CN108823507B

CN108823507B - 一种抗拉强度800MPa级热镀锌高强钢及其减量化生产方法

Info

Publication number: CN108823507B
Application number: CN201810684812.0A
Authority: CN
Inventors: 谭文; 潘利波; 王俊霖; 祝洪川; 方芳; 陈一鸣; 周文强; 杜小峰
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2018-06-28
Publication date: 2020-12-11
Anticipated expiration: 2038-06-28
Also published as: CN108823507A

Abstract

本发明涉及一种抗拉强度800MPa级热镀锌高强钢及其减量化生产方法，所述热镀锌高强钢包括以下成分：C：0.03％～0.10％，Mn：1.50％～2.50％，Si：0.005％～0.10％，Als：0.005～0.05％，V：0.10～0.25％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，N：≤0.008％，B：0.0005～0.0050％，产品微观组织主要由88～94％铁素体、3～10％贝氏体、0～9％马氏体组织组成。其生产方法为：炼钢，精炼，连铸热轧，酸洗，退火镀锌，光整，省掉了传统生产工艺流程的冷轧工序，生产流程显著缩短，生产过程能耗和CO₂排放大大降低，生产效率显著提升。

Description

一种抗拉强度800MPa级热镀锌高强钢及其减量化生产方法

技术领域

本发明属于热镀锌超高强钢制造技术领域，涉及一种抗拉强度800MPa级热镀锌高强钢及其减量化生产方法。

背景技术

近年来，为了降低汽车使用过程中的能耗，减少CO₂排放，汽车用钢等朝着薄厚度规格、高强的方向发展，800MPa级及以上的超高强钢是其主要发展方向之一。与普通冷轧高强钢相比，镀锌高强钢不仅具有高的强度、还具有良好的耐腐蚀性能，因此800MPa以上级别镀锌超高强钢得到了广泛应用，主要用于车门防撞梁、纵梁加强板、导槽加强板等汽车结构件的制造。

当前800MPa级镀锌高强钢在成分设计上采用了0.05～0.20％C，1.4～2.5％Mn，0.10～1.0％Si或0.8～2.00％Al，并复合添加Cr、Mo、Ti、Nb等微合金成分，制备方法涉及炼钢→连铸→热轧→酸洗→冷轧→退火镀锌等常规制造工序，退火镀锌时，将带钢加热至760～900℃，然后进行冷却和镀锌，得到产品的微观组织为70～90％的铁素体和10％～30％马氏体、贝氏体和残余奥氏体，产品性能可以达到抗拉800MPa以上，屈强比在0.70以下，延伸率达到14～25％。CN 106399857A公布了一种抗拉强度800MPa级含Si的冷轧热镀锌双相钢的生产方法，钢板主要化学成分为：C：0.08～0.12％，Mn：1.50％～2.50％，Si：0.10～0.18％，Cr：0.20～0.40％，Mo：0.12～0.20％，Als：0.03～0.06％，P：≤0.015％，S：≤0.04％，N：≤0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，经热轧、冷轧、连续退火、热镀锌后，产品力学性能达到屈服强度426～540MPa，抗拉强度≥800MPa，延伸率≥15％。CN105441805A公布了一种800MPa级轿车用镀锌双相钢及生产方法，其主要化学成分为：C：0.06～0.10％，Si：≤0.01％，Mn：1.50～2.50％，Als：0.01-0.080％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，Mo 0.01～0.30％或Cr：0.02～0.90％，Nb：0.01～0.03％，N：≤0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质元素，生产步骤包括冶炼、精炼及连铸后对铸坯加热，精轧，卷取，酸洗后冷轧，热镀锌，光整。得到的产品力学性能指标达到：屈服强度480～550MPa，抗拉强度815～865MPa，延伸率14.5～19％，n值0.11～0.13，产品可镀性好、镀层表面色泽均匀无缺陷，抑制层连续致密，锌层附着力达到球冲1级水平，锌层及钢基弯曲试验合格，能满足中高级轿车对高强结构件及外覆盖件的表面质量要求。现有抗拉强度800MPa级热镀锌高强钢产品的制造流程一般涉及炼钢→连铸→热轧→酸洗→冷轧→退火镀锌等工序，制造流程较长，由此带来能耗增加、CO₂和废弃物排放增加等问题，而且由于800MPa级高强钢中合金含量较高，在冷轧时轧制困难，冷轧轧制设备负荷大，存在板形难控制、轧制边裂等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种抗拉强度800MPa级热镀锌高强钢及其减量化生产方法，并且所述热镀锌高强钢具有良好的表面质量、成形性能和焊接性能。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种抗拉强度800MPa级热镀锌高强钢，所述热镀锌高强钢包括以下质量百分比的化学成分：C：0.03％～0.10％，Mn：1.50％～2.50％，Si：0.005％～0.10％，Als：0.005～0.05％，V：0.10～0.25％，P：≤0.015％，S：≤0.010％，N：≤0.008％，B：0.0005～0.0050％，其余为Fe和不可避免的杂质，产品微观组织主要由88～94％铁素体、3～10％贝氏体、0～9％马氏体组织组成。

按上述方案，所述热镀锌高强钢化学成分还包括Nb、Ti、Cr、Mo中的至少一种元素，各元素质量百分比为：Nb：0.010～0.050％，Ti：0.005～0.050％，Cr：0.05～0.30％，Mo：0.05～0.50％。

本发明还提供上述抗拉强度800MPa级热镀锌高强钢的减量化生产方法，具体包括以下步骤：炼钢，精炼，连铸热轧，酸洗，退火镀锌，光整；

所述连铸热轧具体步骤为：连铸，加热，粗轧，精轧，冷却，卷取，其中加热温度为1150～1300℃，在900℃以上完成粗轧，粗轧压下率≥80％，在850～950℃完成精轧，精轧压下率≥70％，冷却过程中在650℃以上时，平均冷却速率≥20℃/s，在200～600℃完成卷取；或

所述连铸热轧具体步骤为：连铸，粗轧，加热，精轧，冷却，卷取，其中在900℃以上完成粗轧，粗轧压下率≥80％，然后将粗轧坯加热至900～1200℃，在850～950℃完成精轧，精轧压下率≥70％，冷却过程中在650℃以上时，平均冷却速率≥20℃/s，在200～600℃完成卷取；或

所述连铸热轧具体步骤为：连铸，加热，精轧，冷却，卷取，加热温度为1150～1300℃，在850～950℃完成精轧，精轧压下率≥90％，冷却过程中在650℃以上时，平均冷却速率≥20℃/s，在200～600℃完成卷取。

按上述方案，所述退火镀锌步骤包括带钢加热、均热、冷却、镀锌、镀后冷却，其中均热温度550～820℃，均热时间30～200s，冷却速率≥15℃/s，带钢入锌锅温度440～500℃，锌液温度450～470℃，锌液铝含量0.15～0.25％，退火炉内露点-20～-50℃，炉内氢气含量为1～10％，残氧≤30ppm。

按上述方案，所述退火镀锌步骤包括带钢加热、均热、冷却、镀锌、热处理、镀后冷却，其中均热温度550～820℃，均热时间30～200s，冷却速率≥15℃/s，带钢入锌锅温度440～500℃，锌液温度450～470℃，热处理温度500～600℃，热处理时间1～15s，热处理后冷却速度≥3℃/s,锌液铝含量0.15～0.25％，退火炉内露点-20～-50℃，炉内氢气含量为4～10％，残氧≤30ppm。

按上述方案，所述光整步骤光整压下率0.1～1％。

本发明中各元素及主要工艺的作用：

C：碳在钢中起固溶强化作用，或与钢中的Nb、Ti、Mo等碳化物形成元素形成MC细小颗粒，起到析出强化和细化晶粒的作用，提高钢材的强度。过高的碳含量降低钢材的焊接性能，因此综合考虑，钢中的C含量选择为0.03％～0.20％。

Mn：Mn在钢中起固溶强化和稳定奥氏体、提高淬透性的作用，含量过低，强化作用太小，奥氏体不稳定。Mn含量过高容易在板带厚度中心形成严重偏析，降低产品韧性，导致成型开裂，同时Mn含量过高，产品的合金成本显著增加，因此本发明Mn含量为1.50～2.50％。

Si：Si易于氧化，并在钢材表面富集，对产品的表面质量造成影响，尤其对于热镀锌高强钢，Si的含量应尽量降低，因此本发明中Si含量为≤0.10％。

Al：Al易于和钢中的N结合，形成AlN等析出物，使钢中的自由N含量降低，减少钢中其它微合金V、Nb、Ti的消耗，促进钢中细小VC、Nb、TiC粒子的析出，但Al含量太高，易形成粗大的AlN粒子，降低钢材的韧性，因此本发明中Al含量为0.005～0.05％。

P：P为钢中的杂质元素，易于在晶界偏聚，影响产品的韧性，因此其含量越低越好，根据实际控制水平，应控制在0.015％以下。

S：S为钢中的杂质元素，易在晶界产生偏聚，且与钢中的Fe形成低熔点的FeS，降低钢材的韧性，炼钢时应充分去除，应控制在0.010％。

N：N为钢中的杂质元素，降低钢材的韧性，容易和钢中Al、Nb、Ti、V、B等形氮化物粒子，含量过高，易形成粗大析出物而降低钢材的韧性，因此尽量降低其含量，应控制在0.006％以下。

V：V在本发明中为主要微合金元素，V在钢中易于和C、N结合，在较低温度下析出，形成纳米级的VC等细小粒子，提高钢材的强度，但V太高，使制造成本增加，因此本发明V的含量为0.10～0.25％。

Nb：Nb可显著细化钢中铁素体晶粒，提高钢材的强度和韧性，也与钢中的C、N等元素形成NbC、NbN等颗粒，起到析出强化、提高钢材强度的作用，但Nb含量过高会增加钢材的制造成本，因此本发明中Nb的含量为0.005～0.050％。

Ti：Ti与钢中的C、N结合形成TiC和TiN，起到析出强化的作用，但Ti也易与N结合，在钢液中析出，形成粗大的TiN颗粒，降低钢材的韧性，且Ti含量过高带来成本增加，因此本发明中Ti的含量为0.005～0.050％。

Cr：Cr可显著提高钢材的淬透性，并具有抑制碳化物析出和珠光体转变的作用，有利于促进钢中贝氏体和马氏体的形成，但含量太高增加成本，因此本发明中Cr含量为0.05～0.30％。

Mo：Mo可显著提高钢材的淬透性，促进钢材低温组织贝氏体和马氏体的转变，Mo含量过高会显著增加钢材的制造成本，因此本发明中Mo的含量为0.05～0.30％。

B：B具有提高奥氏体淬透性的作用，有效促进钢中马氏体的形成，与钢中的N结合形成BN，起到析出强化的作用，B易于在奥氏体晶界富集，抑制铁素体转变，B含量过高会使钢材韧性变差，且会增加钢材的制造成本，因此本发明中B的含量为0.0005～0.0050％。

对本发明中主要工艺理由分析如下：

板坯加热温度采用1150-1300℃，板坯温度低于1150℃不利于钢中合金元素均匀化，造成成分和组织偏析，且不利于连铸冷却过程中析出的V、Nb、Ti的碳氮化物的重新固溶，加热温度高于1300℃，表面容易形成难以去除的氧化铁皮，使产品表面质量变差。

热轧粗轧过程中，粗轧温度太低，轧制设备轧制负荷增加，钢材板形质量变差，因此应在900℃以上完成粗轧，粗轧压下率太低，不利于晶粒细化，造成组织粗大，降低产品的强度和韧性。

热轧过程中终轧温度较低容易在钢中形成不均匀的组织，而较高容易形成粗大的晶粒组织，均不利于产品的力学性能，因此本发明热轧终轧温度850～950℃。精轧压下率太低不利于晶粒细化，易形成粗大的晶粒组织。

热轧后的冷却过程中，在650℃以上的冷却速度低于30℃/s容易在钢中析出粗大的不均匀铁素体组织和微合金碳化物，造成产品的性能尤其延伸率等韧性指标下降。

在卷取过程中，卷取温度过高，容易造成形成粗大的铁素体和析出大量的碳化物颗粒，而卷取温度过低，容易导致板形不良，因此本发明中卷取温度在200～600℃。

在连续退火过程中，为了使带钢表面可均匀涂覆上锌，因此退火温度要大于450℃，最优500℃以上，退火温度太高，容易形成粗大的不均匀组织和VC析出物，且容易促成表面外氧化，对最终涂覆性能不利，因此本发明退火温度550～820℃。

退火时的均热时间太短，冷轧组织不能发生充分的回复和再结晶，容易形成不均匀的组织，对延伸率等韧性指标有显著影响，造成成形性能降低，均热时间过长，容易形成粗大组织，且表面容易形成过氧化造成表面质量下降，因此本发明550～820℃保温时间30～200s。

退火后的冷却速度低于15℃/s，钢中容易形成珠光体，造成钢材强度降低，因此本发明的冷却速度≥15℃/s。

本发明控制退火炉内露点-20～-50℃，炉内氢气含量H₂在4～10％，露点太高容易造成外氧化和脱碳严重，使镀锌产品出现漏镀等表面缺陷，并使产品强度下降，而露点太低对设备能力要求太高，在常规产线难以实现。H₂含量太低也容易造成带钢表面的外氧化，而太高增加成本，因此本发明退火炉H₂在1～10％。残氧含量太高，容易导致表面氧化，从而涂覆后的表面质量产生显著影响。

本发明的有益效果在于：1、本发明提供的热镀锌高强钢抗拉强度达到800MPa以上，抗拉强度≥800MPa，屈强比≥0.70，延伸率A₈₀≥15％，扩孔率≥30％，具备良好的成形性能和焊接性能，并且产品表面质量良好，适用于制造对耐蚀性要求较高的汽车结构件及家电、建筑用的结构件；2、本发明提供的减量化制造方法，省掉了传统生产工艺流程的冷轧工序，生产流程显著缩短，生产过程能耗和CO₂排放可大大降低，生产效率显著提升。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

本实施例提供一种抗拉强度800MPa级热镀锌高强钢，具体按照以下步骤进行生产：冶炼、连铸→加热或均热→3道次粗轧→5道次精轧→冷却→卷取→酸洗→连退→镀锌→光整→成品。

采用转炉、LF精炼、RH真空冶炼，控制钢材成分为0.04％C、0.02％Si、1.6％Mn、0.15％V、0.023％Als、0.15％Mo、0.002％P、0.002％S、0.003％N、0.02％Ti、0.0020％B，将此铸坯进行连铸，铸坯厚度80mm，将此铸坯加热至1200℃，然后进行三道次粗轧，得到12mm的中间坯，粗轧终轧温度1000℃，粗轧压下率，85％，然后进行5道次精轧，精轧终轧温度900℃，产品厚度1.5mm，精轧压下率87.5％，精轧后进行快速冷却，600℃以上的平均冷却速率25℃/s，卷取温度560℃，将此热轧带钢进行酸洗，然后进行退火镀锌，退火温度750℃，退火时间100s，退火后进行冷却，冷却速率20℃/s，冷却至465℃，随后带钢入锌锅，锌液温度455℃，锌液铝含量0.17％，带钢出锌锅后，进行镀后冷却至室温，镀锌退火时炉内露点-35℃，氢气含量5％，残氧2～10ppm，镀锌后的带钢经0.6％的光整后，得到无表面脱锌和漏点、表面质量良好的抗拉强度800MPa级热镀锌高强钢成品。

检验本实施例所得抗拉强度800MPa级热镀锌高强钢产品的微观组织和力学性能，其微观组织中铁素体体积分数94％，其余为贝氏体，抗拉强度810MPa，屈强比0.82，延伸率18％，扩孔率40％。

实施例2

本实施例提供一种抗拉强度800MPa级热镀锌高强钢，具体按照以下步骤进行生产：冶炼、连铸→3道次粗轧→加热或均热→5道次精轧→冷却→卷取→酸洗→连退→镀锌→光整→成品。

采用转炉、LF精炼、RH真空冶炼，控制钢材成分为0.06％C、0.08％Si、2.0％Mn、0.20％V、0.05％Als、0.002％P、0.002％S、0.003％N、0.02％Ti、0.003％B，将此铸坯进行连铸，铸坯厚度100mm，将此铸坯进行三道次粗轧，得到12mm的中间坯，粗轧压下率88％，粗轧终轧温度1050℃，然后进行加热至1100℃，然后进行5道次精轧，精轧终轧温度860℃，产品厚度1.2mm，粗轧压下率90％，精轧后进行快速冷却，600℃以上的平均冷却速率35℃/s，卷取温度520℃，将此热轧带钢进行酸洗，然后进行退火镀锌，退火温度550℃，退火时间100s，退火后进行冷却，冷却速率20℃/s，冷却至470℃，随后带钢入锌锅进行镀锌，锌液温度455℃，锌液铝含量0.20％，，带钢出锌锅后，进行镀后冷却至室温，镀锌退火时炉内露点-40℃，氢气含量5％，残氧2～10ppm，镀锌后的带钢经0.5％的光整后，得到无表面脱锌和漏点、表面质量良好的抗拉强度800MPa级热镀锌高强钢成品。

检验本实施例制备的抗拉强度800MPa级热镀锌高强钢成品微观组织和力学性能，铁素体体积分数90％，贝氏体体积分数10％，产品抗拉强度850MPa，屈强比0.88，延伸率20％，扩孔率45％。

实施例3

本实施例提供一种抗拉强度800MPa级热镀锌高强钢，具体按照以下步骤进行生产：冶炼、连铸→加热或均热→7道次精轧→冷却→卷取→酸洗→连退→镀锌→光整→成品。

采用转炉、LF精炼、RH真空冶炼，控制钢材成分为0.08％C、0.01％Si、2.2％Mn、0.25％V、0.010Nb％、0.02％Als、0.002％P、0.002％S、0.20％Cr、0.002％N、0.0025％B，将此铸坯进行连铸，铸坯厚度56mm，将此铸坯加热，出炉温度1220℃，然后进行7道次精轧，精轧终轧温度850℃，得到1.0mm成品，精轧压下率98.2％，精轧后进行快速冷却，600℃以上的平均冷却速率50℃/s，卷取温度400℃，将此热轧带钢进行酸洗，然后进行退火镀锌，退火温度740℃，退火时间120s，退火后进行冷却，冷却速率30℃/s，冷却至465℃，随后带钢入锌锅进行镀锌，锌液温度455℃，锌液铝含量0.20％，带钢出锌锅后，进行镀后冷却至室温，镀锌退火时炉内露点-20℃，氢气含量6％，残氧2～10ppm，镀锌后的带钢经0.4％的光整后，得到无表面脱锌和漏点、表面质量良好的抗拉强度800MPa级热镀锌高强钢成品。

检验本实施例制备的抗拉强度800MPa级热镀锌高强钢成品微观组织和力学性能，铁素体体积分数88％，贝氏体体积分数3％，其余为马氏体组织，产品抗拉强度880MPa，屈强比0.80，延伸率17％，扩孔率40％。

实施例4

采用转炉、LF精炼、RH真空冶炼，控制钢材成分为0.09％C、0.01％Si、2.4％Mn、0.22％V、0.015Nb％、0.02％Als、0.008％P、0.002％S、0.23％Cr、0.005％N、0.0025％B，将此铸坯进行连铸，铸坯厚度56mm，将此铸坯加热，出炉温度1230℃，然后进行7道次精轧，精轧终轧温度850℃，得到1.0mm成品，精轧压下率98.2％，精轧后进行快速冷却，600℃以上的平均冷却速率50℃/s，卷取温度400℃，将此热轧带钢进行酸洗，然后进行退火镀锌，退火温度800℃，退火时间150s，退火后进行冷却，冷却速率30℃/s，冷却至465℃，随后带钢入锌锅进行镀锌，锌液温度455℃，锌液铝含量0.20％，带钢出锌锅后，进行镀后热处理，热处理温度550℃，热处理时间3s，热处理后冷却至室温，镀锌退火时炉内露点-20℃，氢气含量6％，残氧2～10ppm，镀锌后的带钢经0.4％的光整后，得到无表面脱锌和漏点、表面质量良好的抗拉强度800MPa级热镀锌高强钢成品。

检验本实施例制备的抗拉强度800MPa级热镀锌高强钢成品微观组织和力学性能，铁素体体积分数91％，贝氏体体积分数3％，其余为马氏体组织，产品抗拉强度860MPa，屈强比0.72，延伸率20％，扩孔率45％。

Claims

1.一种抗拉强度800MPa级热镀锌高强钢，其特征在于，所述热镀锌高强钢包括以下质量百分比的化学成分：C：0.03%~0.10%，Mn：1.50%~2.50%，Si：0.005%~0.10%，Als：0.005~0.05%，V：0.10~0.25%，P：≤0.015%，S：≤0.010%，N：≤0.008%，B：0.0005~0.0050%，其余为Fe和不可避免的杂质，产品微观组织主要由88~94%铁素体、3~10%贝氏体、0~9%马氏体组织组成；

其减量化生产方法具体包括以下步骤：炼钢，精炼，连铸热轧，酸洗，退火镀锌，光整；

所述连铸热轧具体步骤为：连铸，加热，粗轧，精轧，冷却，卷取，其中加热温度为1150~1300℃，在900℃以上完成粗轧，粗轧压下率≥80%，在850~950℃完成精轧，精轧压下率≥70%，冷却过程中在650℃以上时，平均冷却速率≥20℃/s，在200~600℃完成卷取；或

所述连铸热轧具体步骤为：连铸，粗轧，加热，精轧，冷却，卷取，其中在900℃以上完成粗轧，粗轧压下率≥80%，然后将粗轧坯加热至900~1200℃，在850~950℃完成精轧，精轧压下率≥70%，冷却过程中在650℃以上时，平均冷却速率≥20℃/s，在200~600℃完成卷取；或

所述连铸热轧具体步骤为：连铸，加热，精轧，冷却，卷取，加热温度为1150~1300℃，在850~950℃完成精轧，精轧压下率≥90%，冷却过程中在650℃以上时，平均冷却速率≥20℃/s，在200~600℃完成卷取。

2.根据权利要求1所述的抗拉强度800MPa级热镀锌高强钢，其特征在于，所述热镀锌高强钢化学成分还包括Nb、Ti、Cr、Mo中的至少一种元素，各元素质量百分比为：Nb：0.010~0.050%，Ti：0.005~0.050%，Cr：0.05~0.30%，Mo：0.05~0.50%。

3. 一种权利要求1或2所述的抗拉强度800MPa级热镀锌高强钢的减量化生产方法，其特征在于，具体包括以下步骤：炼钢，精炼，连铸热轧，酸洗，退火镀锌，光整；

4.根据权利要求3所述的抗拉强度800MPa级热镀锌高强钢的减量化生产方法，其特征在于，所述退火镀锌步骤包括带钢加热、均热、冷却、镀锌、镀后冷却，其中均热温度550~820℃，均热时间30~200s，冷却速率≥15℃/s，带钢入锌锅温度440~500℃，锌液温度450~470℃，锌液铝含量0.15~0.25%，退火炉内露点-20~-50℃，炉内氢气含量为1~10%，残氧≤30ppm。

5.根据权利要求3所述的抗拉强度800MPa级热镀锌高强钢的减量化生产方法，其特征在于，所述退火镀锌步骤包括带钢加热、均热、冷却、镀锌、热处理、镀后冷却，其中均热温度550~820℃，均热时间30~200s，冷却速率≥15℃/s，带钢入锌锅温度440~500℃，锌液温度450~470℃，热处理温度500~600℃，热处理时间1~15s，热处理后冷却速度≥3℃/s,锌液铝含量0.15~0.25%，退火炉内露点-20~-50℃，炉内氢气含量为4~10%，残氧≤30ppm。

6.根据权利要求3所述的抗拉强度800MPa级热镀锌高强钢的减量化生产方法，其特征在于，所述光整步骤光整压下率0.1~1%。