CN109207847B

CN109207847B - 一种低碳当量高扩孔率1180MPa级冷轧钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN109207847B
Application number: CN201810985300.8A
Authority: CN
Inventors: 薛鹏; 朱晓东; 李伟
Original assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Baoshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2018-08-28
Filing date: 2018-08-28
Publication date: 2021-03-12
Anticipated expiration: 2038-08-28
Also published as: CN109207847A

Abstract

一种低碳当量高扩孔率1180MPa级冷轧钢板及其制造方法，其化学成分质量百分比为：C：0.1％～0.15％，Si：0.1％～0.4％，Mn：1.5％～2.0％，Al：0.01％～0.05％，Mo：0.25～0.5％，Ti：0.08～0.16％余量为Fe和不可避免杂质。本发明所述钢板通过成分和制造工艺的合理设计，保证了钢板在低碳当量条件下达到1180MPa级抗拉强度，且组织包括均匀弥散分布的纳米级析出物以获得较高的析出强化作用和优良的扩孔率。所述钢板的屈服强度大于900MPa；其抗拉强度大于1180MPa；其扩孔率≥35％。

Description

一种低碳当量高扩孔率1180MPa级冷轧钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种冷轧钢板及其制造方法，尤其涉及一种低碳当量高扩孔率1180MPa级冷轧钢板及其制造方法，该钢板具有900MPa以上的屈服强度，1180MPa以上的抗拉强度，优良的扩孔率。

背景技术

随着全球能源危机和环境问题的加剧，节能和安全成为了汽车制造业的主要发展方向。降低车重是节能和减少排放措施之一。高强度双相钢具有良好的机械性能和使用性能，适于结构件的制造。

随着减重节能的趋势不断发展，未来双相钢的中心强度级别预计会上移，1180DP的需求将增加，但前提是要求1180DP具有和980DP相当的成型性能和焊接性能。本发明介绍了一种低碳当量高扩孔率1180MPa级冷轧钢板及其制造方法，符合双相钢的发展前景，有很好的发展前景。

现有高扩孔冷轧超高强钢设计与本发明有较大区别。

传统的冷轧钢板为了获得高扩孔率，工艺路线是尽量保证组织均一，一般路线为使基体获得高比例的贝氏体组织(一般为贝氏体含量70％以上的复相钢)，从而减小组织的强度差别，提高扩孔率。这样的技术路线有固有缺点：均一的贝氏体组织可以保证较高扩孔率，但难以保证超过1180MPa的强度；而且含高比例贝氏体组织基体的延伸率不高，材料的加工性能下降。

另外一些其他获得高扩孔率冷轧高强钢的专利也与本发明有明显区别：

如：中国专利申请公开号CN106164313公开了一种伸长率、扩孔率、耐延迟开裂性能优异的超高强度冷轧钢板及其制造方法。其C：0.13-0.25％，Si：1.2-2.2％，Mn：2.0-3.2％，P：0.08％以下，S：0.005％以下，Al：0.01-0.08％，N：0.008％以下，Ti：0.03-0.13％。要求含有铁素体相和马氏体相，且晶粒尺寸小于2微米；要求含有5-20％残余奥氏体。其独特性在于依靠Ti的添加细化晶粒，依靠Si的添加获得残余奥氏体，从而较好成型性和扩孔率。

中国专利申请公开号CN103476960提供一种扩孔率性能优异的超高强度冷轧及热镀锌钢板及其制造方法。其C：0.02-0.4％，Si：0.001-2.5％，Mn：0.001-4.0％。其独特性在于通过工艺控制对高Si钢的晶粒位向进行合理控制，最终获得较好扩孔率。

以上两个专利均介绍了依靠Si的添加获得残余奥氏体从而获得较好扩孔率的方法，两个专利均依靠高的Si含量添加，与本发明有明显区别。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低碳当量高扩孔率1180MPa级冷轧钢板及其制造方法，保证钢板在低碳当量条件下达到1180MPa级强度；获得均匀弥散分布的纳米级析出物以获得较高的析出强化作用和优良的扩孔率；钢板的屈服强度大于900MPa，抗拉强度大于1180MPa，扩孔率≥35％。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

本发明钢成分设计以C+Mn+Mo+Ti为主的成分体系，其中C、Mo、Ti是纳米级析出物的主要化合元素，保证产生均匀弥散分布的纳米析出物，且Mo、Ti的合金元素比例需要合理设计；纳米析出物产生的阶段在热轧，热轧卷取后发生扩散型的相变-铁素体相变才能保证产生大量相间析出纳米析出物，所以C、Mn、Mo的含量需合理设计，结合卷取温度的合理设计保证热轧卷取后发生扩散型的相变-铁素体相变；钢板冷轧连退后最终组织为铁素体+马氏体，C、Mn、Mo的含量需合理设计，保证一定的淬透性，保证最终马氏体体积分数含量大于40％，进而保证1180MPa以上的抗拉强度。

本发明利用最终组织中包含的均匀弥散分布的纳米级析出物以获得较高的析出强化作用，为达到较高的高强度做出很大贡献。所以，本发明成分体系的碳当量较同强度级别其他设计低，可以获得更好的焊接性能。

具体的，本发明的一种低碳当量高扩孔率1180MPa级冷轧钢板，其化学成分质量百分比为：C：0.1％～0.15％，Si：0.1％～0.4％，Mn：1.5％～2.0％，Al：0.01％～0.05％，Mo：0.25～0.5％，Ti：0.08～0.16％，余量为Fe和其他不可避免杂质。

所述冷轧钢板的组织为含铁素体和马氏体加均匀弥散分布纳米级析出物，其中马氏体体积分数含量大于40％，析出物平均尺寸小于20nm。

本发明所述钢板的的屈服强度大于900MPa，抗拉强度大于1180MPa，扩孔率≥35％。

在本发明所述钢板的成分设计中：

C：在本发明所述的钢板中，C元素的添加起到提高钢的强度，保证马氏体相变发生和纳米析出物产生。选择C的质量百分比在0.1％～0.15％之间，这是因为：当C的质量百分比低于0.1％，无法保证退火过程中产生足够的马氏体；无法保证析出足够的纳米析出物，则钢板的强度受到影响；当C的质量百分比高于0.15％，则造成马氏体硬度过高，晶粒尺寸粗大，不利于钢板的成型性能，且热轧卷取后不易进入铁素体相变，纳米析出无无法产生。优选为0.11％～0.14％。

Si：添加Si可以提高淬透性。并且钢中固溶的Si可以影响位错的交互作用，增加加工硬化率，可以适当提高延伸率，有益于获得较好的成型性。Si含量控制在Si：0.1％～0.4％，优选为0.2％～0.3％。

Mn：添加Mn元素有利于钢的淬透性提高，有效提高钢板的强度。而选取Mn的质量百分比在1.5％～2.0％是因为：当Mn的质量百分比低于1.5％时，淬透性不足，退火过程中无法产生足量的马氏体，则钢板的强度不足；当Mn的质量百分比高于2.0％时，热轧卷取过程会进入贝氏体相变，无法产生相间析出的纳米析出物。因此，本发明中控制Mn的质量百分比在Mn：1.5-2.0％，优选为1.6％～1.9％。

Al：添加Al起到了脱氧作用和细化晶粒的作用，因此，Al的质量百分比控制在Al：0.01％～0.05％，优选为0.015～0.045％。

Mo：添加0.25～0.5％的Mo，是因为：首先Mo是影响纳米析出物产生的最重要化合元素。Mo能提高Ti(C，N)在奥氏体中的固溶度，使大量的Ti保持在固溶体中，以便在低温转变中弥散析出，从而产生较高的强化效果。Mo的碳化物在较低温度和Ti碳氮化物一起复合析出，形成细小的纳米尺度析出相。优选0.3％～0.045％。

Ti：添加0.08～0.16％的Ti，是因为：Ti是纳米析出物的主要化合元素，同时Ti在高温下也显示出一种强烈的抑制奥氏体晶粒长大从而细化晶粒的效果，优选控制在Ti：0.1％～0.14％。

在本发明所述的技术方案中，杂质元素包括P、N、S，杂质含量控制得越低，实施效果越好，P的质量百分比控制在P≤0.015％，S形成的MnS严重影响成形性能，因而S的质量百分比控制在S≤0.003％，由于N容易导致板坯表面产生裂纹或气泡，因而，N≤0.005％。

在上述成分设计中，纳米析出物产生的阶段在热轧，热轧卷取后发生扩散型的相变-铁素体相变才能保证产生足量的相间析出纳米析出物，所以C、Mn、Mo的含量需合理设计，结合卷取温度的合理设计保证热轧卷取后发生扩散型的相变-铁素体相变。C、Mn、Mo的含量按公式3×[C]+0.4×[Si]+0.25×[Mn]²计算大于1.45，热轧发生铁素体相变几率减小，不利于纳米析出物生成。

同时在上述成分设计中，钢板冷轧连退后最终组织为铁素体+马氏体，C、Mn、Mo的含量需合理设计，保证一定的淬透性，保证最终马氏体体积分数含量大于40％，进而保证1180MPa以上的抗拉强度。C、Mn、Mo的含量按公式3×[C]+0.4×[Si]+0.25×[Mn]²计算小于1.1，最终组织马氏体比例不足，不利于最终获得1180Mpa级抗拉强度。

所以本发明中C、Mn、Si含量还需符合公式：1.45≥3×[C]+0.4×[Si]+0.25×[Mn]²≥1.1，以保证最终组织为马氏体体积分数含量大于40％且均匀弥散分布大量纳米析出物。

另外，本发明钢板生产过程中Mo含量越多对Ti在奥氏体中固溶量的影响程度越大，会有更多的Ti(C，N)固溶奥氏体中等待相变时析出，相间析出的纳米级析出物也更多。为达到本专利最终组织需要的足量均匀弥散分布的纳米级析出物，本发明中Mo、Ti含量还需符合公式：[Mo]≥3×[Ti]。

Pcm、IIW为碳当量公式，如下：

pcm＝C+Si/30+(Mn+Cu+Cr)/20+Ni/60+Mo/15+V/10+5B；

IIW＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15；

Pcm是日本伊藤等人试验研究出的焊缝的化学成分裂纹敏感率系数。IIW是国际焊接学会推荐公式，也是通用公式。

本发明成分体系各成分中值对应Pcm＝0.24，各成分最小值对应Pcm＝0.2，各成分最大值对应Pcm＝0.3。

本发明成分体系各成分中值对应IIW＝0.49，各成分最小值对应IIW＝0.4，各成分最大值对应IIW＝0.58；

以上数值均大幅低于同强度级别其他设计，普通1180MPa级冷轧钢板Pcm在0.25-0.35之间，典型值0.3，普通1180MPa级冷轧钢板IIW在0.5-0.7之间，典型值0.6。

本发明所述的低成本高成型性1180MPa级冷轧钢板的制造方法，其步骤包括：

1)冶炼、铸造，按上述成分冶炼、铸造成坯；

2)热轧，先加热至1150-1250℃，保温0.5小时以上，然后采用Ar3以上温度热轧，轧后以30-100℃/s的速度快速冷却；卷取温度：600-750℃；

3)冷轧，控制冷轧压下率为50-70％；

4)退火，退火均热温度为780-840℃，优选800-820℃，均热保温时间50-100s；然后以3-10℃/s的速度冷却到快冷开始温度，快冷开始温度为670-720℃，然后再以30-200℃/s的速度冷却到200-270℃；

5)回火，回火温度为200-270℃，回火时间为100-400s；

6)平整，采用0-0.3％的平整。

在本发明所述钢板的制造方法中，采用特定的卷取温度：热轧工序铁素体相变区卷取(600-750℃)。热轧卷取后发生扩散型的相变-铁素体相变才能保证相间析出足量的均匀弥散分布的纳米析出物。该成分体系的铁素体相变区温度在600-750℃之间。低于600℃，进入贝氏体相变区，无法保证足量纳米析出物产生。

在所述退火步骤中，退火均热温度限定为780-820℃，均热保温时间50-100s。这是因为，在该退火温度下，即能保证获得1180MPa的抗拉强度，又能保持足量均匀弥散纳米析出物保留。退火均热低于780℃或者均热保温时间小于50s，材料奥氏体化比例不够，最终组织无法产生足量马氏体，无法保证1180MPa的抗拉强度；退火均热高于840℃或者均热保温时间大于100s，都会导致热轧卷取后产生的纳米析出物会长大和重新固溶进奥氏体，无法保证最终组织留存足量纳米析出物，无法保证析出强化和提高扩孔率的作用。

相较于现有技术，本发明采用的技术路线是获得铁素体+马氏体的最终组织，且最终组织中包含细小弥散的纳米析出物，使最终基体中的铁素体组织强化，缩小与基体中马氏体组织的屈服强度差，从而获得高扩孔率。另外，组织中的马氏体和细小弥散析出物可以保证材料较高的强度，铁素体组织和细化的晶粒可以保证较高延伸率，材料综合性能优良。

本发明钢板组织为铁素体+40％以上马氏体+均匀弥散分布的平均直径小于20nm的纳米析出物，从而在保证高强度的前提下扩孔率优良。其屈服强度大于900MPa，抗拉强度大于1180MPa，扩孔率≥35％。

相应地，本发明所述的制造方法通过合金成分设计及具体工艺参数设计，获得抗拉强度大于1180MPa，低碳当量，扩孔率高。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例对本发明做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。

本发明钢实施例的成分参见表1，其成分余量为Fe。表2列出了实施例钢板的工艺参数。表3列出了实施例钢板的相关性能参数。

本发明钢实施例的制造方法如下：

(1)冶炼和铸造：获得要求的合金成分，尽量降低S、P的含量。

(2)热轧，先加热至1150-1250℃，保温0.5小时以上，然后采用Ar3以上温度热轧，轧后以30-100℃/s的速度快速冷却；热轧工序卷取温度600-750℃；

(3)冷轧，控制冷轧压下率为50-70％；

(4)退火，退火均热温度为780-840℃，优选800-820℃，均热保温时间50-100s；然后以v1＝3-10℃/s的速度冷却到快冷开始温度，快冷开始温度为670-720℃，然后再以30-200℃/s的速度冷却到200-270℃；

(5)回火，回火温度为200-270℃，回火时间为100-400s；

(6)平整，采用0-0.3％的平整；

从表3可以看出，实施例1-12为本发明所述成分和工艺下获得冷轧钢板的机械性能：其屈服强度大于900MPa，抗拉强度大于1180MPa，扩孔率≥35％。

由此说明本发明所述的1180MPa级冷轧钢板在低碳当量前提下，获得了大于1180MPa的抗拉强度，且扩孔率优良。

Claims

1.一种低碳当量高扩孔率1180MPa级冷轧钢板，其化学成分质量百分比为：C：0.1％～0.15％，Si：0.1％～0.4％，Mn：1.5％～2.0％，Al：0.01％～0.05％，Mo：0.25～0.5％，Ti：0.08～0.16％，余量为Fe和其他不可避免杂质；且，满足：1.45≥3×[C]+0.4×[Si]+0.25×[Mn]²≥1.1，[Mo]≥3×[Ti]；

所述冷轧钢板的组织为含铁素体和马氏体加均匀弥散分布纳米级析出物，其中马氏体体积分数含量大于40％，析出物平均尺寸小于20nm；

所述钢板的屈服强度大于900MPa，抗拉强度大于1180MPa，扩孔率≥35％。

2.如权利要求1所述的低碳当量高扩孔率1180MPa级冷轧钢板，其特征在于：所述C含量为0.11％～0.14％。

3.如权利要求1所述的低碳当量高扩孔率1180MPa级冷轧钢板，其特征在于：所述Si含量为0.2％～0.3％。

4.如权利要求1所述的低碳当量高扩孔率1180MPa级冷轧钢板，其特征在于：所述Mn含量为1.6％～1.9％。

5.如权利要求1所述的低碳当量高扩孔率1180MPa级冷轧钢板，其特征在于：所述Al含量为0.015～0.045％。

6.如权利要求1所述的低碳当量高扩孔率1180MPa级冷轧钢板，其特征在于：所述Mo含量为0.3％～0.45％。

7.如权利要求1所述的低碳当量高扩孔率1180MPa级冷轧钢板，其特征在于：所述Ti含量为0.1％～0.14％。

8.如权利要求1所述的低碳当量高扩孔率1180MPa级冷轧钢板，其特征在于：所述碳当量Pcm为0.2～0.3，所述碳当量IIW为0.4～0.58。

9.如权利要求1～8任何一项所述的低碳当量高扩孔率1180MPa级冷轧钢板的制造方法，其特征是，包括步骤：

1)冶炼、铸造，按权利要求1～8任何一项所述的成分冶炼、铸造成坯；

3)冷轧，控制冷轧压下率为50-70％；

4)退火，退火均热温度为780-840℃，均热保温时间50-100s；然后以3-10℃/s的速度冷却到快冷开始温度，快冷开始温度为670-720℃，然后再以30-200℃/s的速度冷却到200-270℃；

5)回火，回火温度为200-270℃，回火时间为100-400s；

6)平整，采用0-0.3％的平整。

10.如权利要求9所述的低碳当量高扩孔率1180MPa级冷轧钢板的制造方法，其特征是：步骤4)中，退火均热温度为800-820℃。