CN109023130A - 一种经济型含Nb冷轧中锰钢及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种经济型含Nb冷轧中锰钢及其制备方法，包括以下质量百分数的化学成分：C：0.15‑0.20％，Si：≤0.20％，Mn：3.8‑4.2％，Nb：0.10‑0.20％，P≤0.01％，S≤0.01％，余量为Fe。本发明通过对工艺参数的合理控制，在传统中锰钢的基础上不添加任何贵金属元素，同时降低Mn含量，一方面改善其冶炼与连铸性能，减少偏析与裂纹的出现；另一方面，通过Mn含量的减少与热轧工艺的合理匹配，降低冷轧时的变形抗力，从而减少中间退火等工序，缩短工艺流程，通过逆转变退火工艺获得大量亚稳奥氏体和超细铁素体及碳化物组织，提高钢的强度与塑性，满足汽车用钢强塑性高，焊接性能好，节约资源，降低成本等的发展需求。

Description

一种经济型含Nb冷轧中锰钢及其制备方法

技术领域

本发明涉及冷轧汽车用钢技术领域，具体为一种经济型含Nb冷轧中锰钢及 其制备方法。

背景技术

随着社会的发展，人们对汽车钢的碰撞安全性、节能效果与成本提出了更高 的要求和标准。首先，提高安全性主要通过车身的合理设计及选择具有高撞击能 量吸收能力的材料；另外，在保证汽车安全性能的前提下，汽车的轻量化是实现 节能和降低成本的一个重要途径。因此，未来汽车钢的发展应该向高强度、高塑 性、低成本和易加工等方向发展。

近年来，中锰钢的开发很好地满足了汽车车身用钢的性能要求，通过Mn元 素的适量添加与合理工艺参数的控制来获得具有一定组分配比的组织结构，利用 TRIP效应同时获得高强度和高塑性，其强塑性明显优于第一代汽车用钢 10-15GPa％的水平，具有优异的安全吸收能力和防撞变形能力；同时冶炼成本和 加工难度也远低于以TWIP钢和奥氏体钢为主的第二代汽车用钢，因此得到国内 外的广泛关注，成为第三代汽车用钢的典型代表。

作为第三代先进高强钢的中锰钢，能够在少量添加贵重合金元素的低成本优 势前提下获得相对较好的综合力学性能。专利申请号为CN201310737988.X，CN201410764625.5以及CN201410763193.6都提出了高强度高塑性中锰钢及其制 造方法，获得30-40GPa·％的高强塑积，但在化学成分的选择上，都不同程度的 添加了Mo、Al、Cu、Cr等贵金属元素，生产成本较高。CN201110270279.1和 CN201110270279.1中公开了强塑积大于30GPa·％的高铝中锰钢的制备方法，化 学成分重量百分比为Mn：5％-10％，Al：3％-8％；CN201310073798.8公开了高强度 高塑性中锰冷轧钢板及其制造方法，采用7％-8％的Mn元素设计，同时钢中含有较 高Al含量，对浇注不利，且易形成粗大的氧化铝夹杂物，同时加入合金元素Mn 含量较高，导致冶炼工艺性能较差，生产综合成本高，加工困难。

申请号为CN201310073798.8的专利文献介绍了一种高强度高塑性中锰冷轧 钢板及其制造方法，采用对热轧板进行两次中间热处理和两个阶段的冷轧，中间 热处理温度为Ar1以上80-120℃，保温时间8h及以上，两阶段冷轧，其变形量 均为30％-50％；申请号为CN201610058165.3的专利文献介绍了一种高强度高塑性 中锰Q&P钢冷轧退火板及其制备工艺，增加中间退火工序，并将Q&P工艺应用于 中锰钢。此两者专利均取得30-45GPa·％的高强塑积，但热处理工艺流程繁杂， 且采用较高Mn含量成分设计，不适宜工艺批量生产应用。

第一代先进高强钢的强塑积仅10-15GPa·％，为了追求高的强塑积常采用非 常高含量的合金元素，或现有设备难以实现的工艺手段。因此，在国内企业通常 具备的设备条件下，采用尽量简单的成分体系及工艺，制备出尽可能高的强塑积 的汽车用冷轧钢板，是目前研究者关注的焦点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于汽车轻量化要求的经济型含Nb冷轧中锰 钢及其制备方法，提高钢的强度与塑性，满足汽车用钢强塑性高，焊接性能好， 节约资源，降低成本等的发展需求，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种经济型含Nb冷轧中锰钢， 包括以下质量百分数的化学成分：C：0.15-0.20％，Si：≤0.20％，Mn：3.8-4.2％， Nb：0.10-0.20％，P≤0.01％，S≤0.01％，余量为Fe。

优选的，包括C：0.18％，Mn：4.0％，Si：0.15％，Nb：0.015％；余量为铁和 不可避免的杂质。

优选的，包括C：0.20％，Mn：4.2％，Si：0.12％，Nb：0.018％；余量为铁和 不可避免的杂质。

优选的，包括C：0.18％，Mn：3.8％，Si：0.16％，Nb：0.016％；余量为铁和 不可避免的杂质。

本发明提供另一种技术方案为：一种制备经济型含Nb冷轧中锰钢的方法， 包括以下步骤：

S1：冶炼与连铸：适用于转炉、电炉和感应炉冶炼，采用连铸生产铸坯，为 保证铸坯质量可投用动态轻压下和电磁搅拌系统；

S2：铸坯热连轧：将铸坯经1180-1260℃加热，由粗轧机进行5-7道次轧制， 热轧至30-50mm厚的中间坯，然后以800-830℃的终轧温度由热连轧机组进行5-7 道次轧制，轧至目标厚度后在650-700℃范围内进行卷取成钢卷；

S3：酸洗冷轧：将热轧带钢经盐酸槽酸洗，去除表面氧化铁皮后，进行冷连 轧或冷轧，冷轧压下率为50-60％，轧至目标厚度；

S4：罩式退火：将酸洗冷轧步骤处理好的钢板，加热至580-630℃后，保温 60-90min，炉冷至室温得到成品中锰钢。

优选的，S4中冷却后的中锰钢板屈服强度为646.5-712.36MPa，抗拉强度为816.1-890.2MPa，延伸率28.58-32.36％，强塑积达23.3-28.8GPa·％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明提供的一种经济型含Nb冷轧中锰钢及其制备方法，通过对工艺参 数的合理控制，在传统中锰钢的基础上不添加任何贵金属元素，同时降低Mn含 量，一方面改善其冶炼与连铸性能，减少偏析与裂纹的出现；另一方面，通过Mn 含量的减少与热轧工艺的合理匹配，降低冷轧时的变形抗力，从而减少中间退火 等工序，缩短工艺流程，通过逆转变退火工艺获得大量亚稳奥氏体和超细铁素体 及碳化物组织，提高钢的强度与塑性，满足汽车用钢强塑性高，焊接性能好，节 约资源，降低成本等的发展需求。

2、本发明提供的一种经济型含Nb冷轧中锰钢及其制备方法，采用的化学成 分简单经济，且制备工艺简单，设备要求低，无需投入新设备即可进行生产。

3、本发明提供的一种经济型含Nb冷轧中锰钢及其制备方法，采用设计合金 成分及工艺生产的汽车用高强度冷轧中锰钢板，屈服强度为646.5-712.36MPa， 抗拉强度为816.1-890.2MPa，延伸率28.58-32.36％，强塑积达23.3-28.8GPa·％， 且具有良好的焊接性及加工成形性，节约资源，降低成本，是一种适用于汽车轻 量化要求的经济型冷轧中锰钢及其生产方法。

具体实施方式

以下将详细说明本发明实施例，然而，本发明实施例并不以此为限。基于本 发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明实施例中：提供一种经济型含Nb冷轧中锰钢，包括以下质量百分数 的化学成分：C：0.15-0.20％，Si：≤0.20％，Mn：3.8-4.2％，Nb：0.10-0.20％， P≤0.01％，S≤0.01％，余量为Fe。

其中，C：碳含量直接影响着马氏体转变点，在热处理过程中碳向奥氏体中 富集会导致Ms点温度降低，据研究报道，碳含量每增加1％，Ms点相应下降423℃； 碳含量高可以在室温组织下获得数量较多的较稳定的残余奥氏体，使得材料在随 后的变形中可以获得持续的加工硬化，然而，碳含量过高会严重恶化材料的焊接 性能和疲劳性能，因此一般钢材并不是碳含量越高越好，因此，本发明将C的成 分控制在0.15-0.20％较低的范围。

Si：铁素体形成元素，起到固溶强化的作用；硅元素的存在能够增加碳元素 在铁素体中的活度，使得碳元素在铁素体中净化而富集于奥氏体中，增加了过冷 奥氏体的稳定性，提高其淬透性；同时，由于硅在碳化物中的低固溶度，能有效 地阻碍在组织转变过程中碳化物的形成和析出，另一方面，当钢添加过量的硅元 素，也会导致钢在加热过程中产生氧化铁皮，在热轧时，当氧化铁皮被压入板材 表面，会使得板材的表面质量下降，造成材料的焊接困难，因此，本发明Si重 量百分含量控制在Si：0.1-0.2％。

Mn：通过固溶强化作用来提高铁素体基体的强度，增加Mn元素含量能降低 Ac₁和Ac₃温度，实现低温临界区退火；在低碳钢中加入Mn元素的另外的一个作 用就是使先共析铁素体析出线右移，这样使退火冷却过程中铁素体析出量较少， 以保证最终显微组织中残余奥氏体含量，在采用奥氏体逆转变工艺时，由于是在 完全马氏体或部分马氏体组织基础上，通过退火最终得到室温稳定的奥氏体组分， 为了获得超细晶基体，必须抑制马氏体板条的过分粗大，因此应该选用置换原子 而不是纯粹的间隙原子来进行合金化设计，需要适当提高元素的含量，但较多的 锰含量会使热连轧时容易开裂，材料的热塑性变差，而且合金含量高，导致成本 较高，且加工困难，因此，本发明Mn重量百分比含量控制在3.8-4.2％。

Nb：提高残留奥氏体的堆垛层错能，使残留奥氏体具有更高的稳定性；阻碍 退火时的再结晶进程，可显著细化基体晶粒，以碳氮化合物形式析出时可进一步 提高钢的强度，同时铌合金化可改善Mn元素的宏观偏析。

P、S：为减少钢中有害杂质对钢的冲压性能的不良影响，需要严格控制钢中 的P、S的含量，因此，本发明将P、S的含量控制在P≤0.01％，S≤0.01％。

基于上述发明采用的化学成分，其生产制造工艺流程为：冶炼→连铸和热轧 →酸洗冷轧→罩式退火→成品。

本发明采用以上化学成分和工艺流程生产具有高强塑积的经济型汽车用冷 轧中锰钢板，具体制备方法如下：

第一步：冶炼与连铸：适用于转炉、电炉和感应炉冶炼；采用连铸生产铸坯， 为保证铸坯质量可投用动态轻压下和电磁搅拌系统；

第二步：铸坯热连轧：将铸坯经1180-1260℃加热，由粗轧机进行5-7道次 轧制，热轧至30-50mm厚的中间坯，然后以800-830℃的终轧温度由热连轧机组 进行5-7道次轧制，轧至目标厚度后在650-700℃范围内进行卷取成钢卷；

第三步：酸洗冷轧：将热轧带钢经盐酸槽酸洗，去除表面氧化铁皮后，进行 冷连轧或冷轧，冷轧压下率为50～60％，轧至目标厚度；

第四步：罩式退火：将酸洗冷轧步骤处理好的钢板，加热至580-630℃后， 保温60-90min，炉冷至室温。

为了进一步更好的解释上述发明，通过如下具体实施例对本发明做进一步的 描述：

实施例1：

钢的化学成分包括C：0.18％，Mn：4.0％，Si：0.15％，Nb：0.015％；余量为 铁和不可避免的杂质。

其工艺流程为：冶炼→连铸和热轧→酸洗冷轧→罩式退火→成品。

工艺参数：罩式退火温度为600℃，保温时间1h，以炉冷的冷却方式冷却至 室温，得到的冷轧中锰钢板产品屈服强度为700.78MPa，抗拉强度为859.94MPa， 延伸率为31.84％，强塑积为27.38GPa·％。

实施例2：

钢的化学成分包括C：0.18％，Mn：4.0％，Si：0.15％，Nb：0.015％；余量为 铁和不可避免的杂质。

其工艺流程为：冶炼→连铸和热轧→酸洗冷轧→罩式退火→成品。

工艺参数：罩式退火温度为630℃，保温时间1.5h，以炉冷的冷却方式冷却 至室温，得到的冷轧中锰钢板产品屈服强度为673.32MPa，抗拉强度为847.02MPa， 延伸率为29.75％，强塑积为25.20GPa·％。

实施例3：

钢的化学成分包括C：0.20％，Mn：4.2％，Si：0.12％，Nb：0.018％；余量为 铁和不可避免的杂质。

其工艺流程为：冶炼→连铸和热轧→酸洗冷轧→罩式退火→成品。

工艺参数：罩式退火温度为600℃，保温时间1h，以炉冷的冷却方式冷却至 室温，得到的冷轧中锰钢板产品屈服强度为712.36MPa，抗拉强度为890.18MPa， 延伸率为32.36％，强塑积为28.81GPa·％。

实施例4：

钢的化学成分包括C：0.18％，Mn：3.8％，Si：0.16％，Nb：0.016％；余量为 铁和不可避免的杂质。

其工艺流程为：冶炼→锻连铸和热轧→酸洗冷轧→罩式退火→成品。

工艺参数：罩式退火温度为580℃，保温时间1h，以炉冷的冷却方式冷却至 室温。得到的冷轧中锰钢板产品屈服强度为646.47MPa，抗拉强度为816.07MPa， 延伸率为28.58％，强塑积为23.32GPa·％。

综上所述：本发明提供的一种经济型含Nb冷轧中锰钢及其制备方法，通过 对工艺参数的合理控制，在传统中锰钢的基础上不添加任何贵金属元素，同时降 低Mn含量，一方面改善其冶炼与连铸性能，减少偏析与裂纹的出现；另一方面， 通过Mn含量的减少与热轧工艺的合理匹配，降低冷轧时的变形抗力，从而减少 中间退火等工序，缩短工艺流程，通过逆转变退火工艺获得大量亚稳奥氏体和超 细铁素体及碳化物组织，提高钢的强度与塑性，满足汽车用钢强塑性高，焊接性 能好，节约资源，降低成本等的发展需求；其次，本发明采用的化学成分简单经 济，且制备工艺简单，设备要求低，无需投入新设备即可进行生产；另外，采用 设计合金成分及工艺生产的汽车用高强度冷轧中锰钢板，屈服强度为 646.5-712.36MPa，抗拉强度为816.1-890.2MPa，延伸率28.58-32.36％，强塑 积达23.3-28.8GPa·％，且具有良好的焊接性及加工成形性，节约资源，降低成 本，是一种适用于汽车轻量化要求的经济型冷轧中锰钢及其生产方法。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言， 可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行多种变化、修 改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种经济型含Nb冷轧中锰钢，其特征在于，包括以下质量百分数的化学成分：C：0.15-0.20％，Si：≤0.20％，Mn：3.8-4.2％，Nb：0.10-0.20％，P≤0.01％，S≤0.01％，余量为Fe。

2.根据权利要求1所述的一种经济型含Nb冷轧中锰钢，其特征在于，包括C：0.18％，Mn：4.0％，Si：0.15％，Nb：0.015％；余量为铁和不可避免的杂质。

3.根据权利要求1所述的一种经济型含Nb冷轧中锰钢，其特征在于，包括C：0.20％，Mn：4.2％，Si：0.12％，Nb：0.018％；余量为铁和不可避免的杂质。

4.根据权利要求1所述的一种经济型含Nb冷轧中锰钢，其特征在于，包括C：0.18％，Mn：3.8％，Si：0.16％，Nb：0.016％；余量为铁和不可避免的杂质。

5.一种制备根据权利要求1所述的经济型含Nb冷轧中锰钢的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：冶炼与连铸：适用于转炉、电炉和感应炉冶炼，采用连铸生产铸坯，为保证铸坯质量可投用动态轻压下和电磁搅拌系统；

S2：铸坯热连轧：将铸坯经1180-1260℃加热，由粗轧机进行5-7道次轧制，热轧至30-50mm厚的中间坯，然后以800-830℃的终轧温度由热连轧机组进行5-7道次轧制，轧至目标厚度后在650-700℃范围内进行卷取成钢卷；

S3：酸洗冷轧：将热轧带钢经盐酸槽酸洗，去除表面氧化铁皮后，进行冷连轧或冷轧，冷轧压下率为50-60％，轧至目标厚度；

S4：罩式退火：将酸洗冷轧步骤处理好的钢板，加热至580-630℃后，保温60-90min，炉冷至室温得到成品中锰钢。

6.根据权利要求5所述的一种制备经济型含Nb冷轧中锰钢的方法，其特征在于，S4中冷却后的中锰钢板屈服强度为646.5-712.36MPa，抗拉强度为816.1-890.2MPa，延伸率28.58-32.36％，强塑积达23.3-28.8GPa·％。