CN110964882A - 一种基于碳配分工艺的一钢两用冷轧高强钢及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于冷轧高强钢生产制造技术领域,涉及一种基于碳配分工艺的一钢两用冷轧高强钢及其制造方法。化学成分按重量百分比计包括:C:0.20‑0.30%,Si:1.5‑2.5%,Mn:2.0‑3.0%,Cr:0.2‑0.4%,Nb:0.03‑0.06%,Ti:0.02‑0.10%,Al:0.02‑0.40%,B:0.002‑0.005%,S<0.015%,P<0.010%,余量为Fe及不可避免的夹杂物。该方法利用一种成分通过工艺控制完成TRIP780及QP980两个不同钢种类型及强度级别产品的生产。本发明提供的方法适用于工业生产,工艺易于控制,可为企业降本增效的高强钢生产方法。

Description

一种基于碳配分工艺的一钢两用冷轧高强钢及其制造方法
技术领域
本发明属于冷轧高强钢生产制造技术领域,涉及一种基于碳配分工艺的一钢两用冷轧高强钢及其制造方法。
背景技术
随着汽车市场对节能、环保、安全、舒适等要求的提高,汽车车身轻量化成为当今汽车技术发展的重要趋势,而采用高强钢材料是目前最经济有效的轻量化途径之一,相变诱导塑性(TRIP)钢已经在车身制造中广泛应用,对汽车轻量化起到了非常重要的作用,而以淬火配分(QP)钢为代表的第三代先进高强钢的特色产品以其优异的强塑性匹配,可为实现车身轻量化和节能减排提供更加有力的支撑。
现有技术中,相关冷轧钢板的制备方法,如专利号为CN201110154471.4涉及一种冷轧相变诱导塑性钢的淬火配分生产工艺,是将相变诱导塑性钢冷轧板加热到750~850℃,使其部分奥氏体化;快速冷却至220~300℃,冷速40~60℃/s,保温10~20s;再加热至350~450℃,保温10~1000s;最后快速冷却至室温。本发明利用钢中的Si、Mn元素控制渗碳体等碳化物的析出,通过热处理工艺,控制不同的相变,最终得到室温为铁素体、马氏体、残余奥氏体的复相组织;屈服强度600~720MPa,抗拉强度960~1060MPa,延伸率20~25%。
专利号为CN201610297645.5涉及一种Q&P钢板及其两次配分制备方法,钢板成分按重量百分比:C:0.15~0.28%,Mn:1.0~3.5%,Si+Al:0.9~2.5%,余量为Fe和不可避免杂质;制备方法:1)普通Q&P钢钢板完全奥氏体化;2)将完全奥氏体化的Q&P钢钢板产生部分马氏体相变;3)一次配分过程:在350~450℃保温30~600s后,速冷水淬;4)二次配分过程:在350~450℃保温30~600s后,淬火至室温得产品。微观组织为马氏体,残余奥氏体和贝氏体;室温条件下,残余奥氏体的体积分数8~22%。利用两次配分,稳定了更大体积分数奥氏体,提高加工硬化率。
专利号为CN201610583875.8涉及一种性能梯度分布的高强度Q&P钢件制备方法。将待用钢件加热至完全奥氏体化,保温后以预设的冷却速率降温至Ms-Mf温度之间,保温;再次加热待用钢件至Ms点以上的配分温度,利用具有恒温区和冷却区的模具对待用钢件完成冲压成形,其中,冷却区在冲压过程中对待用钢件直接模冷淬火,恒温区对待用钢件恒温冲压并配分,然后脱模,通过冷却介质对待用钢件淬火至室温,最终得到力学性能梯度分布的高强度Q&P钢件。
以上技术方案均基于碳配分技术,通过先淬火形成初始组织,之后以再升温方式进行碳配分最终形成部分残余奥氏体组织,以获得较高的强度及塑性,但无法覆盖不同的强度级别和钢种类型,再升温方式对产线能力要求极高且工艺控制难度较大,吨钢成本增加50~100元,因此急需一种可覆盖不同强度级别及钢种类型,适用于工业生产,工艺易于控制,可为企业降本增效的高强钢生产方法。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明的目的在于提供一种基于碳配分工艺的一钢两用冷轧高强钢及其制造方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种基于碳配分工艺的一钢两用冷轧高强钢,一钢两用冷轧高强钢的化学成分按重量百分比计包括:C:0.20-0.30%,Si:1.5-2.5%,Mn:2.0-3.0%,Cr:0.2-0.4%,Nb:0.03-0.06%,Ti:0.02-0.10%,Al:0.02-0.40%,B:0.002-0.005%,S<0.015%,P<0.010%,余量为Fe及不可避免的夹杂物。
优选,该方法利用一种成分通过工艺控制完成TRIP780及QP980两个不同钢种类型及强度级别产品的生产,包括如下工艺流程:冶炼、热轧、冷轧、连续退火。
本发明另一方面还提供了一种基于碳配分工艺的一钢两用冷轧高强钢的生产方法,所述冶炼具体方法为:按化学成分C:0.20-0.30%,Si:1.5-2.5%,Mn:2.0-3.0%,Cr:0.2-0.4%,Nb:0.03-0.06%,Ti:0.02-0.10%,Al:0.02-0.40%,B:0.002-0.005%,S<0.015%,P<0.010%,余量为Fe及不可避免的夹杂物,进行转炉冶炼,并浇铸成钢坯。
优选,所述热轧具体方法为:将冶炼所得钢坯置于步进式加热炉中加热,在1220-1260℃保温2-2.5h,使合金元素基本固溶;钢坯出炉后进行高压水除鳞处理后,进入粗轧机轧制,开轧温度为1100-1180℃;粗轧后中间坯温度≥960℃,随后进入精轧机组经7个道次轧制,终轧温度为860-900℃;采用层流冷却后卷取,卷取温度为680-720℃,最终得到2.5-3.2mm厚的热轧钢板。
优选,所述冷轧压下率≥60%,采用高温低速酸洗工艺,酸液温度为85-90℃,酸洗速度为100-120m/min。
优选,所述连续退火工序选择两相区退火,退火过程中,依据强度级别及钢种类型要求,经30%高氢气氛选择快速冷却至贝氏体中温转变区或马氏体低温转变区,以获得不同强度级别所需的基体组织,在过时效段等温处理,通过采用等温工艺进行碳配分控制,以获得适当体积分数的残余奥氏体。
优选,生产钢种TRIP780时,快速冷却至贝氏体中温转变区,以等温工艺进行碳配分的连续退火工艺参数为:加热段(℃):800±5,保温段(℃):800±5;缓冷段(℃):680±5;快冷段(℃):420±5;过时效段(℃):420±5;终冷段(℃):150±5;连续退火速度(m/min):90±10。
生产钢种QP980时,快速冷却至马氏体低温转变区,以等温工艺进行碳配分的连续退火工艺参数为:加热段(℃):815±5;保温段(℃):815±5;缓冷段(℃):700±5;快冷段(℃):360±5;过时效段(℃):360±5;终冷段(℃):150±5;连续退火速度(m/min):130±10。
本发明的有益效果:
本发明以一种成分完成两种不同钢种类型不同强度级别冷轧高强钢的生产,简化炼钢和连铸的操作和管理;采用等温配分技术完成碳从贝氏体或者马氏体向奥氏体的扩散,最终稳定体积分数较高的残余奥氏体至室温,并通过两相区退火引入部分铁素体进一步增加材料的塑性,产品综合性能良好,达到国内先进钢铁企业性能水平;应用本发明的等温配分工艺对设备能力要求低,工艺易于控制,避免采用再升温工艺,降低吨钢成本100元左右;完成一钢两用的柔性化生产,有利于降低企业生产运营成本。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解,下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明TRIP780的金相组织图;显微组织为铁素体+贝氏体+残余奥氏体;
图2为本发明QP980的金相组织图;显微组织为铁素体+马氏体+残余奥氏体。
具体实施方式
实施例1
TRIP780钢种生产:
冶炼化学成分按照重量百分比计包括:0.20%C,1.6%Si,1.9%Mn,0.20%Cr,0.040%Nb,0.035%Ti,0.035%Al,0.0021%B,0.007%S,0.003%P。
热轧工艺:
加热温度为1230℃,保温2.2h;开轧温度为1150℃;粗轧后中间坯温度为990℃;终轧温度为890℃;卷取温度为710℃,最终得到3.2mm厚的热轧钢板。
冷轧工艺:
冷轧压下率为62.5%,轧制成目标规格为1.2mm,酸液温度为86℃,酸洗速度为110m/min。
通过快速冷却至贝氏体中温转变区,进行TRIP780生产的退火工艺为:
通过两相区保温结合缓冷,在快速冷却前使组织中铁素体与奥氏体体积分数分别控制在40%和60%左右,快速冷却至420℃进入贝氏体中温转变区,通过较低的带速使48%左右的奥氏体完成贝氏体相变,并在此温度下的贝氏体形成过程中,进行碳元素从贝氏体向奥氏体的配分,稳定残余奥氏体至室温的体积分数约12%左右,最终形成以贝氏体组织为基体,保证材料具备较高强度,残余奥氏体在变形过程中可以提供持续的TRIP效应,提高材料的强度及塑性,较高体积分数的铁素体在变形初期对均匀延伸率提供较大的贡献,并在拉伸过程中协调变形,进一步提高材料的塑性。
TRIP780产品的力学性能均值为:
实施例2
QP980钢种生产:
冶炼化学成分按照重量百分比计包括:0.22%C,1.8%Si,2.2%Mn,0.25%Cr,0.035%Nb,0.04%Ti,0.03%Al,0.0025%B,0.009%S,0.007%P。
热轧工艺:将钢坯置于步进式加热炉中加热,加热温度为1250℃,保温2.3h;开轧温度为1160℃;粗轧后中间坯温度为980℃;终轧温度为885℃;卷取温度为700℃,最终得到2.5mm厚的热轧钢板。
冷轧工艺:
冷轧压下率为60%,轧制成目标规格为1.0mm,酸液温度为88℃,酸洗速度为100m/min。
通过快速冷却至马氏体低温转变区,进行QP980生产的退火工艺为:
通过两相区保温结合缓冷,在快速冷却前使组织中铁素体与奥氏体体积分数分别控制在30%和70%左右,快速冷却至360℃形成体积分数约54%马氏体,同时在此温度下进行过时效处理实现碳配分,稳定残余奥氏体至室温的体积分数约16%左右,最终形成以马氏体组织为基体,保证材料具备超高强度,残余奥氏体在变形过程中可以提供持续的TRIP效应,提高材料的强度及塑性,较高体积分数的铁素体在变形初期对均匀延伸率提供较大的贡献,并在拉伸过程中协调变形,进一步提高材料的塑性。
QP980产品的力学性能均值为:
从力学性能均值可以看出,采用基于碳配分技术进行的一钢两用的制造,通过等温配分实现碳从贝氏体或者马氏体向奥氏体的扩散,实现残余奥氏体的稳定控制,材料综合性能良好。
基于碳配分技术的一钢两用冷轧高强钢适用于普通连退线生产,可利用一种成分通过工艺控制完成TRIP780及QP980两个不同钢种类型及强度级别产品的生产,生产过程中的关键工艺控制点,采用等温方式进行,易于控制可实现稳定生产,有效降低吨钢成本。结合两相区退火,最终产品性能水平良好,达到国内先进钢铁企业水平。
对比例1
表中为TRIP780和QP980的主要化学成分,化学成分虽然都采用C-Si-Mn成分设计,但主要元素差异较大。TRIP780为普通连退线生产采用等温碳配分工艺,而QP980利用具有“高温均热、高速冷却+淬火再提温”专用退火线生产。
可见,现有技术中先进钢铁企业对TRIP780和QP980的生产,均采用不同成分,对炼钢和连铸的操作和管理会造成额外成本的增加,且部分钢铁企业对于QP980的生产采用先淬火后利用感应加热进行升温的方式实现碳配分,吨钢能耗较大。本实施例1、2采用同一成分完成TRIP780及QP980两个不同钢种类型及强度级别产品的生产,且退火工艺过程中采用等温工艺进行碳配分控制,简化炼钢和连轧操作及管理,并有效降低碳配分过程中的能源消耗,有利于企业的降成本增效。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节,也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然,根据本说明书的内容,可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例,是为了更好地解释本发明的原理和实际应用,从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (8)

1.一种基于碳配分工艺的一钢两用冷轧高强钢,其特征在于,一钢两用冷轧高强钢的化学成分按重量百分比计包括:C:0.20-0.30%,Si:1.5-2.5%,Mn:2.0-3.0%,Cr:0.2-0.4%,Nb:0.03-0.06%,Ti:0.02-0.10%,Al:0.02-0.40%,B:0.002-0.005%,S<0.015%,P<0.010%,余量为Fe及不可避免的夹杂物。
2.一种基于碳配分工艺的一钢两用冷轧高强钢的制备方法,其特征在于,该方法利用一种成分通过工艺控制完成TRIP780及QP980两个不同钢种类型及强度级别产品的生产,包括如下工艺流程:冶炼、热轧、冷轧、连续退火。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述冶炼具体方法为:按化学成分C:0.20-0.30%,Si:1.5-2.5%,Mn:2.0-3.0%,Cr:0.2-0.4%,Nb:0.03-0.06%,Ti:0.02-0.10%,Al:0.02-0.40%,B:0.002-0.005%,S<0.015%,P<0.010%,余量为Fe及不可避免的夹杂物,进行转炉冶炼,并浇铸成钢坯。
4.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述热轧具体方法为:将冶炼所得钢坯置于步进式加热炉中加热,在1220-1260℃保温2-2.5h,使合金元素基本固溶;钢坯出炉后进行高压水除鳞处理后,进入粗轧机轧制,开轧温度为1100-1180℃;粗轧后中间坯温度≥960℃,随后进入精轧机组经7个道次轧制,终轧温度为860-900℃;采用层流冷却后卷取,卷取温度为680-720℃,最终得到2.5-3.2mm厚的热轧钢板。
5.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述冷轧压下率≥60%,采用高温低速酸洗工艺,酸液温度为85-90℃,酸洗速度为100-120m/min。
6.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述连续退火工序选择两相区退火,退火过程中,依据强度级别及钢种类型要求,经30%高氢气氛选择快速冷却至贝氏体中温转变区或马氏体低温转变区,以获得不同强度级别所需的基体组织,在过时效段等温处理,通过采用等温工艺进行碳配分控制,以获得适当体积分数的残余奥氏体。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,生产钢种TRIP780时,快速冷却至贝氏体中温转变区,以等温工艺进行碳配分的连续退火工艺参数为:加热段(℃):800±5,保温段(℃):800±5;缓冷段(℃):680±5;快冷段(℃):420±5;过时效段(℃):420±5;终冷段(℃):150±5;连续退火速度(m/min):90±10。
8.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,生产钢种QP980时,通过快速冷却至马氏体低温转变区,以等温工艺进行碳配分的连续退火工艺参数为:加热段(℃):815±5;保温段(℃):815±5;缓冷段(℃):700±5;快冷段(℃):360±5;过时效段(℃):360±5;终冷段(℃):150±5;连续退火速度(m/min):130±10。
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