CN109202028A - 一种高延伸凸缘钢板及其制备方法 - Google Patents

一种高延伸凸缘钢板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高延伸凸缘钢板及其制备方法。其技术方案是，所述高延伸凸缘钢板的化学成分及其质量百分含量是：C为0.02～0.04％，Si为0.05～0.15％，Mn为1.30～1.60％，P≤0.013％，S≤0.003％，Nb为0.05～0.07％，Ti≤0.002％，N≤0.004％，Als为0.010～0.030％，O为0.001～0.002％，其余为铁和不可避免的杂质。所述制备方法的步骤是：冶炼；精炼；连铸；加热；粗轧和精轧；层流冷却；卷取。本发明工艺简单，所制备的高延伸凸缘钢板强度与延伸凸缘性能稳定、抗疲劳性能良好和抗拉强度高。所制制品为单一的准多边形铁素体组织，抗拉强度Rm≥600MPa，延伸率A≥20％，扩孔率80％的成型合格率为100％；疲劳性能≥95万次；钢卷整卷的强度波动≤30MPa。

Description

一种高延伸凸缘钢板及其制备方法
技术领域
本发明属于延伸凸缘钢板技术领域。具体涉及一种高延伸凸缘钢板及其制备方法。
背景技术
铁素体/马氏体双相钢具有良好的强度-塑性匹配、初始加工硬化速率高、良好的烘烤硬化性能，但在成形过程中易在开孔部位开裂，延伸凸缘成形性能不够好，且在闪光焊接后，易在热影响区发生马氏体相回火软化，不适合轮辐、轮惘及底盘的生产。
在此基础上开发的铁素体/贝氏体双相钢，具有良好的延伸凸缘性能，也称高延伸凸缘钢。高延伸凸缘钢在闪光焊接后热影响区的硬度高于基体，在后续加工时不会出现软化现象，因此更适合于制造如汽车底盘等要求延伸性能良好的部件。
高延伸凸缘钢最常见的生产方式为三段式冷却(即“水冷+空冷+水冷”)，如“延伸特性、延伸凸缘特性及拉伸疲劳特性优良的高强度热轧钢板及其制造方法”(CN101443467B)、“延伸凸缘性和耐疲劳特性优良的高强度热轧钢板及其制造方法”(CN102918173B)、“一种高延伸凸缘性能热轧双相钢薄板及其制造方法”(CN102918173A)的专利技术，卷取温度为400℃左右，得到F+B组织。但三段式冷却模式以及400℃左右的卷取温度很难在大生产线稳定实现(空冷时间和温度很难稳定控制；400℃左右的卷取，钢板表面残留的水渍难以蒸发或水蒸汽过大，容易引起测温器测量失误)，导致用户在加工过程中常常因为性能波动而开裂，或最终用户在使用过程中提前失效。
此外，金属在凝固过程中，因为各元素偏析程度不同，在铸坯中心部位会发生元素的偏聚，使铸坯中心的合金元素浓度达到平均浓度的十倍以上，亦造成成品性能不稳定。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种工艺简单的高延伸凸缘钢板的制备方法，该方法制备的产品强度和延伸凸缘性能稳定、抗疲劳性能良好和抗拉强度高。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
所述高延伸凸缘钢板的化学成分及其质量百分含量是：C为0.02～0.04％，Si为0.05～0.15％，Mn为1.30～1.60％，P≤0.013％，S≤0.003％，Nb为0.05～0.07％，Ti≤0.002％，N≤0.004％，Als为0.010～0.030％，O为0.001～0.002％，其余为铁和不可避免的杂质。
上述化学成分同时满足如下关系：
[％C]-0.13×[％Nb]＜0.031；
0.005＜[％Als]-1.13×([％O]-0.5×[％Ti])＜0.030；
[％Ti]-2[％O]＜0。
所述高延伸凸缘钢板制备方法的步骤是：
1)冶炼、精炼
按照权利要求1所述高延伸凸缘钢板的化学成分进行冶炼，精炼，Si-Ca处理；
精炼过程中加石灰和Al丸；所述Si-Ca处理的Ca/S为1.0～3.0。
2)连铸
连铸坯的厚度为160～210mm；电磁搅拌采用正反向交替搅拌模式，交替时间为20～40s，电磁搅拌电流为200～300A，电磁搅拌频率为5～10Hz；连铸过程的冷却水量Φ：
Φ＝k1×V拉×D1/2 (1)
式(1)中：Φ表示连铸过程的冷却水量，L/min；
k1表示连铸过程冷却水量的修正系数，L/mm3/2，k1为0.24；
V拉表示连铸坯的拉速，mm/min，V拉为1200～1500；
D表示连铸坯的厚度，mm。
3)加热
第二加热段和均热段的加热温度为1160～1200℃。
4)粗轧和精轧
粗轧温度：1060～1000℃；
精轧的终轧温度：820～880℃。
5)层流冷却
层流冷却为“水冷+空冷”的两段式冷却，层流冷却的水冷速率为60～100℃/s，层流冷却的水冷终冷温度T终冷：
T终冷＝(660～680)-k2×a1/2 (2)
式(2)中：T终冷表示层流冷却终冷温度，℃；
a表示成品钢板厚度，mm；
k2表示终冷温度修正系数，℃/mm1/2；k2为10。
层流冷却的空冷速率为5～8℃/s，层流冷却的空冷时间为5～10s。
6)卷取
卷取温度为580～620℃。
所述制备方法获得的高延伸凸缘钢板的金相组织为单一的准多边形铁素体组织。
所述制备方法获得的高延伸凸缘钢板的厚度a为2.0～6.0mm；力学性能：屈服强度ReL≥500MPa，抗拉强度Rm≥600MPa，延伸率A≥20％，扩孔率80％的成型合格率为100％；加工成零件经台架试验，疲劳性能≥95万次；钢卷整卷的强度波动≤30MPa，疲劳性能波动＜2万次。
由于采用上述技术方案，本发明制备的高延伸凸缘钢板所具有以下积极效果：
C：本发明采用低碳含量，即可保证Nb的充分析出，又能避免生成珠光体。
Si：本发明以硅作为脱氧剂，所采用的硅的质量百分含量为0.05～0.15％，即能脱氧又能保证钢板表面质量。
Mn：本发明采用的锰的质量百分含量为1.30～1.60％，起到细化铁素体晶粒的作用，对推迟珠光体转变的效果好。
P和S：磷和硫作为钢中有害夹杂对钢的冷成型性能和延伸凸缘性能、焊接性及抗疲劳裂纹扩展特性具有巨大的损害作用；本发明从降低生产成本和提高产品质量出发，将磷含量控制在≤0.013％和硫含量控制在≤0.003％，使磷和硫对延伸凸缘和成型性能的影响降到尽可能低的水平。
Nb：本发明采用的铌的质量百分含量为0.05～0.07％，能发挥细晶强化和沉淀强化作用，有利于提高钢板强度。
Ti和N：本发明采用的钛的质量百分含量≤0.002％，采用的氮的质量百分含量≤0.003％，防止钢中生成大尺寸TiN夹杂。
Als和O：本发明采用的酸溶铝的质量百分含量为0.01～0.03％，采用的氧的质量百分含量为0.001～0.002％。能有效减少钢中氧化物夹杂数量，而微量的O防止TiN的生成；而Al的存在，能防止O含量过高。
本发明采用的制备方法具有以下积极效果：
本发明在精炼过程添加石灰和Al丸，在渣/钢界面形成CaS固体，使S含量控制在0.003％以内，且Ca/S为1.0～3.0；本发明采用的Si-Ca处理：一方面可以进一步纯洁钢液，另一方面对钢中硫化物进行变性处理，使之变成不可变形的、稳定细小的球状硫化物，提高制品的延伸凸缘和疲劳性能。
本发明的连铸采用薄铸坯、大水量强冷冷却模式。使铸坯芯部冷速大大提高，降低凝固后期TiN夹杂的生成。电磁搅拌采用正反向交替搅拌模式，使连铸器中的钢液混合均匀，降低凝固末期元素的偏析含量，从而降低中心偏析以及大尺寸夹杂物的生成。本发明的制品中夹杂物A(硫化物)、C(硅酸盐)、D(球状氧化物)均≤1.5级，B(氧化铝)≤2级，且所有类型夹杂物之和≤6级。
本发明将加热温度设定为1160～1200℃，即可保证Nb的固溶，也可防止奥氏体晶粒异常长大。
本发明采用终轧温度为820～880℃，将加大制品在非再结晶奥氏体区的变形，增加变形奥氏体中的位错，促进得到细晶粒转变组织，加强了细晶强化，提高了制品的强度。
本发明采用的层流冷却工艺为“水冷+空冷”两段式冷却，层流冷却水冷速率为60～100℃/s，水冷终冷温度T终冷(℃)＝(660～680)-10×d1/2；通过钢板在辊道上的运行进行空冷，空冷速率为5～8℃/s，空冷时间5～10s。能有效防止高温段析出的第二相粒子长大，增加析出强化效果，降低钢板的内应力。
本发明采用卷取温度为580～620℃，能促使第二相NbC的弥散析出，提高细晶和析出的双重作用，增加铁素体基体强度。
因此，所制备的高延伸凸缘钢板具有如下显著进步和特点：
一、本发明所得制品为单一准多边形铁素体组织，有利于提高变形过程中微观组织的协调能力，避免了制品中因两相组织在变形过程中不协调而在两相界面产生裂纹，从而具有良好的延伸凸缘性能。
二、本发明采取“水冷+空冷”两段式冷却方式和600℃左右的卷取温度，使生产过程简单、可控，工艺命中率高。
三、本发明在连铸过程采用电磁搅拌，减轻元素偏析；通过Nb的细晶和析出强化等双重作用，提高了铁素体的基体强度；降低钢中的S、N、Ti、O含量，对硫化物、氮化物和氧化物等夹杂的数量、形态和尺寸进行控制，提高制品的延伸凸缘和疲劳性能。
四、本发明制得的厚度为2.0～6.0mm的高延伸凸缘钢板经检测：屈服强度ReL≥500MPa；抗拉强度Rm≥600MPa；延伸率A≥20％；扩孔率80％合格率为100％；加工成零件经台架试验，疲劳性能≥95万次；且整卷的强度波动≤30MPa，疲劳性能波动＜2万次。
因此，本发明工艺简单，所制备的高延伸凸缘钢板强度与延伸凸缘性能稳定、抗疲劳性能良好和抗拉强度高。
附图说明
图1为本发明制备的一种高延伸凸缘钢板的金相组织结构图；
图2为图1所示高延伸凸缘钢板的透射电镜照片；
图3为图1所示高延伸凸缘钢板的卷取工艺温度。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，并非对其保护范围的限定。
实施例1～10
一种高延伸凸缘钢板及其制备方法。各实施例所述高延伸凸缘钢板的化学成分及其质量百分含量如表1所示。表1所示化学成分的质量百分含量同时满足如下关系：
[％C]-0.13×[％Nb]＜0.031；
0.005＜[％Als]-1.13×([％O]-0.5×[％Ti])＜0.030；
[％Ti]-2[％O]＜0。
本具体实施方式所述高延伸凸缘钢板制备方法的工艺是：冶炼—精炼—连铸(电磁搅拌)—加热—粗轧—精轧—层流冷却—卷取。
本具体实施方式的各实施例所述高延伸凸缘钢板制备方法的主要工艺技术参数见下表2。
本具体实施方式的各实施例制得的所述高延伸凸缘钢板的性能检测结果见下表3。
本具体实施方式的各实施例和对比例不同部位的性能检测结果见下表4。
表1各实施例所述高延伸凸缘钢板化学成分的质量百分含量
表2各实施例所述高延伸凸缘钢板制备方法的主要工艺参数
表3各实施例制得的所述高延伸凸缘钢板的性能检测结果
表4各实施例和对比例不同部位的性能检测结果
由表3可知，本具体实施方式得到的高延伸凸缘钢板具有较高的强度，良好的成型性能和疲劳性能，工艺命中率高，性能稳定。本具体实施方式较对比例1和2的扩孔合格率高6～7％、疲劳性能高18～24万次。由表4来可知，本具体实施方式所得的高延伸凸缘钢板的整卷(头部、中部和尾部)强度波动≤30MPa，疲劳性能波动＜2万次；而对比例1的整卷(头部、中部和尾部)强度波动达到50MPa，扩孔合格率波动为10％，疲劳性能波动＞11万次。
图1为实施例1制得的一种高延伸凸缘钢板的金相组织结构图；图2为图1所示高延伸凸缘钢板的透射电镜照片；图3为图1所示高延伸凸缘钢板的卷取工艺温度。从图1可知，所制制品得到了准多边形铁素体的单一组织；从图2可知，所制制品得到了弥散的第二相析出；从图3可知，本实施例的工艺曲线非常稳定，±20℃的命中率高达99％。
本具体实施方式所制备的高延伸凸缘钢板具有如下显著进步和特点：
一、本具体实施方式所得制品为单一准多边形铁素体组织，有利于提高变形过程中微观组织的协调能力，避免了制品中因两相组织在变形过程中不协调而在两相界面产生裂纹，从而具有良好的延伸凸缘性能。
二、本具体实施方式采取“水冷+空冷”两段式冷却方式和600℃左右的卷取温度，使生产过程简单、可控，工艺命中率高。
三、本具体实施方式在连铸过程采用电磁搅拌，减轻元素偏析；通过Nb的细晶和析出强化等双重作用，提高了铁素体的基体强度；降低钢中的S、N、Ti、O含量，对硫化物、氮化物和氧化物等夹杂的数量、形态和尺寸进行控制，提高制品的延伸凸缘和疲劳性能。
四、本具体实施方式制得的厚度为2.0～6.0mm的高延伸凸缘钢板经检测：屈服强度ReL≥500MPa；抗拉强度Rm≥600MPa；延伸率A≥20％；扩孔率80％合格率为100％；加工成零件经台架试验，疲劳性能≥95万次；且整卷的强度波动≤30MPa，疲劳性能波动＜2万次。
因此，本具体实施方式工艺简单，所制备的高延伸凸缘钢板强度与延伸凸缘性能稳定、抗疲劳性能良好和抗拉强度高。

Claims (4)

1.一种高延伸凸缘钢板，其特征在于所述高延伸凸缘钢板的化学成分及其质量百分含量是：C为0.02～0.04％，Si为0.05～0.15％，Mn为1.30～1.60％，P≤0.013％，S≤0.003％，Nb为0.05～0.07％，Ti≤0.002％，N≤0.004％，Als为0.010～0.030％，O为0.001～0.002％，其余为铁和不可避免的杂质；
上述化学成分同时满足如下关系：
[％C]-0.13×[％Nb]＜0.031，
0.005＜[％Als]-1.13×([％O]-0.5×[％Ti])＜0.030，
[％Ti]-2[％O]＜0。
2.如权利要求1所述高延伸凸缘钢板的制备方法，其特征在于所述制备方法的步骤是：
1)冶炼、精炼
按照权利要求1所述高延伸凸缘钢板的化学成分进行冶炼，精炼，Si-Ca处理；所述Si-Ca处理时的Ca/S为1.0～3.0；
2)连铸
连铸坯的厚度为160～210mm；电磁搅拌采用正反向交替搅拌模式，交替时间为20～40s，电磁搅拌电流为200～300A，电磁搅拌频率为5～10Hz；连铸过程的冷却水量Φ：
Φ＝k1×V拉×D1/2 (1)
式(1)中：Φ表示连铸过程的冷却水量，L/min，
k1表示连铸过程冷却水量的修正系数，L/mm3/2，k1为0.24，
V拉表示连铸坯的拉速，mm/min，V拉为1200～1500，
D表示连铸坯的厚度，mm；
3)加热
第二加热段和均热段的加热温度为1160～1200℃；
4)粗轧和精轧
粗轧温度：1060～1000℃；
精轧的终轧温度：820～880℃；
5)层流冷却
层流冷却为“水冷+空冷”的两段式冷却，层流冷却的水冷速率为60～100℃/s，层流冷却的水冷终冷温度T终冷：
T终冷＝(660～680)-k2×a1/2 (2)
式(2)中：T终冷表示层流冷却终冷温度，℃，
a表示成品钢板厚度，mm，
k2表示终冷温度修正系数，℃/mm1/2；k2为10；
层流冷却的空冷速率为5～8℃/s，层流冷却的空冷时间为5～10s；
6)卷取
卷取温度为580～620℃。
3.如权利要求2所述的高延伸凸缘钢板及其制备方法，其特征在于所述制备方法获得的高延伸凸缘钢板的金相组织为单一的准多边形铁素体组织。
4.如权利要求2所述的高延伸凸缘钢板及其制备方法，其特征在于所述制备方法获得的高延伸凸缘钢板的厚度a为2.0～6.0mm，力学性能：屈服强度ReL≥500MPa，抗拉强度Rm≥600MPa，延伸率A≥20％，扩孔率80％的成型合格率为100％；加工成零件经台架试验，疲劳性能≥95万次；钢卷整卷的强度波动≤30MPa，疲劳性能波动＜2万次。
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