CN109504900B - 一种超高强度冷轧相变诱导塑性钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种超高强度冷轧相变诱导塑性钢及其制备方法。钢中含有C：0.5％～1.0％，Si：0.3％～1.0％，Mn：1.0％～3.0％，P：0.03％～0.12％，S≤0.03％，Al：0.8％～2.0％，还可以含有V：0.05％～0.3％，Ti：0.05％～0.3％，Nb：0.05％～0.3％，Cr：0.1％～0.5％，Mo：0.05％～0.3％中的一种及以上，余量为铁和不可避免的杂质。热轧开轧温度1000～1150℃，终轧温度850～1000℃，卷取温度400～700℃；冷轧压下率40％～80％；连续退火温度700～900℃，退火时间120～400s，冷却速率15～60℃/s，时效温度300～450℃，时效时间300～800s，以10～30℃/s冷速冷却到室温。钢板具有超高强度、良好的延伸率。

Description

一种超高强度冷轧相变诱导塑性钢及其制备方法
技术领域
本发明属于汽车用钢制造领域，特别涉及一种具有超高强度和高伸长率的冷轧相变诱导塑性钢及其制备方法。
背景技术
当前，随着节能减排和安全性能要求的提高，汽车用钢向着更高强度和更高伸长率的方向发展。传统汽车用钢的伸长率随着强度的提高而下降，特别是当钢板的抗拉强度超过1470MPa之后，伸长率下降的更为明显。
专利CN102181788A公开了一种屈服强度1100～1200MPa级超高强钢及其生产方法，当抗拉强度达到1250～1340MPa时，伸长率只有11％～13.5％，难以满足汽车厂对强度的要求。
专利US 2012/0009434A1公开了一种超高强冷轧汽车用钢，具有良好加工性能超高强度钢板及其制备方法，当抗拉强度达到1470MPa以上时，伸长率最大只有10％，难以满足汽车厂复杂零件的成形需要。
专利US 2013/0008570A1公开了一种具有良好成形性能的超高强冷轧钢板及其制造方法，当抗拉强度达到1502MPa时，伸长率达到10.8％。不足之处在于成形性能偏低，难以冲压出复杂零部件。
专利CN 102134680 A公开了一种屈服强度960MPa级超高强钢及其生产方法，该钢种在屈服强度达到960MPa以上，抗拉强度达到1000MPa以上，伸长率在12.5％～15.5％，不足之处在于难以满足汽车厂对于强度的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术所存在的上述各种缺陷，提供一种具有超高强度和高伸长率的冷轧相变诱导塑性钢。
具体的技术方案是：
本发明提供一种具有超高强度相变诱导塑性钢及其制备方法，其化学成分以质量百分比计为：C：0.5％～1.0％，Si：0.3％～1.0％，Mn：1.0％～3.0％，P：0.03％～0.12％，S≤0.03％，Al：0.8％～2.0％，还可以含有V：0.05％～0.3％，Ti：0.05％～0.3％，Nb：0.05％～0.3％，Cr：0.1％～0.5％，Mo：0.05％～0.3％中的一种，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明合金设计的理由如下：
C：C元素是钢中成本最低、稳定效果最好的奥氏体稳定元素，同时具有良好的固溶强化效果。C元素含量过低，会降低钢的强度和奥氏体的稳定性；C元素含量过高，容易在晶界处析出渗碳体，降低钢的性能。因此，C元素含量的范围为0.5％～1.0％。
Mn：Mn元素是钢中的奥氏体稳定元素和固溶强化元素。Mn元素含量过低，会减少钢中的奥氏体含量和降低钢板的强度；Mn元素含量过高，会导致钢板强度过高，伸长率下降。因此，Mn元素含量的范围为1.0％～3.0％。
Si：Si元素能够起到抑制渗碳体析出的作用，同时起到固溶强化的作用。Si元素含量过低，起不到抑制渗碳体析出的作用；Si元素含量过高，会降低钢板的表面质量。因此，Si元素含量的控制范围为0.3％～1.0％。
Al：Al元素在钢中起到抑制渗碳体析出的作用。Al元素含量过低，会降低钢中奥氏体稳定性，降低钢板的伸长率；Al元素含量过高，会导致连铸生产困难。因此，本发明将Al含量控制为0.8％～2.0％。
P：P元素在钢中一方面起到强化的作用，另一方面起到稳定奥氏体的作用。因此，本发明将P含量控制为0.03％～0.12％。
S：S元素是钢中的有害元素，其含量越低越好。因此，本发明将S含量控制为S≤0.03％。
V：V元素在钢中主要起到析出强化和细化晶粒的作用，同时析出的V(CN)起到氢陷阱，改善延迟开裂的作用。V元素含量过高会导致伸长率下降；过低起不到析出强化的效果。因此，本发明将V含量控制为0.05％～0.3％。
Nb：Nb元素在钢中主要起到细化晶粒和析出强化的作用，同时析出的Nb(CN)起到氢陷阱，改善延迟开裂的作用。Nb元素含量过高会导致伸长率下降；过低起不到强化的效果。因此，本发明将V含量控制为0.05％～0.3％。
Ti：Ti元素在钢中主要起到细化晶粒和析出强化的作用，同时析出的Ti(CN)起到氢陷阱，改善延迟开裂的作用。Ti元素含量过高会导致伸长率下降；过低起不到强化的效果。因此，本发明将Ti含量控制为0.05％～0.3％。
Cr：Cr元素作为一种强化元素。Cr元素含量过高会降低钢的伸长率；过低起不到强化的效果。因此，本发明将Cr含量控制为0.1％～0.5％。
Mo：Mo元素在钢中主要起到提高强度和淬透性，有利于形成贝氏体组织，同时析出的MoC起到氢陷阱，改善延迟开裂的作用。Mo元素含量过高，会导致效果饱和，同时成本上升；含量过低，强化效果不明显。因此，本发明将Mo含量控制为0.05％～0.3％。
一种具有超高强度相变诱导塑性钢的制备工艺包括以下步骤：转炉冶炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧、连续退火等工序。
该制备工艺的具体步骤如下：
采用转炉冶炼的方法进行冶炼，得到钢液的化学成分以质量百分比计为：C：0.5％～1.0％，Si：0.3％～1.0％，Mn：1.0％～3.0％，P：0.03％～0.12％，S≤0.03％，Al：0.8％～2.0％，还含有V：0.05％～0.3％，Ti：0.05％～0.3％，Nb：0.05％～0.3％，Cr：0.1％～0.5％，Mo：0.05％～0.3％中的一种或一种以上元素，余量为Fe和不可避免的杂质。
连铸过程采用常规的连铸机进行连铸，得到连铸坯。
热轧工序为：开轧温度在1000～1150℃，终轧温度在850～1000℃，冷却方式采用层流冷却方式，卷取温度在400～700℃之间。
酸洗工序为：采用常规的酸洗方法，主要目的是去除热轧钢板表面的氧化物。
冷轧工序为：冷轧压下率为40％～80％。
连续退火工序：退火温度在700～900℃之间，退火时间在120～400s之间，退火后的冷却速率为15～60℃/s，时效温度在300～450℃，时效时间在300～800s，时效后以10～30℃/s冷却速率冷却到室温。
采用上述工艺参数的原因如下：
开轧温度：开轧温度的作用是保证热轧卷的轧制温度在奥氏体单相区内，温度太高，会导致晶粒过于粗大，温度过低，会导致轧制过程中出现开裂的问题，因此，开轧温度控制在1000～1150℃。
终轧温度：终轧温度的作用也是保证热轧过程在奥氏体单相区内进行，温度太高，会导致晶粒过于粗大，降低钢板的强度和伸长率，温度过低，会导致轧制过程中出现开裂的问题，因此，终轧温度控制在850～1000℃。
层流冷却：层流冷却的作用是使钢卷温度均匀降低到卷曲温度，保证板型完好。
卷取温度：卷取温度的作用是使热轧板的组织为铁素体、贝氏体和珠光体，这样有利于冷轧，卷取温度过高，会导致钢板晶粒粗大，降低钢板的强度和伸长率，卷取温度过低，会导致钢板中出现马氏体组织，硬度过高，不能够冷轧。卷取温度的优选范围为400～700℃。
冷轧压下率：冷轧压下率的作用是打破热轧钢板组织的晶粒，使组织更加均匀，冷轧压下率过高，会导致冷轧机轧制时变形抗力过大，导致板形恶化，冷轧压下率过低，不能够有效打碎热轧钢板的晶粒，不利于晶粒细化，导致强度和伸长率下降，因此，冷轧压下率的优选范围为：40％～80％。
退火温度：退火温度的作用是保证钢板在退火时处于奥氏体区或铁素体+奥氏体两相区，退火温度过高会导致晶粒异常长大，退火温度过低，不能保证钢板在退火温度下具有合适的铁素体和奥氏体的两相比例，致使钢板的力学性能变差，退火温度的优选范围是700～900℃。
退火时间：退火时间的作用是保证钢板在退火温度下完成相变和晶粒再结晶，时间太短，会使相变不完全，时间太长，会导致晶粒过大，致使强度和伸长率下降，本发明退火时间的控制范围是120～400s。
退火后的冷却速率：退火后的冷却速率的作用是保证钢板在冷却过程中不产生珠光体，冷却速率过低会导致珠光体产生，本发明冷却速率的控制范围是15～60℃/s。
退火温度下完成相变和晶粒再结晶，时间太短，会使相变不完全，时间太长，会导致晶粒过大，致使强度和伸长率下降，本发明退火时间控制范围是120～400s。
时效温度：时效温度的作用是保证钢板在时效过程中过冷奥氏体转变为贝氏体和残余奥氏体，时效温度过低会导致相变无法完成，时效温度过高会导致残余奥氏体的稳定性变差，因此时效温度优选范围是300～450℃。
时效时间：时效时间的作用是保证钢板在时效过程中过冷奥氏体有足够的时间转变为贝氏体和残余奥氏体，时效时间过短，会导致相变无法完成，时效时间过长，会导致残余奥氏体过于稳定，使强度和伸长率下降，因此时效时间的优选范围是300～800s。
时效后的冷却速率：时效后冷却速率的作用是使钢板尽快冷却到室温，以保证连退生产具有较高的生产效率，该冷却速率过低会导致生产效率低，因此，本发明将该冷却速率的范围控制在10～30℃/s。
通过上述方法可以得到抗拉强度＞1470MPa，延伸率≥15％的超高强相变诱导塑性钢，其微观组织为：贝氏体含量为70％～80％，奥氏体含量为20％～30％，以及少量马氏体和铁素体等组织，含量不超过10％。
有益效果：
本发明同现有技术相比，有益效果如下：
本发明采用转炉冶炼—连铸连轧—酸洗冷轧—连续退火的生产工艺，在传统的产线上生产抗拉强度＞1470MPa，伸长率≥15％的超高强相变诱导塑性钢，具有成分简单、工艺窗口宽、成本低，产品性能优异的特点，能够满足复杂汽车零件的冲压要求。
具体实施方式
以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。
表1中列出了实施例的化学成分，在得到铸坯后进行热轧，热轧工艺如表2所示，热轧后进行酸洗、冷轧和退火，冷轧和退火工艺如表3所示，最终得到钢板的力学性能结果如表4所示。
表1实施例的化学成分，wt％
表2实施例的热轧工艺
实施例 工艺号 开轧温度/℃ 终轧温度/℃ 卷取温度/℃
1 B1 1148 952 690
2 B2 1132 943 660
3 B3 1112 936 640
4 B4 1093 924 620
5 B5 1074 918 590
6 B6 1062 940 580
7 B7 1051 897 530
8 B8 1037 886 490
9 B9 1018 873 450
10 B10 1010 862 410
11 B1 1148 952 690
12 B2 1132 943 660
13 B3 1112 936 640
14 B4 1093 924 620
15 B5 1074 918 590
16 B6 1062 940 580
17 B7 1051 897 530
18 B8 1037 886 490
19 B9 1018 873 450
20 B10 1010 862 410
表3实施例的冷轧和连续退火工艺
表4实施例的力学检验结果
由表1～3可见，采用本发明技术方案生产的相变诱导塑性钢板，具有超高强度、良好的延伸率，满足汽车厂对复杂零件的成形需求。

Claims (3)

1.一种超高强度冷轧相变诱导塑性钢，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比为：C：0.5％～1.0％，Si：0.3％～1.0％，Mn：1.0％～3.0％，P：0.03％～0.12％，S≤0.03％，Al：0.8％～2.0％，余量为铁和不可避免的杂质，钢板的抗拉强度＞1470MPa，延伸率≥15％，钢板的微观组织为：贝氏体含量为70％～80％，奥氏体含量为20％～30％，以及少量马氏体和铁素体组织，含量不超过10％。
2.根据权利要求1所述的超高强度冷轧相变诱导塑性钢，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比计，还含有V：0.05％～0.3％，Ti：0.05％～0.3％，Nb：0.05％～0.3％，Cr：0.1％～0.5％，Mo：0.05％～0.3％中的一种以上元素。
3.一种如权利要求1或2所述的超高强度冷轧相变诱导塑性钢的制备方法，钢板的生产工艺为：转炉冶炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧、连续退火，其特征在于，
热轧开轧温度为1000～1150℃，终轧温度为850～1000℃，采用层流冷却方式，卷取温度为400～700℃；
冷轧压下率为40％～80％；
连续退火温度为700～900℃，退火时间为120～400s，退火冷却速率为15～60℃/s，时效温度为300～450℃，时效时间为300～800s，然后以10～30℃/s冷却速率冷却到室温。
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