CN110358979A - 一种400MPa级冷轧高强IF钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种400MPa级冷轧高强IF钢及其制备方法，属于材料成型领域。该IF钢包括以下质量百分比的化学成分：C≤0.0030％、Si 0.10％～0.20％、Mn 0.6％～0.75％、P 0.070～0.080、Nb 0.025％～0.035％、Ti 0.020％～0.030％、Alt 0.020％～0.050％、B 0.0004～0.0015％、S≤0.008％、O≤0.0030％、N≤0.0040％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明通过合理成分设计和工艺条件设计制备得到的400MPa级冷轧高强IF钢具有较低的屈强比0.56～0.60，使其具有良好的冲压性能。

Description

一种400MPa级冷轧高强IF钢及其制备方法
技术领域
本发明属于材料成型领域，具体涉及一种400MPa级冷轧高强IF钢及其制备方法，尤其涉及一种主要用于汽车顶盖横梁、纵梁、支架、加强板等的400MPa级汽车用冷轧高强IF钢及其制备方法。
背景技术
现代汽车的主要发展方向是更加注重节能环保与安全性，实现降低车重的最好办法是使用高强度钢板。IF钢即为无间隙原子钢，是在超低碳钢中，加入钛(Ti)、铌(Nb)等强碳氮化合物形成元素，将钢中的碳、氮等间隙原子完全固定为碳氮化合物，从而得到无间隙原子的洁净铁素体钢，由于其具有优异的深冲性能，符合现代汽车用钢开发设计理念，在汽车行业得到广泛应用。目前生产400MPa级汽车用冷轧高强IF钢的技术含量高，生产难度大，限制了该种钢材在汽车行业中的应用。
发明内容
针对现有技术中存在的问题的一个或多个，本发明一个方面提供一种400MPa级冷轧高强IF钢，其包括以下质量百分比的化学成分：C≤0.0030％、Si 0.10％～0.20％、Mn0.6％～0.75％、P 0.070～0.080、Nb 0.025％～0.035％、Ti 0.020％～0.030％、Alt0.020％～0.050％、B 0.0004～0.0015％、S≤0.008％、O≤0.0030％、N≤0.0040％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述400MPa级冷轧高强IF钢的屈服强度为245～265MPa，抗拉强度为434～454MPa，断后伸长率≥39％，屈强比为0.56～0.60。
本发明另一方面提供了上述的400MPa级冷轧高强IF钢的制备方法，包括以下步骤：炼钢，热轧和冷轧；
其中所述炼钢的工序为：铁水→转炉→RH精炼→板坯连铸；其中铁水经脱硫预处理后进行转炉冶炼，转炉入炉铁水磷含量为0.120％～0.150％，铁水入炉硫含量达到0.002％以下，吹氧脱碳升温，去除钢水中P、S元素，防止钢液过氧化，转炉终点温度控制在1670℃以上；转炉出钢过程加入锰铁进行合金化，加入白灰和改质剂进行顶渣改质；RH炉脱碳结束后根据定氧情况加入脱氧剂和成分铝，循环4分钟以上后加入钛铁、铌铁、金属锰、微碳硅铁、磷铁等合金调整成分，调整成分完毕后确保真空循环6min后测温、取样；连铸采用保护浇注，防止钢液的二次氧化，采用恒拉速，拉速控制在1.3m/min左右，控制浇注合适的过热度，浇注过程中过热度控制在30℃左右，促进夹杂物的上浮，实现了多炉浇注；其中白灰、改质剂、脱氧剂等的添加可参照现有技术；
其中所述热轧的工序为：板坯加热→高压水除鳞→定宽压力机→E1R1粗轧机轧制→E2R2粗轧机轧制→飞剪→高压水除鳞→F1～F7精轧机轧制→加密型层流冷却→卷取→托盘运输系统→取样、检验；其中板坯加热温度为1200±20℃；加热时间≥130min；粗轧模式采用3+3；精轧终轧温度900～920℃，卷取温度为690～710℃；
其中所述冷轧的工序为：酸轧开卷→焊接→拉矫→酸洗→漂洗→烘干→切边→连轧机冷轧→分切→卷取→离线检查→称重→标识→打捆→包装→入库→连退开卷→焊接→清洗→入口活套→退火炉→出口活套→平整→检查活套→切边→表面检查→涂油→卷取→称重→取样、检验；退火工艺参数：加热和均热段出口温度810～830℃，缓冷段出口温度660～700℃，快冷段出口温度360～400℃，过时效段温度200～350℃，终冷段出口温度≤150℃，平整机延伸率0.7～0.9％。
基于以上技术方案提供的400MPa级冷轧高强IF钢及其制备方法通过调整化学成分中Nb、Ti合金元素消除间隙原子，同时添加并调整P、Si和Mn元素的含量，通过置换型固溶强化提高钢板强度，添加B元素改善P元素在晶界处偏析从而提高钢板韧性。并通过钢种成分设计，尤其是钢种成分中Si的含量配合其他成分的含量控制，以及生产工艺过程参数控制，即生产工艺经过冶炼、2250mm轧机、酸连轧和连续退火工艺，重点设计成分和冷轧退火核心工艺(即退火工艺参数：加热和均热段出口温度810～830℃，缓冷段出口温度660～700℃，快冷段出口温度360～400℃，过时效段温度200～350℃，终冷段出口温度≤150℃，平整机延伸率0.7～0.9％)，获得一种具有较高断后延伸率、较低屈强比，同时具有较高抗拉强度和屈服强度的400MPa级冷轧高强IF钢，其成品力学性能为屈服强度245～265MPa，抗拉强度434～454MPa，断后伸长率≥39％(拉伸检验：L0＝50mm，b＝25mm)，n值0.21～0.22，r值2.0～2.15，保证较低的屈强比0.56～0.60，具有良好的冲压性能。
附图说明
图1为本发明实施例1制备得到的钢板的金相组织图(50μm)；
图2为本发明实施例1制备得到的钢板的金相组织图(20μm)。
具体实施方式
在一个实施方式中，本发明提供一种400MPa级冷轧高强IF钢，其包括以下质量百分比的化学成分：C≤0.0030％、Si 0.10％～0.20％、Mn 0.6％～0.75％、P 0.070～0.080、Nb 0.025％～0.035％、Ti 0.020％～0.030％、Alt 0.020％～0.050％、B 0.0004～0.0015％、S ≤0.008％、O≤0.0030％、N≤0.0040％，余量为Fe和不可避免的杂质。
在另一个实施方式中，本发明提供一种400MPa级冷轧高强IF钢的制备方法，具体包括以下步骤：
1.冶炼工艺
1.1脱硫预处理：采用KR铁水脱硫技术，要求深脱硫后终点硫含量在0.002％以内，KR脱硫通过机械搅拌法脱硫，搅拌头插入铁水中旋转，使铁水产生漩涡，然后向铁水漩涡中投入脱硫剂，使脱硫剂和铁水中的硫在不断的搅拌中发生脱硫反应，脱硫完成后将脱硫渣彻底扒除干净，要求铁水渣扒清面积要求大于95％，防止高硫渣兑入转炉中导致回硫。
1.2转炉冶炼：铁水经脱硫预处理后进行转炉冶炼，转炉脱磷工艺主要依靠高碱度、高氧化性、大渣量的炉渣进行脱磷。但是要想深脱磷，创造条件使铁水中的磷能够被大量氧化进入炉渣，才能达到深脱磷目标。转炉入炉铁水磷含量0.120％～0.150％，铁水入炉硫含量达到0.002％以下，吹氧脱碳升温，控制P、S成分，防止钢液过氧化，转炉终点温度控制在1670℃以上。转炉出钢过程加入锰铁进行合金化，加入白灰和改质剂进行顶渣改质。
1.3精炼：RH精炼炉根据钢水就位成分及温度进行脱碳处理，RH脱碳是超低碳钢生产中最重要的脱碳环节，由于真空处理时高温和搅拌强烈，所有利于提高脱碳速率的各项因素都可以加快脱碳反应。在真空室内压力迅速降低的过程中，随着提升气体流量增加，循环流量、容积系数增加，提高了脱碳速率，加快了脱碳反应的进行，脱碳结束后，根据定氧情况加入脱氧剂和成分铝，循环4分钟以上后加入钛铁、铌铁、金属锰、微碳硅铁、磷铁等合金调整成分。调成分完毕后确保真空脱气循环6min，保证钢水温度成分均匀化，同时有利于钢水夹杂物的上浮，提高钢水的洁净度。
1.4连铸：连铸保护浇注，防止钢液的二次氧化，避免钢水二次氧化钢质。采用恒拉速，拉速控制在1.3m/min左右，控制浇注合适的过热度，浇注过程中过热度控制在30℃左右，促进夹杂物的上浮，实现了多炉浇注。
2热轧工艺
采用步进式加热炉加热铸坯(加热工艺见表1)，粗轧采用双机架R1和R2往返式轧制，粗轧模式为3+3，精轧采用F1～F7连轧工艺，精轧温度890～910℃，保证奥氏体单相区轧制，卷取温度700℃，保证碳氮化物正常析出，提高深冲性能，具体热轧工艺见表2。
表1铸坯加热制度
表2轧制工艺
3退火工艺
退火使用立式连续退火炉，炉内采用还原性气氛和氮氢混合保护气氛冷却。加热段和均热段温度目标820℃，保证晶粒完全再结晶，加热炉各段出口温度控制情况见表3，平整机延伸率不同厚度控制情况见表4。
表3退火工艺
表4平整机延伸率
通过以下具体实施方式详细说明本发明。
实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，实施例将有助于理解本发明，但不应作为对本发明的限制。
实施例：
根据以上的炼钢工艺要求，实施例1-5以及对比例1-2的实际板坯化学成分(质量百分比)如下表5所示。
表5实施例1-5和对比例1-2的化学成分wt.％
实施例 C Si Mn P S Nb Ti B
1 0.0016 0.14 0.69 0.074 0.006 0.025 0.022 0.0008
2 0.0015 0.15 0.65 0.074 0.006 0.027 0.025 0.0006
3 0.0025 0.10 0.70 0.075 0.006 0.035 0.025 0.0006
4 0.0020 0.15 0.75 0.078 0.008 0.025 0.022 0.0008
5 0.0016 0.20 0.69 0.074 0.006 0.027 0.025 0.0012
对比例1 0.0020 0.06 0.69 0.074 0.008 0.025 0.022 0.0008
对比例2 0.0016 0.30 0.73 0.078 0.006 0.027 0.025 0.0008
按照以上设计化学成分和热轧工艺，热轧板室温拉伸性能见表6，试验方法参照GB/T228.1和GB/T 229。
表6实施例1-5和对比例1-2制备得到的钢材的热轧拉伸性能
实施例 屈服强度R<sub>eL</sub>/Mpa 抗拉强度R<sub>m</sub>/MPa 断后伸长率A<sub>50</sub>％
1 375 515 32
2 360 510 33
3 400 540 34
4 380 525 32
5 395 530 34
对比例1 327 460 30
对比例2 431 582 22
在上述热轧性能的基础上进行冷轧和退火，成品的室温拉伸力学性能见表7，其中实施例1获得的IF钢的金相组织为等轴铁素体，晶粒度10.5级，组织形貌见图1和图2。
表7实施例1-5和对比例1-2制备得到的钢成品拉伸性能
从上表5-7中的数据可知，钢材原料中Si的变化配合其他原料化学成分含量，在本发明提供的制备方法的工艺条件下获得的冷轧高强IF钢的力学性能具有显著的差异，即当成分中Si的含量在0.1-0.2wt.％时，制备得到的400MPa级冷轧高强IF钢的抗拉强度在434MPa以上，屈服强度在245MPa以上，且屈强比范围为0.56-0.60，因此制备得到的IF钢具有较强的强度，同时还具有较低的屈强比，具有良好的冲压性能。而当Si的含量在0.1wt.％以下时(对比例1)，虽然制备得到的IF钢的屈强比为0.59，但是其抗拉强度仅为367MPa，屈服强度仅为215MPa，不能满足生产钢的强度需要。当Si的含量在0.3wt.％(对比例2)时，虽然制备得到的IF钢具有较高的屈服强度和抗拉强度，但是其伸长率为28.0％，屈强比为0.70，其冲压性能不能满足生产需要。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种400MPa级冷轧高强IF钢，其特征在于，所述400MPa级冷轧高强IF钢包括以下质量百分比的化学成分：C≤0.0030％、Si 0.10％～0.20％、Mn 0.6％～0.75％、P 0.070～0.080、Nb 0.025％～0.035％、Ti 0.020％～0.030％、Alt 0.020％～0.050％、B 0.0004～0.0015％、S≤0.008％、O≤0.0030％、N≤0.0040％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的400MPa级冷轧高强IF钢，其特征在于，所述400MPa级冷轧高强IF钢的屈服强度为245～265MPa，抗拉强度为434～454MPa，断后伸长率≥39％，屈强比为0.56～0.60。
3.权利要求1或2所述的400MPa级冷轧高强IF钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：炼钢，热轧和冷轧；
其中所述炼钢的工序为：铁水→转炉→RH精炼→板坯连铸；其中铁水经脱硫预处理后进行转炉冶炼，转炉入炉铁水磷含量为0.120％～0.150％，铁水入炉硫含量达到0.002％以下，吹氧脱碳升温，去除钢水中P、S元素，防止钢液过氧化，转炉终点温度控制在1670℃以上；转炉出钢过程加入锰铁进行合金化，加入白灰和改质剂进行顶渣改质；RH炉脱碳结束后根据定氧情况加入脱氧剂和成分铝，循环4分钟以上后加入钛铁、铌铁、金属锰、微碳硅铁、磷铁等合金调整成分，调整成分完毕后确保真空循环6min后测温、取样；连铸采用保护浇注，防止钢液的二次氧化，采用恒拉速，拉速控制在1.1m/min-1.5m/min，优选1.3m/min，控制浇注合适的过热度，浇注过程中过热度控制在28℃-32℃，优选30℃，促进夹杂物的上浮，实现了多炉浇注；
其中所述热轧的工序为：板坯加热→高压水除鳞→定宽压力机→E1R1粗轧机轧制→E2R2粗轧机轧制→飞剪→高压水除鳞→F1～F7精轧机轧制→加密型层流冷却→卷取→托盘运输系统→取样、检验；其中板坯加热温度为1200±20℃；加热时间≥130min；粗轧模式采用3+3；精轧终轧温度900～920℃，卷取温度为690～710℃；
其中所述冷轧的工序为：酸轧开卷→焊接→拉矫→酸洗→漂洗→烘干→切边→连轧机冷轧→分切→卷取→离线检查→称重→标识→打捆→包装→入库→连退开卷→焊接→清洗→入口活套→退火炉→出口活套→平整→检查活套→切边→表面检查→涂油→卷取→称重→取样、检验；退火工艺参数：加热和均热段出口温度810～830℃，缓冷段出口温度660～700℃，快冷段出口温度360～400℃，过时效段温度200～350℃，终冷段出口温度≤150℃，平整机延伸率0.7～0.9％。
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