×100或Δh/h×100。它是表示轧制时高度方向相对压缩变形程度的变形参数。例如一些实施例中冷轧下压率为50％、55％、60％、65％、70％。
进一步地，热镀铝硅退火工序按以下方式进行：将冷轧薄板进行热镀铝硅退火，其中炉内保护气氛露点温度为－10－－60℃，后从退火温度以缓冷速率CR1冷却至锌锅炉鼻温度并进行热镀铝硅，以终冷速率CR2冷却至0-30℃，制得超高强钢板基板。
进一步地，退火温度为780-840℃，锌锅炉鼻温度670-690℃，缓冷速率CR1为2-10℃/s，热镀铝硅时间为2-5s，终冷速率CR2为5-10℃/s。
进一步地，热冲压工序按以下方式进行：将超高强钢板基板加热至900－950℃，然后在800－850℃进行热冲压，最后以冷却速率20－40℃/s进行淬火。
本发明的一些实施方式还提供了一种超高强度钢板制品，超高强度钢板制品为根据上述任一项的超高强度钢板的制备方法得到的超高强钢板，或者由超高强钢板制成的产品。本发明制备的超高强钢板微观组织由铁素体和珠光体组成，热成形零部件微观组织由单一马氏体组成，其抗拉强度达到1400MPa以上。热成形钢生产成本较低，同时具有超高强度、优良塑性和表面质量，可广泛应用于汽车结构件和加强件，具有显著的经济效益和社会效益。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
将原料铁水冶炼并在转炉内降低钒含量，将铁水通过铸造成板坯。板坯中化学成分质量百分比如表一所示，板坯经过加热、除磷、热轧和层流冷却后获得热轧卷，其中热轧包括精轧、终轧以及卷取，精轧开轧温度为1000℃，终轧温度为850℃，卷取温度为550℃。将热轧卷依次进行酸洗和冷轧制得冷轧薄板，其中冷轧压下率为50％。将上述冷轧薄板最后进行热镀铝硅退火，其中炉内保护气氛露点温度为-10℃，退火温度为780℃，从退火温度缓慢冷却至锌锅炉鼻温度670℃，其缓冷速率CR1为10℃/s，热镀铝硅时间为5s，镀铝硅后5℃/s的终冷速率CR2冷却至室温，从而获得超高强钢板基板。将上述超高强钢基板加热至900℃，然后在800℃进行热冲压，最后以冷却速率20℃/s进行淬火制得超高强钢板。
实施例2
将原料铁水冶炼并在转炉内降低钒含量，将铁水通过铸造成板坯。板坯中化学成分质量百分比如表一所示，板坯经过加热、除磷、热轧和层流冷却后获得热轧卷，其中热轧包括精轧、终轧以及卷取，精轧开轧温度为1100℃，终轧温度为950℃，卷取温度为650℃。将热轧卷依次进行酸洗和冷轧制得冷轧薄板，其中冷轧压下率为70％。将上述冷轧薄板最后进行热镀铝硅退火，其中炉内保护气氛露点温度为-60℃，退火温度为840℃，从退火温度缓慢冷却至锌锅炉鼻温度690℃，其缓冷速率CR1为2℃/s，热镀铝硅时间为2s，镀铝硅后10℃/s的终冷速率CR2冷却至室温，从而获得超高强钢板基板。将上述超高强钢基板加热至950℃，然后在850℃进行热冲压，最后以冷却速率40℃/s进行淬火制得超高强钢板。
实施例3
将原料铁水冶炼并在转炉内降低钒含量，将铁水通过铸造成板坯。板坯中化学成分质量百分比如表一所示，板坯经过加热、除磷、热轧和层流冷却后获得热轧卷，其中热轧包括精轧、终轧以及卷取，精轧开轧温度为1020℃，终轧温度为870℃，卷取温度为570℃。将热轧卷依次进行酸洗和冷轧制得冷轧薄板，其中冷轧压下率为55％。将上述冷轧薄板最后进行热镀铝硅退火，其中炉内保护气氛露点温度为-20℃，退火温度为795℃，从退火温度缓慢冷却至锌锅炉鼻温度675℃，其缓冷速率CR1为4℃/s，热镀铝硅时间为3s，镀铝硅后6℃/s的终冷速率CR2冷却至室温，从而获得超高强钢板基板。将上述超高强钢基板加热至910℃，然后在810℃进行热冲压，最后以冷却速率25℃/s进行淬火制得超高强钢板。
实施例4
将原料铁水冶炼并在转炉内降低钒含量，将铁水通过铸造成板坯。板坯中化学成分质量百分比如表一所示，板坯经过加热、除磷、热轧和层流冷却后获得热轧卷，其中热轧包括精轧、终轧以及卷取，精轧开轧温度为1080℃，终轧温度为930℃，卷取温度为630℃。将热轧卷依次进行酸洗和冷轧制得冷轧薄板，其中冷轧压下率为65％。将上述冷轧薄板最后进行热镀铝硅退火，其中炉内保护气氛露点温度为-50℃，退火温度为825℃，从退火温度缓慢冷却至锌锅炉鼻温度685℃，其缓冷速率CR1为8℃/s，热镀铝硅时间为4s，镀铝硅后9℃/s的终冷速率CR2冷却至室温，从而获得超高强钢板基板。将上述超高强钢基板加热至940℃，然后在840℃进行热冲压，最后以冷却速率35℃/s进行淬火制得超高强钢板。
实施例5
将原料铁水冶炼并在转炉内降低钒含量，将铁水通过铸造成板坯。板坯中化学成分质量百分比如表一所示，板坯经过加热、除磷、热轧和层流冷却后获得热轧卷，其中热轧包括精轧、终轧以及卷取，精轧开轧温度为1060℃，终轧温度为910℃，卷取温度为610℃。将热轧卷依次进行酸洗和冷轧制得冷轧薄板，其中冷轧压下率为60％。将上述冷轧薄板最后进行热镀铝硅退火，其中炉内保护气氛露点温度为-40℃，退火温度为810℃，从退火温度缓慢冷却至锌锅炉鼻温度680℃，其缓冷速率CR1为6℃/s，热镀铝硅时间为5s，镀铝硅后8℃/s的终冷速率CR2冷却至室温，从而获得超高强钢板基板。将上述超高强钢基板加热至930℃，然后在830℃进行热冲压，最后以冷却速率30℃/s进行淬火制得超高强钢板。
实施例6
将原料铁水冶炼并在转炉内降低钒含量，将铁水通过铸造成板坯。板坯中化学成分质量百分比如表一所示，板坯经过加热、除磷、热轧和层流冷却后获得热轧卷，其中热轧包括精轧、终轧以及卷取，精轧开轧温度为1040℃，终轧温度为890℃，卷取温度为590℃。将热轧卷依次进行酸洗和冷轧制得冷轧薄板，其中冷轧压下率为60％。将上述冷轧薄板最后进行热镀铝硅退火，其中炉内保护气氛露点温度为-30℃，退火温度为800℃，从退火温度缓慢冷却至锌锅炉鼻温度680℃，其缓冷速率CR1为6℃/s，热镀铝硅时间为4s，镀铝硅后7℃/s的终冷速率CR2冷却至室温，从而获得超高强钢板基板。将上述超高强钢基板加热至920℃，然后在820℃进行热冲压，最后以冷却速率30℃/s进行淬火制得超高强钢板。
表1板坯化学成分(wt.％)
将1-6实施例中制得得到的超高强钢板基板进行力学性能测试，测试结果如表2所示。
表2超高强钢基板力学性能
实施例编号 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 伸长率A80/％
1 392 578 26.9
2 416 614 23.2
3 396 585 26.1
4 412 607 24.0
5 402 593 25.4
6 407 601 24.8
将1-6实施例中制备得到的超高强钢板进行力学性能测试，测试结果如表3所示。
表3超高强钢板力学性能
实施例编号 屈服强度/MPa 抗拉强度/MPa 伸长率A80/％
1 1088 1412 6.5
2 1129 1423 6.5
3 1097 1414 6.4
4 1121 1420 6.5
5 1105 1415 6.6
6 1113 1418 6.5
从表3可以看出，本发明的一些实施例制备得到的超高强钢板具有1080MPa以上的的屈服强度，同时其抗拉强度1400MPa以上，伸长率为6.5％。
从图1的超高强钢板基板的微观组织形貌图可以看出本发明的一些实施例制备得到的超高强钢板基板由铁素体和珠光体组成。
从图2的超高强钢板基板的表面铝硅镀层形貌图可以看出，制备得到的铝硅镀层表面光滑，同时无后续抛丸处理工序，使得产品涂装和焊接等性能明显提高，而生产成本降低，同时具有抗高温抗氧化性能。
从图3的超高强钢板的微观组织形貌图可以看出本发明的一些实施方法制备得到的超高强钢板由单一马氏体组成，其抗拉强度达到1400MPa以上。
综上所述，与现有技术相比，本发明的实施例方式具有以下有益效果：
由于铝硅镀层板具有优良的抗高温氧化性能，热成形零部件无需保护气氛加热，同时无后续抛丸处理工序，使得产品涂装和焊接等性能明显提高，而生产成本降低。本发明制备的高性能汽车用超高强钢板具有超高强度、良好塑性和优良抗高温氧化性能，成本优势明显，具有显著的经济效益和社会效益。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种超高强度钢板，其特征在于，包括：其化学成分质量百分比为：C：0.20-0.25％，Si：0.10-0.40％，Mn：1.00-1.50％，Cr：0.10-0.40％，Ti：0.01-0.04％，Al：0.01-0.06％，V：0.01-0.10％，B：0.0015-0.0035％，P≤0.020％，S≤0.010％，N≤0.006％，余量为Fe及不可避免杂质。
2.按照权利要求1所述的超高强度钢板，其特征在于，所述超高强度钢板化学成分质量百分比为：C：0.21-0.23％，Si：0.15-0.35％，Mn：1.10-1.30％，Cr：0.15-0.35％，Ti：0.02-0.04％，Al：0.02-0.04％，V：0.05-0.08％，B：0.0020-0.0030％，P≤0.015％，S≤0.005％，N≤0.005％，余量为Fe及不可避免杂质。
3.一种如权利要求1－2所述的超高强度钢板的制备方法，其特征在于，包括：依次通过冶炼工序、热轧工序、酸轧工序、热镀铝硅退火工序以及热冲压工序先后进行制备得到超高强度钢板。
4.按照权利要求3所述的超高强度钢板的制备方法，其特征在于，所述冶炼工序按以下方式进行：将原料铁水冶炼并在转炉内降低钒含量，将铁水通过铸造成板坯。
5.按照权利要求4所述的超高强度钢板的制备方法，其特征在于，所述热轧工序按以下方式进行：所述板坯经过加热、除磷、热轧和层流冷却后获得热轧卷；
其中热轧包括精轧、终轧以及卷取，所述精轧的开轧温度为1000-1100℃，所述终轧温度为850-950℃，所述卷取温度为550-650℃。
6.按照权利要求5所述的超高强度钢板的制备方法，其特征在于，所述酸轧工序按以下方式进行：将所述热轧卷依次进行酸洗和冷轧制得冷轧薄板；
其中冷轧压下率为50-70％。
7.按照权利要求6所述的超高强度钢板的制备方法，其特征在于，所述热镀铝硅退火工序按以下方式进行：将所述冷轧薄板进行热镀铝硅退火，其中炉内保护气氛露点温度为－10－－60℃，后从退火温度以缓冷速率CR1冷却至锌锅炉鼻温度并进行热镀铝硅，以终冷速率CR2冷却至0-30℃，制得超高强钢板基板。
8.按照权利要求7所述的超高强度钢板的制备方法，其特征在于，所述退火温度为780-840℃，所述锌锅炉鼻温度670-690℃，所述缓冷速率CR1为2-10℃/s，所述热镀铝硅时间为2-5s，所述终冷速率CR2为5-10℃/s。
9.按照权利要求7所述的超高强度钢板的制备方法，其特征在于，所述热冲压工序按以下方式进行：将所述超高强钢板基板加热至900－950℃，然后在800－850℃进行热冲压，最后以冷却速率20－40℃/s进行淬火。
10.一种超高强度钢板制品，其特征在于，所述超高强度钢板制品为根据所述权利要求3-9任一项所述的超高强度钢板的制备方法得到的所述超高强钢板，或者由所述超高强钢板制成的产品。
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