CN109023036A - 一种超高强热轧复相钢板及生产方法 - Google Patents

一种超高强热轧复相钢板及生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超高强热轧复相钢板及生产方法,包含如下质量百分比的化学成分:C:0.05%~0.15%、Si:0.1%~0.8%、Mn:1.2%~2.3%、P≤0.012%、S≤0.005%、Cr:0.20%~0.70%、Mo:0.10%~0.50%、Nb:0.02%~0.06%、Ti:0.05%~0.13%、Als:0.015%~0.060%,其余为Fe和不可避免的杂质。优点是:通过控制轧制和控制冷却,综合利用细晶强化、相变强化和析出强化的作用,来达到既能保持材料的高强性能,同时通过析出强化减少两相间的显微硬度差别,从而提高扩孔性能的目的。

Description

一种超高强热轧复相钢板及生产方法
技术领域
[0001] 本发明涉及热乳钢板乳制领域,尤其涉及一种用于汽车制造领域的强度为980MPa 扩孔性能良好的超高强热乳复相钢板及生产方法。
背景技术
[0002] 目前,汽车制造业中最具挑战的问题是安全性和碰撞性能的提高、燃油消耗的减 少和环境影响的降低以及廉价可靠的精密装备的应用。关于这几方面,高强钢的成功开发 已解决了一些问题。而超高强钢的研发应用是实现汽车轻量化的有效手段,符合新一代汽 车节能、降耗、环保和安全的发展趋势,是未来材料技术发展的主导方向。先进超高强钢通 过合理的化学成分设计和控乳控冷手段,综合利用相变强化、细晶强化和析出强化等强化 手段,其强度可达到500〜1600MPa。复相钢为主要包含铁素体及贝氏体、少量回火马氏体及 和残余奥氏体的多相组织,其晶粒细化是由微合金元素推迟再结晶及沉淀强化所致。对比 于双相钢,具有高的屈服强度、低的加工硬化速率及良好的扩孔性能。针对汽车制造中的高 强扭力及高强座椅用钢的需求,980MPa的超高强复相钢以其良好的综合性能可以满足现代 汽车对超高强度钢的要求。
[0003] 公开号CNl 01490295A的发明专利申请公开了 一种拉伸凸缘性和疲劳特性优异的 高强热乳钢板,该钢板含有:C:0.03%〜0.20%、Si:0.08〜1.5%、Mn:1.0%〜3.0%、P:〈 0.05%、S: >0.0005%、Ν0· 0005 〜0.01 %、酸可溶 Al :0.01 %、酸可溶 Ti:低于0.008%、Ce或 La中的1种或2种的总计:0.0005〜0.04%,剩余部分由铁及不可避免的杂质构成;延伸夹杂 物的个数比例为20%以上,所述延伸夹杂物是在该钢板中存在的当量园直径为Ιμπι以上的 夹杂物,切长径/短径为5以上。该专利只是在钢板中夹杂物的控制方面提出了相应的处理 方法,而在强度方面有500〜600MPa的钢板示例,强度级别较低。
[0004] 公开号CN103380217A的发明专利申请公开了由复相钢制成的热乳钢板产品及其 制造方法,该发明涉及一种具有至少IlOOMPa的抗拉强度并且结合了良好的延展性能和良 好变形能力的热乳钢板产品。该复相钢除了包含有铁和不可避免的杂质以外,还包含有(以 重量 %示出的)C:0.13%〜0·2%、Μη:1·8%〜2.5%、Si:0.70〜1·3%、Α1:0·01至0·1%、Ρ: 不高于0.1 %、S:不高于0.01 %、Cr: 0.25〜0.70 %、可选择Mo:对此Cr含量和Mo含量总计为 0.25〜0.7 %、Ti : 0.08〜0.2%和B: 0.0005〜0.005 %,并且具有由最高10体积%的残余奥 氏体、10〜60体积%的马氏体、最高30体积%的铁素体和至少10体积%的贝氏体构成的组 织。该发明涉及一种具有至少IlOOMPa的抗拉强度热乳复相钢,但未涉及扩孔率方面的性 能。
[0005] 公开号CN101265553A的发明专利公开了挤压加工优异的高强度热乳板及其制造 方法。该发明的热乳板含有,C、Si、Mn: ^1、1^、~和3,所述的(:、11、13的含量满足下式(1), 且所述Si和Mn的含量满足下式(2),该钢板的组织为相对于观察视野面积,贝氏体铁素体占 90%面积%以上,马氏体为5面积%以下,贝氏体为5面积%以下。其中,在下式中,[]表示 各元素的含量(质量%)。[(:]-{[11]-(48/32) X [S]}/4彡0.01 …(1),0.20彡([Si]/[Mn]彡 0.85…(2)。钢板具有980MPa的高强度,而且在挤压加工时所要求的特性也优异,具体来说 是形状冻结性、扩孔性、弯曲加工性全部优异。该发明的钢板组织中铁素体占90%以上,其 余为贝氏体及马氏体,应属于双相钢范畴。
[0006] 公开号CN102953004A的发明专利公开了一种高强度复相钢板及其制造方法。其微 观组织包括贝氏体和马氏体,且其化学元素质量百分含量为:C:0.175%〜0.215%、Si: 0.15%〜0.55%、Mn:1.60%〜2.00%、Al:0.015%〜0.040%、Ti:0.005%〜0.02%、Nb: 0.01 %〜0.03%、N<0.006%,余量为铁和其他不可避免杂质。该发明还公开了该高强度复 相钢板的制造方法,其中控制冷却步骤采取水冷—空冷—水冷分段式进行,其中第一段水 冷速度多100 °C/s,第二段空冷温度控制在680〜720 °C,空冷时间为4〜6s,第三段水冷速度 多75 °C/s,终冷温度控制为< 250 °C。最终卷取温度在250 °C以下,组织特征属于双相钢范 畴,且冷速在100 °C /s以上,对设备要求较高。
[0007] 公开号CN103045941A的发明专利公开了一种高强韧性复相钢及其热处理方法,属 于合金钢生产工艺技术领域;所要解决的技术问题是实现利用形变诱导铁素体变形来细化 晶粒,利用Q&amp;P工艺实现对硬相马氏体和软相残余奥氏体的调控,增加钢的强度的同时又保 证其具有良好的韧性;采用的技术方案为:包含的组分及重量百分比含量为:C:0.10%〜 0.25%、Si:0.5%〜1.0%、Mn:1.2%〜1.8%、Ti:0.01%〜0.05%、B:0.001%〜0.003%、S <0.01%、P:<0.01%,其余为Fe;其热处理方法为:第一步,将钢加热到奥氏体化温度,并 保温3-30min;第二步,将钢快速冷却到临界温度,在此温度范围内进行形变诱导相变;第三 步,将钢淬入50〜370°C的淬火介质中,并保温5〜600s;第四步,将钢淬入室温水中。该发明 为钢板乳制后需经两次淬火进行碳的配分,属于Q&amp;P钢范畴。
[0008] 公开号CN103857819A的发明专利公开了一种高强度钢板及其制造方法,通过含有 规定的钢成分,使钢板组织成为:相对于钢板组织整体的面积率计,马氏体的面积率为5〜 70%,残余奥氏体的面积率为5〜40%,上贝氏体中的贝氏体铁素体的面积率为5%以上,且 上述马氏体的面积率、上述残余奥氏体的面积率和上述贝氏体铁素体的面积率的合计为 40%以上,上述马氏体的25%以上为回火马氏体,多边形铁素体相对于钢板组织整体的面 积率超过10 %且小于50 %且其平均粒径为8μπι以下,将由邻接的多边形铁素体粒构成的一 群铁素体粒作为多边形铁素体粒群时,其平均直径为15Μ1以下,并且上述残留奥氏体中的 平均C量为0.70质量%以上,并且,使拉伸强度为780MPa以上,从而能够得到延展性和拉伸 凸缘性优异且拉伸强度为780〜HOOMPa的高强度加压部件。该发明钢板的抗拉强度部分为 780MPa,级别较低。且热乳钢板后需进行退火处理,部分钢板进行了冷乳后退火处理得到较 高的强度,属于冷乳高强钢板范畴。
发明内容
[0009] 为克服现有技术的不足,本发明的目的是提供一种超高强热乳复相钢板及生产方 法,强度为980MPa,扩孔性能良好,该钢种具有高强度和良好的成型性,扩孔率》75%,适合 制造汽车结构件、加强件、安全件等构件,如保险杠、B柱加强件。在C-Si-Mn合金元素基础上 添加他、1^、&amp;、1〇元素,通过相变强化和析出强化,一方面提高钢种强度,另一方面通过析 出强化减小两相之间强度差,从而提高该钢种的扩孔性能。
[0010] 为实现上述目的,本发明通过以下技术方案实现:
[0011] —种超高强热乳复相钢板,包含如下质量百分比的化学成分:C:0.05%〜0.15%、 Si:0.1%〜0.8%、Mn:1.2%〜2.3%、P<0.012%、S<0.005%、Cr:0.20%〜0.70%、Mo: 0.10%〜0.50%、恥:0.02%〜0.06%、1^:0.05%〜0.13%、厶18:0.015%〜0.060%,其余 为Fe和不可避免的杂质。
[0012] 采用上述成分设计的理由为:
[0013] 碳:适当的碳含量可以确保钢板具有足够强度。碳含量过低,容易出现先析铁素 体,不利于获得高强度的贝氏体和马氏体复相组织。而C含量过高,则容易形成珠光体组织, 阻碍贝氏体组织的形成。对于本发明的抗拉强度980MPa强度级别复相钢板而言,将碳含量 控制在 C: 0.05% 〜0.15%。
[0014] 硅:在本发明中主要用于强度的提高。它是铁素体形成元素,溶入铁素体中起到固 溶强化作用。同时它具有强石墨化作用,加速碳向奥氏体的偏聚,促进空冷过程中无碳贝氏 体和粒状贝氏体的形成。但硅含量过高,会导致乳后钢板表面出现红色氧化铁皮,恶化表面 质量。损害钢种的焊接性能和涂覆性能,因此本发明将硅含量控制在〇. 1 %〜〇. 8%。
[0015] 锰:是奥氏体稳定元素,其能力仅次于镍元素。锰元素可以使钢的C曲线向右推移, 强烈增加淬透性,降低贝氏体和马氏体形成的临界冷速,利于得到贝氏体或者马氏体组织, 在实际生产中可以降低乳后分段冷却中第一段水冷的冷却速度,降低对设备能力的要求。 但锰具有较高的偏析倾向,所以其含量不能太高,一般低碳微合金钢中锰含量不超过 2.5%,考虑到钢种的强度级别,综合考虑本发明将锰含量控制在1.2%〜2.3%。
[0016] 铬:是碳化物形成元素,可推迟珠光体转变。其含量大于0.25 %时可阻碍铁素体和 珠光体形成,显著提高钢的淬透性。从而有利于贝氏体组织的形成,并细化组织,起到强化 效果。铬含量过高,会使材料的加工、成型性变差。含铬量的选择原则是促进贝氏体的形成, 并避免过多马氏体组织的形成对延伸率产生不利影响,因此本发明的铬含量的选择在 0.20% 〜0.70%〇
[0017] 钼:Mo是显著提供淬透性元素,推迟珠光体生成,使得贝氏体生成区左移,扩大了 卷取温度窗口。本发明的钼的含量为Mo:0.10%〜0.50%。
[0018] 铌:铌可显著提高钢的再结晶温度并实现晶粒细化。在热乳过程中铌的碳化物可 阻碍形变奥氏体的再结晶。该元素的加入可进一步细化形成贝氏体钢的显微组织,提高钢 的强韧性。本发明将铌的含量控制在0.02%〜0.06%。
[0019] 钛:是强碳化物形成元素,在钢中加入微量的Ti有利于固定钢中的N,所形成的TiN 能使钢坯加热时奥氏体晶粒不过分长大,从而起到细化原始奥氏体晶粒的目的。钛在钢中 还可以第二相粒子的形式存在,强化铁素体相,起到沉淀强化作用。本发明中钛添加量为 0.05% 〜0.13%〇
[0020] 铝:属于强脱氧元素。通过添加一定含量的铝元素,可保证钢中的氧含量尽可能的 低。脱氧后多余的铝可以和钢中的氮元素形成AlN析出物,提高钢板强度,并在热处理加热 时细化钢的奥氏体晶粒度。因此,本发明中将酸可溶的Als含量控制在0.015%〜0.060%。
[0021] 磷和硫为杂质元素,原则上是越低越好,考虑到成本,本发明将磷和硫的含量控制 为P彡 0.012%、S彡 0.005%〇
[0022] 一种超高强热乳复相钢板的生产方法,通过两阶段控制乳制及三段时控制冷却, 获得抗拉强度达到980MPa级以上,显微组织为铁素体及贝氏体少量马氏体及残余奥氏体的 复相钢板,包括以下步骤:
[0023] 1)钢坯加热温度为1180〜1280°C,钢坯在乳机上进行多道次乳制,中间坯厚度为 35〜45mm,精乳总压下率彡85%,热乳终乳温度为840〜950°C;
[0024] 2)乳后冷却分为三个段:
[0025] I段:冷速为20〜30°C/s、温度控制在650〜720°C,进入铁素体区域;
[0026] Π段:空冷时间为3〜8s,得到体积百分数为60%〜70%的铁素体析出;
[0027] ΙΠ段:以大于等于30°C/s冷却速度冷至卷取温度350〜550°C,之后空冷至室温,得 到体积百分数为30 %〜40 %的贝氏体;
[0028] 最终得到厚度为2〜6mm的钢板,抗拉强度在980MPa以上,扩孔率彡75%。
[0029] 本发明主要通过控制乳制和控制冷却,综合利用细晶强化、相变强化和析出强化 的作用,来达到既能保持材料的高强性能,同时通过析出强化减少两相间的显微硬度差别, 从而提尚扩孔性能的目的。
[0030] 热乳工艺中,如果加热温度低于1180°c,微合金元素溶解不充分,则不能充分利用 微合金元素的作用,强度降低;而高于1280°c时,晶粒容易粗化,对提高钢板韧性不利。因 此,本发明将热乳工艺中的加热温度控制为1180〜1280 °C。
[0031] 板坯在奥氏体再结晶区进行粗乳,通过乳制变形后的再结晶细化奥氏体晶粒,钢 坯的变形量在80%以上,终乳温度控制在840〜950°C,通过奥氏体低温区的乳制变形,使奥 氏体晶粒内形成变形带并因应变诱导微合金元素的碳氮化物沉淀,细化奥氏体的相变产 物,提高钢板的韧性。目的是使得晶粒细化及均匀,此外还可以通过沉淀强化提高产品强度 性能,并减少铁素体与贝氏体两相之间的强度差异,得到优良的扩孔性能。
[0032] 终乳后钢板冷却到350〜550°C卷取,是获得贝氏体的最佳温度区间。钢板卷取温 度过高,会导致带状组织出现,使钢板扩孔率降低;卷取温度过低,造成钢板强度升高,延伸 率下降。
[0033] 本发明的技术关键在于乳后冷却方式,为保证获得适当的铁素体+贝氏体复相组 织,终乳后采用三段式冷却方式,目的是得到先共析体积百分数为60%〜70%的铁素体及 体积百分数为30%〜40%的贝氏体。第一段冷却是以一定的冷速冷却进入铁素体区域,第 二阶段是通过3〜8s时间的空冷阶段,得到体积百分数为60%〜70%的铁素体析出,第三段 冷却目的是以大于珠光体转变临界冷却速度冷却到贝氏体区卷取,避开珠光体形成区,从 而得到体积百分数为30%〜40%的贝氏体,当然在此过程中会伴随少量马氏体形成及极少 的残余奥氏体存在。
[0034] 本发明通过合金成分设计,结合相应的控制乳制和乳后冷却制度,实现了具有细 晶强化、析出强化和相变强化的复相钢生产。生产的复相钢典型金相组织为铁素体基体上 分布贝氏体,并混杂有M-A (马氏体)岛组织和极少量的残余奥氏体。由于铌、钛元素的加入 促使了铁素体的细晶强化,减小了铁素体和贝氏体力学性能的差别,减少了钢板在局部变 形过程中不同相之间硬度差导致开裂的敏感点。本发明较其他复相钢的扩孔性能更优良, 可生产厚度为2〜6mm的钢板,钢板在抗拉强度多980MPa时,其扩孔率达到75%以上。具备细 化的多边形铁素体组织(60%〜70%)、贝氏体组织(30%〜40%)以及极少量马氏体组织, 使材料在高强度的同时,具有良好的扩孔性能。根据本发明生产的钢材由于兼具了高强度 和良好的延伸凸缘性,所以在制造加工成型性要求严格,强度级别高的高负载型的汽车车 身零部件时具有独特优势。
具体实施方式
[0035] 下面对本发明进行详细地描述,但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方 式。
[0036] 实施例
[0037] 超高强热乳复相钢板及生产方法,热乳复相钢板化学成分质量百分比为:C: 0.05%〜0.15%、Si:0.1%〜0.8%、Mn:1.2%〜2.3%、P<0.012%、S<0.005%、Cr: 0.20%〜0.70%、Mo:0.10%〜0.50%、Nb:0.02%〜0.06%、Ti:0.05%〜0.13%、Als: 0.015%〜0.060%,其余为Fe和不可避免的杂质。
[0038] 超高强热乳复相钢板的生产方法,通过两阶段控制乳制及三段时控制冷却,获得 抗拉强度达到980MPa级以上,显微组织为铁素体及贝氏体少量马氏体及残余奥氏体的复相 钢板。
[0039] 将上述成分的连铸坯加热至1180〜1280°C,钢坯在乳机上进行多道次乳制,中间 坯厚度为35-45mm,优选40mm,精乳总压下率彡85%,热乳终乳温度为840〜950 °C,乳后冷却 分为三个段:1段:冷速:20〜30°C/s、温度:650〜720°C; Π段:空冷:3〜8s;m段:以大于等 于30 °C/s冷却速度冷至卷取温度350〜550 °C,之后空冷至室温。
[0040] 见表1,表1为实施例钢的化学成分,将冶炼好的符合表1中所述组分的钢水经真空 脱气处理后连铸成坯料,然后将坯料在热乳乳机上,乳后采用三阶段冷却工艺,见表2、表3。 表2为实施例钢的制造工艺参数;表3为实施例钢的力学性能。
[0041] 表1实施例钢的化学成分(质量百分比/%)
Figure CN109023036AD00071
[0043] 表2实施例钢的制造工艺参数
Figure CN109023036AD00081
[0045] 表3实施例钢的力学性能
Figure CN109023036AD00082
[0048] 根据本实施例的生产方法,乳制钢板的屈服强度Rp〇. 2彡80 OMPa、抗拉强度Rm彡 980MPa,延伸率A8q彡9%,扩孔率彡75%,具有优良的扩孔性能。

Claims (2)

1. 一种超高强热乳复相钢板,其特征在于,包含如下质量百分比的化学成分:c:0.05% 〜0.15%、Si:0.1%〜0.8%、Mn:1.2%〜2.3%、P<0.012%、S<0.005%、Cr:0.20%〜
0.70%、Mo:0.10%〜0.50%、Nb:0.02%〜0.06%、Ti:0.05%〜0.13%、Als:0.015%〜 0.060%,其余为Fe和不可避免的杂质。
2. 根据权利要求1所述的一种超高强热乳复相钢板的生产方法,其特征在于,通过两阶 段控制乳制及三段时控制冷却,获得抗拉强度达到980MPa级以上,显微组织为铁素体及贝 氏体少量马氏体及残余奥氏体的复相钢板,包括以下步骤: 1) 钢坯加热温度为1180〜1280°C,钢坯在乳机上进行多道次乳制,中间坯厚度为35〜 45mm,精乳总压下率彡85%,热乳终乳温度为840〜950°C; 2) 乳后冷却分为三个段: I段:冷速为20〜30 °C/s、温度控制在650〜720 °C,进入铁素体区域; Π段:空冷时间为3〜8s,得到体积百分数为60%〜70%的铁素体析出; ΙΠ段:以大于等于30°C/s冷却速度冷至卷取温度350〜550°C,之后空冷至室温,得到体 积百分数为30 %〜40 %的贝氏体; 最终得到厚度为2〜6mm的钢板,抗拉强度在980MPa以上,扩孔率彡75%。
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