CN110863138A - 一种1800MPa级热成形钢及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种1800MPa级热成形钢及其制造方法,该钢的成分按重量百分比计如下:C:0.31%~0.52%,Si:0.30%~0.40%,Mn:1.4%~2.1%,p≤0.010%,S≤0.010%,Cr:0.31%~0.51%,Nb:0.08%~0.11%,Mo:0.11%~0.21%,RE:0.02%~0.1%,Ni:≤2.0%,余量为Fe及不可避免的杂质。制造方法包括冶炼、连铸、热连轧、酸洗、冷轧、退火,热成形;通过上述方法可以获得的热成形钢的抗拉强度为大于1800MPa,延伸率大于8%;显微组织为马氏体+铁素体,其中马氏体体积分数含量为94%~96%,具有高强度,高延伸率的特点。
Description
技术领域
本发明属于金属材料领域,尤其涉及一种热成形钢及其制造方法,具体来说是一种汽车制造用抗拉强度≥1800MPa的钢及其制造方法,适用于厚度为1.0mm~2.0mm的热成形钢。
背景技术
汽车制造领域,通过在白车身中大量采用热成型钢板,一方面可以提高车身强度,增加车身碰撞的安全性;另一方面通过超高强度钢板代替低强度钢板,在保证车身安全性的前提下减薄钢板的厚度,降低车身重量。据统计,汽车重量每降低10%则燃油效率可提高6%~8%,因此,车身中采用热成型钢板,既提高了车身安全性又实现了车身减重节能的效果。目前热成型钢的设计主要通过在钢中添加Cr、B、Mo等提高钢板的淬透性的合金元素,实现钢板在热冲压成型后形成完全的马氏体组织,达到钢板超高强的指标。钢板热成型后组织为完全马氏体组织,钢板的强度高但是延伸率差,在车辆碰撞过程中,钢板的强度高延伸率高,碰撞安全性越高,强度高,延伸率低,零部件在碰撞过程中产生微小变形即失效,使车辆安全性降低。为了提高热成形钢板的延伸率,需要在钢中生产微量的铁素体,然而,钢中含B元素后,其在奥氏体晶界偏聚阻碍了铁素体形核,因此需要设计一种全新的热成形钢成分体系,实现即具有高强度,又有高延伸率的新型钢铁材料。本发明提出不含B元素的热成型用超高强热成型冷轧钢板成分设计体系,钢板组织为马氏体+铁素体组织,钢板的抗拉强度达1800MPa以上,钢板延伸率≥8%,具有高强度高延伸性的特点,有利于工业生产和推广应用。
公开号为CN106119693A的发明公开了一种抗拉强度≥2100MPa的钢板,其成分和重量百分比为:C:0.41~0.50%,Si:0.45~0.65%,Mn:1.6~2.0%,p≤0.006%,S≤0.004%,ALs:0.015~0.06%,Cr:0.50~0.65%,B:0.004~0.005%,Ti:0.046~0.060%或Nb:0.046~0.060%或V:0.046~0.060%,或其中两种以上的复合,Mo:0.036~0.60%,Ni:0.21~0.35%,N≤0.004%,余为Fe及不可避免的杂质;该专利产品抗拉强度≥2100Mpa,A80:5.2%~5.6%,该专利属于高强度,低延伸率的产品。该专利成分设计体系为含B设计体系,合金含量高,不利于形成铁素体。
发明《一种冷轧热成型钢板及其生产方法》(公开号:CN103361560A,)公开的钢板化学成分质量百分比为:C:0.22~0.25%,Si:0.20~0.30%,Mn:1.20~1.40%,p<0.020%,S<0.030%,Cr:0.10~0.30%,Ti:0.02~0.050%,ALs:0.025~0.060%,B:0.002~0.004%,N:≤0.006%,余量为Fe。该专利淬火后钢板强度在1500MPa左右,延伸率A80=5.7左右,属于高强度,低延伸率钢板,成分设计体系依然为含B体系,为完全马氏体组织。
发明《一种冷弯性能优良的锌系镀覆热成型钢板或钢带及其制造方法》(公开号:CN109371325A)公开了了包括表面脱碳层在20μm以下的基板及其锌系镀层,基板的成分:C:0.10~0.8%,Si:0.05~2.0%,Mn:0.5~3.0%,p<0.1%,S<0.05%,AL≤0.1%,N≤0.01%,可能含有Cr:0.01~1.0%,Mo:0.01~1.0%,Ti:≤0.2%,Nb:0.01~0.08%,V:0.01~1.0%,B:0.001~0.08%中至少一种,余量为Fe和不可避免的杂质。该发明为镀层热成型钢板,与本发明非镀层钢板有本质区别。该发明强度级别为1400MPa,断后延伸率在5%左右,强度和延伸率均较低。该发明属于镀锌板,基板表面有20μm以下的脱碳层,生产工序长,表面脱碳层控制困难。
发明内容
本发明的目的在于克服上述问题和不足而提供1800MPa级热成形钢及其制造方法,热成形钢抗拉强度≥1800MPa,延伸率≥8%,组织为马氏体+铁素体组织,具有高强度,高延伸率的特点。
一种1800MPa级热成形钢,该钢的成分按重量百分比计如下:C:0.31%~0.52%,Si:0.30%~0.40%,Mn:1.4%~2.1%,p≤0.010%,S≤0.010%,Cr:0.31%~0.51%,Nb:0.08%~0.11%,Mo:0.11%~0.21%,稀土(RE):0.02%~0.1%,Ni:≤2.0%,余量为Fe及不可避免的杂质。
进一步,该钢的成分还含有V:0.01%~1.1%。
进一步,所述热成形钢的抗拉强度为大于1800MPa,延伸率大于8%;显微组织为马氏体+铁素体,其中马氏体体积分数含量为94%~96%。
本发明成分设计的理由如下:
C:是强固溶强化元素,能显著提高钢的强度。其含量对热成型后钢板的组织性能影响较大,C含量低将造成热成型后钢板的强度不足。C含量过高,造成钢板强度高延伸率降低,钢板碳当量高,不利于钢板焊接。综合考虑,将钢中的C含量限定在0.31%~0.52%之间。
Si:置换固溶合金元素,促进C在奥氏体中富集增加奥氏体的稳定性。同时可以起到脱氧作用,减少钢中的杂质。Si含量过低,不利于脱氧和增加奥氏体稳定性,Si含量过高,会降低钢板的表面质量。因此,本发明将钢中Si元素的含量限定在0.30%~0.40%。
Mn:固溶强化元素,提高钢板的强度和钢板的淬透性,同时Mn与钢中的硫结合形成MnS降低钢板的热脆性,减少s的有害作用。Mn使钢的“C”曲线右移,更有利于获得马氏体组织。含量过低效果不显著,含量过高在钢中易形成偏析带,造成钢板生产成本高,性能产生波动,因此,将其含量限制为1.4%~2.1%
S、P:为有害元素,其含量越低越好。含量过低生产成本高,在不影响钢板性能的前提下,其含量限制在p≤0.010%,S≤0.010%。
Cr:能显著提高钢板的淬透性,能够保证钢板在淬火过程中快速形成马氏体组织,同时提高钢板的强度和硬度。Cr含量低于0.31%,钢板淬透性不好,淬火时易形成贝氏体组织,造成钢板强度降低。Cr含量高于0.51%,对钢板无明显的有益作用,反而造成钢板的延伸率下降。综合考虑将其含量限制在0.31%~0.51%。
Nb:具有细晶强化和析出强化的作用。能够细化奥氏体晶粒,提高钢板的强度且不降低钢板的延伸率,并与钢中N元素结合形成第二相并在基体中析出,阻碍奥氏体晶粒长大,钢板淬火后马氏体板条较小,强度得到提高。含量低于0.08%细化晶粒作用不明显,高于1.0%其细化晶粒的作用不显著,却明显增加了生产成本。因此该元素限定为Nb:0.08%~1.0%。
Mo:能显著提高钢板的淬透性元素,能够保证钢板在淬火过程中快速形成马氏体,同时还可以提高钢板的热强性,防止回火脆性。加入量<0.11%,提高钢板淬透性效果差,加入量>0.21%钢板的塑性明显下降。因此该元素限制为0.11%~0.21%。
稀土(RE):抑制钢的氢脆性、可使钢中硫化物形状得到控制,提高了钢的热塑性。为了充分发挥稀土的作用,加入量控制在0.02%~0.1%之间,加入量低于0.02%时,稀土元素的作用不明显,加入量高于0.1%后在钢中易出现夹杂物团聚,造成钢板延伸率下降。
Ni:该元素可提高钢板的强度而不降低钢板的韧性,并有利于钢板的后续加工性能。但是该元素始于贵金属,加入量过高造成钢的成本大幅提高,因此限制在Ni≤2.0%。
V:在钢中形成第二相,细化奥氏体,并阻碍加热过程中奥氏体晶粒长大,淬火后形成细小的马氏体。加入量低于0.01%效果不显著,高于1.0%细化晶粒效果减弱,并且增加生产成本。综合考虑其加入量控制在0.01%~1.0%范围内。
本发明技术方案之二是提供1800MPa级热成形钢的制造方法,冶炼、连铸、热连轧、酸洗、冷轧、退火、热成形;
热连轧:为了保证钢坯完全奥氏体化,铸坯加热温度设计在1100℃~1250℃之间。开轧温度在1050℃~1200℃之间,终轧温度在870℃以上,开轧温度过低轧机负载过大,生产工艺调整复杂,生产成本高。开轧温度过高,直接提高生产成本,对钢板组织性能无有益作用。卷曲温度在650℃~730℃之间。
酸洗:通过酸洗方法清除钢板表面的氧化皮。
冷轧:将酸洗后的钢板冷轧至1.0mm-2.0mm,冷轧压下率≥60%。
热成形:退火后钢卷开卷落料,加热炉加热,加热温度在900℃~950℃,加热保温4min~9min。加热温度高于950℃钢板奥氏体晶粒明显粗化,淬火后形成板条粗大的马氏体,延伸性不好。温度低于900℃钢板奥氏体时间长,不利于工业高效生产。保温时间小于4min,钢板表面和心部奥氏体化温度不均匀,淬火后形成晶粒混杂的马氏体组织,性能波动加大。保温时间高于9min,钢板奥氏体晶粒粗化,淬火后形成粗大的马氏体组织,强度和延伸率均下降明显。
钢板加热后从加热炉取出放至热冲压模具中,钢板从取出至模具冲压前空冷时间控制在4s~9s范围内。钢板空冷时间对热成型零件延伸率有影响,空冷时间小于4s冲压淬火后零部件的组织为完全马氏体组织,钢板的强度未有明显的变化,延伸率明显降低。空冷时间高于9s钢板热冲压成型困难,易产生开裂缺陷,热冲压模具磨损加快,冲压压机功率提高,能耗显著增加。热冲压后工件的组织中易出现贝氏体组织,钢板强度降低延伸率提高,钢板强度低于1800MPa,不满足设计要求。
模具冲压并在模具中直接进行淬火,控制淬火冷却速度≥20℃/s,冷却速度<20℃/s时,工件中将产生贝氏体组织,造成钢板强度不足。
淬火水温控制在50℃~80℃之间,保持淬火水流动性有利于改善热成型工件的马氏体的组态,提高工件延伸率。水温低于50℃对改善马氏体组态不显著,冲压淬火后钢板延伸率较低。高于80℃提高热成型后对改善工件马氏体组态效果无明显的增加,对提高工件延伸率效果不显著并且增加了模具和冷却系统腐蚀性。综合考虑,将水温设计在50~80℃之间。
通过上述方法可以获得的热成形钢的抗拉强度为大于1800MPa,延伸率大于8%;显微组织为马氏体+铁素体,其中马氏体体积分数含量为94%~96%。
本发明的有益效果在于:
(1)、本发明的钢板成分体系设计新颖,突破传统含B合金体系。
(2)、本发明钢板可直接在传统的产线上生产,无需新增设备,生产工艺稳定。
(3)、本发明产品抗拉强度≥1800MPa,延伸率≥8%,工件组织为马氏体+铁素体组织,具有高强度,高延伸率的特点,在汽车零部件上应用具有安全性高,对实现汽车轻量化具有重要意义。
附图说明
图1为本发明实施例1显微组织图。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步的说明。
本发明实施例根据技术方案的组分配比,进行冶炼、连铸、热连轧、酸洗、冷轧、退火、热成形。
((1)热连轧:铸坯加热温度为1100℃~1250℃之间;开轧温度在1050℃~1200℃之间,终轧温度在870℃以上;卷曲温度在650℃~730℃之间;
(2)冷轧:将酸洗后的钢板冷轧至1.0mm-2.0mm,冷轧压下率≥60%;(3)热成形:退火后的钢卷开卷落料进行加热,加热温度在900℃~950℃,加热保温4min~9min;加热后的钢板从加热炉取出放至热冲压模具中,钢板从加热炉取出至模具冲压前空冷时间控制在4s~9s范围内;之后进行模具冲压并在模具中直接进行淬火,控制淬火冷却速度≥20℃/s;淬火水温控制在50℃~80℃之间。
所述热成形钢的抗拉强度为大于1800MPa,延伸率大于8%;显微组织为马氏体+铁素体,其中马氏体体积分数含量为94%~96%。
本发明实施例钢的成分见表1。本发明实施例钢的轧制主要工艺参数见表2。本发明实施例钢的热成形主要工艺参数见表3。本发明实施例钢性能见表4。
表1本发明实施例钢的成分(wt%)
实施例 | C | Si | Mn | P | S | Cr | Nb | Mo | Ni | V | RE |
1 | 0.31 | 0.38 | 1.47 | 0.010 | 0.005 | 0.32 | 0.080 | 0.18 | 0.1 | 0.12 | 0.031 |
2 | 0.34 | 0.34 | 1.76 | 0.008 | 0.007 | 0.43 | 0.082 | 0.13 | 0.072 | ||
3 | 0.38 | 0.36 | 1.84 | 0.007 | 0.005 | 0.47 | 0.085 | 0.21 | 0.066 | ||
4 | 0.42 | 0.37 | 1.75 | 0.010 | 0.006 | 0.51 | 0.087 | 0.18 | 0.07 | 0.084 | |
5 | 0.48 | 0.33 | 1.84 | 0.009 | 0.007 | 0.35 | 0.098 | 0.14 | 0.023 | ||
6 | 0.51 | 0.35 | 1.96 | 0.007 | 0.008 | 0.38 | 0.091 | 0.20 | 0.059 | ||
7 | 0.35 | 0.31 | 1.82 | 0.008 | 0.009 | 0.35 | 0.084 | 0.18 | 1.12 | 0.091 |
表2本发明实施例钢的轧制、淬火主要工艺参数
表3本发明实施例钢的热成形主要工艺参数
表4本发明实施例钢性能
从表4的检测结果来看,本发明钢的强度达到了1800MPa级,伸长率达到8%以上,实现了低成本成分设计,对热成形钢的推广应用具有较大的价值。
为了表述本发明,在上述中通过实施例对本发明恰当且充分地进行了说明,以上实施方式仅用于说明本发明,而并非对本发明的限制,有关技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以做出各种变化和变型,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,本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (4)
1.一种1800MPa级热成形钢,其特征在于:该钢的成分按重量百分比计如下:C:0.31%~0.52%,Si:0.30%~0.40%,Mn:1.4%~2.1%,p≤0.010%,S≤0.010%,Cr:0.31%~0.51%,Nb:0.08%~0.11%,Mo:0.11%~0.21%,RE:0.02%~0.1%,Ni:≤2.0%,余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述一种1800MPa级热成形钢,其特征在于:该钢的成分还含有V:0.01%~1.1%。
3.根据权利要求1或2所述一种1800MPa级热成形钢,其特征在于,所述热成形钢的抗拉强度为大于1800MPa,延伸率大于8%;显微组织为马氏体+铁素体,其中马氏体体积分数含量为94%~96%。
4.一种权利要求1-3任一项所述的一种1800MPa级热成形钢的制造方法,包括冶炼、连铸、热连轧、酸洗、冷轧、退火,热成形;其特征在于:
(1)热连轧:铸坯加热温度为1100℃~1250℃之间;开轧温度在1050℃~1200℃之间,终轧温度在870℃以上;卷曲温度在650℃~730℃之间;
(2)冷轧:将酸洗后的钢板冷轧至1.0mm-2.0mm,冷轧压下率≥60%;
(3)热成形:退火后的钢卷开卷落料进行加热,加热温度在900℃~950℃,加热保温4min~9min;加热后的钢板从加热炉取出放至热冲压模具中,钢板从加热炉取出至模具冲压前空冷时间控制在4s~9s范围内;之后进行模具冲压并在模具中直接进行淬火,控制淬火冷却速度≥20℃/s;淬火水温控制在50℃~80℃之间。
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