CN110964969A - 一种高强度热镀锌淬火配分钢及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于热镀锌淬火配分钢领域，涉及一种高强度热镀锌淬火配分钢及其生产方法。按重量百分比计，由以下成分组成：C：0.10‑0.20；Si：1.5‑2.5；Mn：2.5‑3.5；P：≤0.025；S：≤0.025；Nb：0.05‑0.08；Mo：0.5‑1.5；Al＜0.6，其余为Fe和不可避免的杂质。经过该方法生产的热镀锌淬火配分钢兼具高强度及高延伸率，可成形复杂零部件满足汽车轻量化的需求。

Description

一种高强度热镀锌淬火配分钢及其生产方法
技术领域
本发明属于热镀锌淬火配分钢领域，涉及一种高强度热镀锌淬火配分钢及其生产方法。
背景技术
近几十年来，为减少能源消耗，节约原材料以及保护环境，第三代先进高强钢一直是钢铁企业研发的重点。在降低总重量的同时保证安全性和碰撞性来提高车辆燃料经济性等新要求的驱动下，已经开发出能够实现所需微观组织和性能的淬火配分钢。热镀锌淬火配分钢将优良的力学性能和镀锌产品良好的耐蚀性能有机地结合起来，具有广泛的市场前景。
目前的热镀锌机组基本上均配置有一个缓冷段和快冷段，受限于设备能力仅能完成一次淬火处理，同时在连续生产过程中，为保证生产效率工艺速度较快，且带钢浸入锌锅的深度有限，带钢出入锌锅的时间不超过1s，在此时间内，不可能有效的完成碳从马氏体向奥氏体的配分，最终得到的残余奥氏体极少，延伸率较低，无法满足汽车零件的冲压要求。
冷成形高强钢面临热成形钢的激烈竞争，如何进一步提高强度同时保证良好的塑韧性、焊接性以及表面质量等综合性能，已经成为汽车用材轻量化、低成本化的迫切需求。淬火配分钢因其优异的强塑性能和适合工业化的技术特点备受瞩目，应用在汽车中有利于提高汽车碰撞安全性，可满足目前新开发车型中成形复杂零件对高强度钢的制造要求，目前被汽车企业广泛应用加工汽车A柱铰链板、前后防撞梁等对钢材强度要求极高的部件。通过减薄零件厚度，减少燃油损耗，有效实现节能减耗，符合国家倡导的节能环保用钢发展方向。据相关资料显示，同样性能的汽车结构部件，使用淬火配分钢可减薄28％，但强度却提升2倍左右，整车减重可达1/4左右。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足和缺陷，提供一种热镀锌淬火配分钢及其生产方法，经过方法生产的热镀锌淬火配分钢兼具高强度及高延伸率，可成形复杂零部件满足汽车轻量化的需求。
本发明一方面提供了一种热镀锌淬火配分钢，按重量百分比计，由以下成分组成：C：0.10-0.20；Si：1.5-2.5；Mn：2.5-3.5；P：≤0.025；S：≤0.025；Nb：0.05-0.08；Mo：0.5-1.5；Al＜0.6，其余为Fe和不可避免的杂质。
优先地，所述高强度热镀锌淬火配分钢的屈服强度600-800MPa，抗拉强度≥1000MPa，延伸率18-23％。
本发明另一方面还提供了一种热镀锌淬火配分钢的生产方法，按重量百分比计，由以下成分组成：C：0.10-0.20；Si：1.5-2.5；Mn：2.5-3.5；P：≤0.025；S：≤0.025；Nb：0.05-0.08；Mo：0.5-1.5；Al＜0.6，其余为Fe和不可避免的杂质，带钢在两相区退火后经缓冷及快冷最终淬火至300-350℃，然后在热镀锌机组的均衡段进行一步配分处理，配分时间为20-40s，此过程中完成碳向未转变奥氏体的富集，之后利用进入锌锅之前的感应加热器超快速加热至455-465℃进入锌锅完成热镀锌，依次包括如下步骤：冶炼→连铸→热轧→酸洗、冷连轧→连续退火、热镀锌。
所述冶炼过程中钢包Alt按0.005-0.020％控制；钢包N≤40ppm；脱S结束后进行铌合金化，采用硅钙线钙处理，铁加入后软吹氩15-20min；严格避免钢液裸露；合金化顺序为Si-Mn-Mo-Nb，Al随造渣过程加入。
所述连铸工艺采用独立浇次，全程进行保护浇注，开浇前采用氩气吹扫中包，浇注过程无钢液裸露；采用高碱度中包渣；浇钢过程投入软压下功能；浇钢过程保持恒拉速；中包过热度按15-25℃控制。
所述热轧工序中，钢坯经过蓄热式加热炉加热至1250-1300℃，在炉时间为3-4h，出炉温度为1200-1250℃；粗轧机组开轧温度1140-1180℃；精轧入口温度≥980℃，精轧出口温度为870-900℃；根据带钢表面的实际情况，投入精轧机组中的前两个精轧机F1、F2机后除鳞装置，除去鱼鳞状的氧化铁皮；层流冷却采用三段式冷却，带钢出精轧机组后开启第一组层流水冷却，冷却到700-720℃后，进行空冷10-15s，之后开启第二段层流冷却水冷却至550-580℃进行卷取。
层流冷却属于热轧工序，目的是使精轧出口的带钢温度降低到卷取目标温度，也就是从870-900℃降低到550-580℃；
酸洗工艺中酸洗温度为75-85℃，酸洗速度100-130m/min，冷轧压下率控制在≥55％。
所述连续退火的工艺参数如下：加热段(℃)：820±10；均热段(℃)：820±10；缓冷段(℃)：710±10；快冷段(℃)：330±10；均衡段(℃)：330±10；感应加热器/锌锅(℃)：460±5；工艺速度(m/min)：85±5。
快冷段控制高氢气氛，氢气含量≥20％，均衡段开启边部保温功能，保证带钢横向温度差异小于2℃，实现碳在均衡段的均匀稳定配分。
连续热镀锌机组的炉体部分包括加热段、保温段、缓冷段、快冷段及均衡段。
快冷段、均衡段属于连续热镀锌机组工艺段，结合工艺速度以实现在不同工艺段，不同时间及温度的控制。
所述热镀锌工艺中，感应加热器出口温度设定为与锌锅温度一致。
本发明的有益效果：
本发明的一种高强度热镀锌淬火配分钢，化学成分的合理及精确的设计及窄成分的合理控制、成分的稳定性，有利于最终钢及组织性能的稳定控制。低碳设计提高焊接性能；高锰设计在增加淬透性提高强度的同时有效提高残余奥氏体的稳定性，使最终的强度及塑性得到改善；添加铌元素，细化原始奥氏体晶粒，使得在退火过程中碳从马氏体向奥氏体配分的有效距离缩短，提高碳配分效率；添加钼有效改善马氏体形态，增加其变形协调能力，有利于延性的提高。
本发明的一种高强度热镀锌淬火配分钢的制备方法，具有以下优势：
(1)两相区退火引入提高延性的铁素体；(2)利用均衡段实现一步淬火配分工艺，原始奥氏体的细化有利于碳配分效率的提高；(3)通过感应加热器超快速升温至锌锅温度完成镀锌，最终实现多相组织，有利于协调变形，在获得高强度的同时兼具良好的延伸率。
通过采用以上工艺，通过一步配分工艺即可完成及高延伸率的热镀锌淬火配分钢生产；细小的组织有利于碳配分效率的提高，且均衡段处理时间较长，可以实现碳的完全配分，避免采用锌锅配分方式因为配分时间极短，存在工艺速度波动而造成的配分时间少且波动大的问题，影响最终产品的残余奥氏体含量，导致延伸率偏低。本生产方法制备的淬火配分钢将优良的力学性能和镀锌产品良好的耐蚀性能有机地结合起来，具有广泛的市场前景。
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为本发明的退火工艺曲线示意图；
图2为本发明热镀锌淬火配分钢的组织形貌图。
具体实施方式
热镀锌淬火配分钢，按重量百分比含量，控制钢板的化学成分为：C：0.10-0.20；Si：1.5-2.5；Mn：2.5-3.5；P：≤0.025；S：≤0.025；Nb：0.05-0.08；Mo：0.5-1.5；Al＜0.6，其余为Fe和不可避免的杂质。
包括采用如下的工艺流程：
冶炼→连铸→热轧→酸洗、冷连轧→连续退火、热镀锌。
其中，连续退火工艺参数如下表所示：
Figure BDA0002290741980000051
冶炼过程中钢包Alt按0.005-0.020％控制；钢包N≤40ppm；脱S结束后进行铌合金化，采用硅钙线钙处理，铁加入后软吹氩15-20min；严格避免钢液裸露；合金化顺序为Si-Mn-Mo-Nb，Al随造渣过程加入。
连铸工艺采用独立浇次，避免因为混浇而造成的成分异常波动，全程进行保护浇注，开浇前采用氩气吹扫中包，浇注过程做到无钢液裸露；采用高碱度中包渣，以便钢中夹杂物的去除；浇钢过程投入软压下功能；浇钢过程保持恒拉速；中包过热度按15-25℃控制。
热轧工序中钢坯经过蓄热式加热炉加热至1250-1300℃，在炉时间为3-4h，出炉温度为1200-1250℃。粗轧机组开轧温度1140-1180℃；精轧入口温度≥980℃，精轧出口温度为870-900℃。根据带钢表面的实际情况，投入精轧机组中的前两个精轧机F1、F2机后除鳞。层流冷却采用三段式冷却，带钢出精轧机组后开启第一组层流水冷却，冷却到700-720℃后，进行空冷10-15s，之后开启第二段层流冷却水冷却至550-580℃进行卷取。
酸洗工艺中酸洗温度为75-85℃，酸洗速度100-130m/min。
冷轧压下率控制在≥55％，对于达不到压下率的部分规格产品尽可能采用最大压下率。
快冷段控制高氢气氛，氢气要求含量≥20％，使带钢在一定工艺速度下实现目标快冷温度。
均衡段开启边部保温功能，保证带钢横向温度差异小于2℃，实现碳在均衡段的均匀稳定配分。
感应加热器出口温度设定为与锌锅温度一致，避免因为锌锅温度波动造成带钢表面质量问题。
如图1所示为退火工艺曲线示意图：图中QT为淬火温度；PT为配分温度；Pt为配分时间。生产过程中依厚度及宽度规格会适当调整带速，部分工艺段的处理时间及冷却速度略有差异；工艺关键控制点为一步配分工艺条件下的淬火配分温度，带钢经感应加热器加热并进入锌锅过程极短，在1s左右，此时间内只会轻微导致残余奥氏体的分解及马氏体的回火，对性能的影响可以忽略不计。
如图2所示应用本方法得到的产品的组织形貌图；采用两相区退火结合一步配分工艺，组织细小弥散，横纵向差异不明显。铁素体呈等轴状分布，马氏体呈岛状，有利于拉伸过程中的协调变形，残余奥氏体呈块状或者膜状分布于晶界或马氏体板条之间。组织中铁素体约占50％，马氏体约占30％，残余奥氏体约占15％，其余为贝氏体及少量的回火马氏体。
实施例1：
郑州某用户
本实施例中高强度热镀锌淬火配分钢的具体成分如下(质量分数，％)：
C：0.15；Si：1.8；Mn：3.2；P：0.013；S：0.005；Nb：0.07；Mo：1.2；Al：0.039。
成品厚度规格为1.4mm，本发明的具体热轧、冷轧及退火工艺如下：
1、热轧工艺：
加热温度1260℃，在炉时间为4h，出炉温度为1220℃；粗轧机组开轧温度1150℃；精轧入口温度990℃，精轧出口温度为880℃，卷取温度为560℃，热轧最终厚度规格为3.2mm。
2、冷轧工艺：
冷轧最终规格为1.4mm，满足压下率≥55％要求。
3、连续退火工艺如下表所示：
Figure BDA0002290741980000071
4、产品性能：
屈服强度为730MPa，抗拉强度为1105MPa，延伸率为21％。
实施例2：
上海某用户
本实施例中高强度热镀锌淬火配分钢的具体成分如下(质量分数，％)：
C：0.17；Si：1.6；Mn：3.0；P：0.010；S：0.008；Nb：0.07；Mo：1.3；Al：0.041。
成品厚度规格为1.2mm，本发明的具体热轧、冷轧及退火工艺如下：
1、热轧工艺：
加热温度1280℃，在炉时间为3.5h，出炉温度为1240℃；粗轧机组开轧温度1160℃；精轧入口温度1000℃，精轧出口温度为890℃，卷取温度为560℃，热轧最终厚度规格为3.0mm；
2、冷轧工艺：
冷轧最终规格为1.2mm，满足压下率≥55％要求；
3、连续退火工艺如下表所示：
Figure BDA0002290741980000081
4、产品性能：
屈服强度为685MPa，抗拉强度为1094MPa，延伸率为22.5％。
高强度热镀锌淬火配分钢的用户主要集中在郑州、广州及上海。主要应用于形状较为复杂的汽车安全件和结构件，如A、B柱加强板，车门铰链加强板等。通过减薄零件厚度，减少燃油损耗，有效实现节能减耗，符合国家倡导的节能环保用钢发展方向。据相关资料显示，同样性能的汽车结构部件，使用淬火配分钢可减薄28％，但强度却提升2倍左右，整车减重可达1/4左右。
对比例1
镀锌淬火配分钢的组织为铁素体+马氏体+残余奥氏体，其中残余奥氏体的含量在5-10％之间，对于980MPa级镀锌淬火配分钢，断后伸长率有两种，牌号HC600/980QPD+Z，标距A50断后伸长率≥15，牌号HC600/980QP-ELD+Z，标距A50断后伸长率≥20，此处仅与牌号HC600/980QPD+Z的产品进行对比，此产品实物水平延伸率均值在18左右，以此为准推断本产品断后伸长率增加3-5％,对于残余奥氏体分数的提高为基于断后伸长率的推测。可见本专利的高强度热镀锌淬火配分钢，具有典型组织和力学性能表现优异，通卷性能波动小，抗回火稳定性强，显微组织中残奥体积分数提高4％-8％，断后延伸率增加3％-5％，同时有高强度和良好塑性性能，有助于实现局部特征复杂的难成形零件和具有等截面特征零件的稳定制备。本专利的高强度热镀锌淬火配分钢的成分、组织特征和使用性能最接近现有成熟产品，最具易用性等优点。基于材料技术的积累和未来汽车用钢发展趋势，其优越的性能可以应对汽车用高强钢的更高需求。
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 (10)

1.一种高强度热镀锌淬火配分钢，其特征在于，按重量百分比计，由以下成分组成：C：0.10-0.20；Si：1.5-2.5；Mn：2.5-3.5；P：≤0.025；S：≤0.025；Nb：0.05-0.08；Mo：0.5-1.5；Al＜0.6，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种高强度热镀锌淬火配分钢，其特征在于，所述高强度热镀锌淬火配分钢的屈服强度600-800MPa，抗拉强度≥1000MPa，延伸率18-23％。
3.一种高强度热镀锌淬火配分钢的生产方法，其特征在于，按重量百分比计，由以下成分组成：C：0.10-0.20；Si：1.5-2.5；Mn：2.5-3.5；P：≤0.025；S：≤0.025；Nb：0.05-0.08；Mo：0.5-1.5；Al＜0.6，其余为Fe和不可避免的杂质，带钢在两相区退火后经缓冷及快冷最终淬火至300-350℃，然后在热镀锌机组的均衡段进行一步配分处理，配分时间为20-40s，此过程中完成碳向未转变奥氏体的富集，之后利用进入锌锅之前的感应加热器超快速加热至455-465℃进入锌锅完成热镀锌，依次包括如下步骤：冶炼→连铸→热轧→酸洗、冷连轧→连续退火、热镀锌。
4.根据权利要求3所述的一种高强度热镀锌淬火配分钢的生产方法，其特征在于，所述冶炼过程中钢包Alt按0.005-0.020％控制；钢包N≤40ppm；脱S结束后进行铌合金化，采用硅钙线钙处理，铁加入后软吹氩15-20min；严格避免钢液裸露；合金化顺序为Si-Mn-Mo-Nb，Al随造渣过程加入。
5.根据权利要求3所述的一种高强度热镀锌淬火配分钢的生产方法，其特征在于，所述连铸工艺采用独立浇次，全程进行保护浇注，开浇前采用氩气吹扫中包，浇注过程无钢液裸露；采用高碱度中包渣；浇钢过程投入软压下功能；浇钢过程保持恒拉速；中包过热度按15-25℃控制。
6.根据权利要求3所述的一种高强度热镀锌淬火配分钢的生产方法，其特征在于，所述热轧工序中，钢坯经过蓄热式加热炉加热至1250-1300℃，在炉时间为3-4h，出炉温度为1200-1250℃；粗轧机组开轧温度1140-1180℃；精轧入口温度≥980℃，精轧出口温度为870-900℃；根据带钢表面的实际情况，投入精轧机组中的前两个精轧机F1、F2机后除鳞装置，除去鱼鳞状的氧化铁皮；层流冷却采用三段式冷却，带钢出精轧机组后开启第一组层流水冷却，冷却到700-720℃后，进行空冷10-15s，之后开启第二段层流冷却水冷却至550-580℃进行卷取。
7.根据权利要求3所述的一种高强度热镀锌淬火配分钢的生产方法，其特征在于，酸洗工艺中酸洗温度为75-85℃，酸洗速度100-130m/min，冷轧压下率控制在≥55％。
8.根据权利要求3所述的一种高强度热镀锌淬火配分钢的生产方法，其特征在于，所述连续退火的工艺参数如下：加热段(℃)：820±10；均热段(℃)：820±10；缓冷段(℃)：710±10；快冷段(℃)：330±10；均衡段(℃)：330±10；感应加热器/锌锅(℃)：460±5；工艺速度(m/min)：85±5。
9.根据权利要求8所述的一种高强度热镀锌淬火配分钢的生产方法，其特征在于，快冷段控制高氢气氛，氢气含量≥20％，均衡段开启边部保温功能，保证带钢横向温度差异小于2℃，实现碳在均衡段的均匀稳定配分。
10.根据权利要求3所述的一种高强度热镀锌淬火配分钢的生产方法，其特征在于，所述热镀锌工艺中，感应加热器出口温度设定为与锌锅温度一致。
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