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

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

本发明涉及热轧钢板轧制领域，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轧复相钢板及生产方法。

背景技术

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轧控冷手段，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。

公开号CN101490295A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轧钢板，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％、N0.0005～0.01％、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1μm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。

公开号CN103380217A的发明专利申请公开了由复相钢制成的热轧钢板产品及其制造方法，该发明涉及一种具有至少1100MPa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轧钢板产品。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％、Mn：1.8％～2.5％、Si：0.70～1.3％、Al：0.01至0.1％、P：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1100MPa的抗拉强度热轧复相钢，但未涉及扩孔率方面的性能。

公开号CN101265553A的发明专利公开了挤压加工优异的高强度热轧板及其制造方法。该发明的热轧板含有，C、Si、Mn：、Al、Ti、N和S，所述的C、Ti、N、S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％)。[C]-{[Ti]-(48/32)×[S]}/4≤0.01…(1)，0.20≤([Si]/[Mn]≤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。

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≥100℃/s，第二段空冷温度控制在680～720℃，空冷时间为4～6s，第三段水冷速度≥75℃/s，终冷温度控制为≤250℃。最终卷取温度在250℃以下，组织特征属于双相钢范畴，且冷速在100℃/s以上，对设备要求较高。

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&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℃的淬火介质中，并保温5～600s；第四步，将钢淬入室温水中。该发明为钢板轧制后需经两次淬火进行碳的配分，属于Q&P钢范畴。

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8μm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15μm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780～1400MPa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。且热轧钢板后需进行退火处理，部分钢板进行了冷轧后退火处理得到较高的强度，属于冷轧高强钢板范畴。

发明内容

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轧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Nb、Ti、Cr、Mo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。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种超高强热轧复相钢板，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％、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。

采用上述成分设计的理由为：

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％。

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，会导致轧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0.1％～0.8％。

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轧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％。

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％。

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％。

铌：铌可显著提高钢的再结晶温度并实现晶粒细化。在热轧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％。

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％。

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％。

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≤0.012％、S≤0.005％。

一种超高强热轧复相钢板的生产方法，通过两阶段控制轧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℃，钢坯在轧机上进行多道次轧制，中间坯厚度为35～45mm，精轧总压下率≥85％，热轧终轧温度为840～950℃；

2)轧后冷却分为三个段：

Ⅰ段：冷速为20～30℃/s、温度控制在650～720℃，进入铁素体区域；

Ⅱ段：空冷时间为3～8s，得到体积百分数为60％～70％的铁素体析出；

Ⅲ段：以大于等于30℃/s冷却速度冷至卷取温度350～550℃，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≥75％。

本发明主要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。

热轧工艺中，如果加热温度低于1180℃，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℃时，晶粒容易粗化，对提高钢板韧性不利。因此，本发明将热轧工艺中的加热温度控制为1180～1280℃。

板坯在奥氏体再结晶区进行粗轧，通过轧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，终轧温度控制在840～950℃，通过奥氏体低温区的轧制变形，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。

终轧后钢板冷却到350～550℃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。

本发明的技术关键在于轧后冷却方式，为保证获得适当的铁素体+贝氏体复相组织，终轧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。

本发明通过合金成分设计，结合相应的控制轧制和轧后冷却制度，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≥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

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。

实施例

超高强热轧复相钢板及生产方法，热轧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。

超高强热轧复相钢板的生产方法，通过两阶段控制轧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。

将上述成分的连铸坯加热至1180～1280℃，钢坯在轧机上进行多道次轧制，中间坯厚度为35-45mm，优选40mm，精轧总压下率≥85％，热轧终轧温度为840～950℃，轧后冷却分为三个段：Ⅰ段：冷速：20～30℃/s、温度：650～720℃；Ⅱ段：空冷：3～8s；Ⅲ段：以大于等于30℃/s冷却速度冷至卷取温度350～550℃，之后空冷至室温。

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，然后将坯料在热轧轧机上，轧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。

表1实施例钢的化学成分(质量百分比/％)

表2实施例钢的制造工艺参数

表3实施例钢的力学性能

根据本实施例的生产方法，轧制钢板的屈服强度R_p0.2≥800MPa、抗拉强度R_m≥980MPa，延伸率A₈₀≥9％，扩孔率≥75％，具有优良的扩孔性能。

Claims (2)

1.一种超高强热轧复相钢板，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轧复相钢板的生产方法，其特征在于，通过两阶段控制轧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℃，钢坯在轧机上进行多道次轧制，中间坯厚度为35～45mm，精轧总压下率≥85％，热轧终轧温度为840～950℃；

2)轧后冷却分为三个段：

Ⅰ段：冷速为20～30℃/s、温度控制在650～720℃，进入铁素体区域；

Ⅱ段：空冷时间为3～8s，得到体积百分数为60％～70％的铁素体析出；

Ⅲ段：以大于等于30℃/s冷却速度冷至卷取温度350～550℃，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≥75％。