CN110983198A - 一种合金化热镀锌双相钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了本发明实施例合金化热镀锌双相钢，包括以下重量百分比的化学成分：碳C：0.10％～0.15％，硅Si：0.2％～0.5％，锰Mn：2.5％～2.9％，全铝Alt：0.02％～0.05％，钛Ti：0.015％～0.03％，铌Nb：0.015％～0.03％，铬Cr：0.4％～0.6％，钼Mo：0.1％～0.3％，磷P≤0.01％，硫S≤0.01％，氮N≤0.004％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。本发明通过设计合理的合金成分体系，随之确定与之相匹配的合理工艺方法，获得了1180MPa级合金化热镀锌双相钢；本发明改善了合金化热镀锌双相钢的延伸率和弯曲性，使得其满足汽车零部件对加工性能的特殊要求。

Description

一种合金化热镀锌双相钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及冷轧热镀锌钢技术领域，尤其涉及一种合金化热镀锌双相钢及其制备方法。
背景技术
随着汽车向节能、环保、安全、舒适方向发展，车身在轻量化方向发展的同时，对耐蚀性能和抗冲撞性能的要求也越来越高。加上来自铝、镁、塑料等材料的竞争压力，迫使汽车用钢板向经过涂镀处理的高强化方向发展。
双相钢(DP，Dual Phase Steel)的显微组织由多边形铁素体和马氏体两相所构成，铁素体提供了钢的延性，马氏体则提供了强度和硬度。所述双相钢具有屈强比低、初始加工硬化速率高以及强度和延性匹配好等特点，已成为汽车用高强钢的首选材料之一。
为开发高强度合金化先进高强钢，在钢中添加了Si和Mn等元素，但这些元素容易发生氧化，在钢板热镀锌退火过程中,会优先氧化并容易造成不均匀的局部氧化，在钢板表面形成SiO2和Mn2SiO4等氧化物，从而影响钢板表面与镀锌层之间的粘着性，导致漏镀等问题。为了避免上述添加元素的不利影响，必须在保证强度要求的前提下尽量减少这些元素的添加量或者添加其他一些无害元素。另外，不同于连退工艺，在合金化镀锌工艺中，镀锌温度和合金化温度阻碍带钢的冷却过程，削减冷却速度，从而无法得到足量的马氏体相。
发明内容
针对现有技术中的上述缺陷，本发明的主要目的在于提供一种合金化热镀锌双相钢及其制备方法，在保证带钢具有优异弯曲性和延伸率的同时，提升带钢的抗拉强度。
一方面，本申请通过本申请的一实施例提供如下技术方案：
一种合金化热镀锌双相钢，包括以下重量百分比的化学成分：C：0.10％～0.15％，Si：0.2％～0.5％，Mn：2.5％～2.9％，Alt：0.02％～0.05％，Ti：0.015％～0.03％，Nb：0.015％～0.03％，Cr：0.4％～0.6％，Mo：0.1％～0.3％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.004％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
另一方面，本申请通过本申请的一实施例，提供如下技术方案：
一种如上述任一实施例所述合金化热镀锌双相钢的制备方法，包括如下步骤：钢水经过冶炼后获得板坯；所述冶炼过程中，终点目标化学成分的重量百分比分别为：C：0.10-0.15％，S≤0.01％，P≤0.01％；将所述板坯进行加热，再经过粗轧、精轧获得热轧板，然后将所述热轧板进行层流冷却，冷却后卷取成热轧卷；将所述热轧卷通过冷轧获得冷硬卷；将所述冷硬卷经过连续退火处理获得带钢；将所述带钢经平整后卷取得到成品。
在一个实施例中，所述板坯的加热温度为1220～1280℃；所述精轧的终轧温度为870～920℃；所述热轧卷的卷取温度为650～690℃。
在一个实施例中，所述冶炼过程中，转炉的终点目标温度为1650～1670℃；连浇的终点目标温度为1640～1660℃。
在一个实施例中，所述冶炼过程中，采用Al-Fe脱氧时，所述Al-Fe的加入量为3.5-4.5kg/t钢水。
在一个实施例中，所述冶炼过程中，依次调整Mn、Cr、Mo、Ti、Al、Si、Nb的含量。
在一个实施例中，所述冶炼过程在出钢过程中，加入渣料，出钢下渣量≤80mm，出钢时间≥4分钟。
在一个实施例中，所述冶炼过程在出钢过程中，加入渣料时，出钢前期就开始随钢流加入渣料，出钢量达到1/5前加入所有渣料，每炉200-800kg白灰、预熔渣0～1000kg、0-400kg萤石。
在一个实施例中，所述热轧卷通过冷轧时，冷轧压下率为50％～60％。
在一个实施例中，将所述冷硬卷经过连续退火处理，包括：将所述冷硬卷首先加热至200℃-220℃实现预热获得带钢，其加热速度8℃/s～12℃/s；将所述经过预热的带钢进一步加热到780℃～820℃，其加热速度为1.5℃/s～4℃/s；将所述经过进一步加热后的带钢在780℃～820℃温度范围内保温60s～100s；将所述经过保温后的带钢冷却至720℃～760℃，冷却速度约为8℃/s～12℃/s；将经过冷却至720℃～760℃的带钢经吹气快冷却至镀锌温度450℃～460℃，实施镀锌后经过气刀吹刮冷却至420～430℃；镀锌结束后加热到合金化温度480℃～530℃进行5～30s镀层合金化处理；经过气刀到顶辊之间的前端空冷配合后端风冷最后冷却至250～300℃，冷却速度约为6℃/s～9℃/s。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明提供的合金化热镀锌双相钢，通过添加低C和适量的Nb分散细化由高Mn添加带来的硬质带状硬质相，使得含有低C的马氏体相在最终微观组织中均匀分散，获得无带状组织的低碳均匀细化马氏体组织，减小硬质马氏体相和软质铁素体相之间的硬度差，同时通过优化合金化工艺使得发明钢具有硬度差异不大的均匀组成相，在延伸率得以保障的同时，使得弯曲性得以提升。同时添加高含量的Mn以提高双相钢的强度，并通过Ti析出强化进一步补充强度，进一步在高Mn基础上添加适当量的Cr和Mo组合元素提高淬透性，解决合金化镀锌产线中冷却速度削减带来的强度不足问题，使得最终得到的双相钢能够达到1180MPa以上。本申请在保证带钢具有优异弯曲性和延伸率的同时，提升了带钢的抗拉强度，并未以牺牲优异弯曲性和延伸率为手段提高带钢的抗拉强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明较佳实施例提供的一种合金化热镀锌双相钢；
图2为本发明实施例制备的合金化热镀锌双相钢的显微组织照片。
具体实施方式
本申请实施例通过提供一种合金化热镀锌双相钢及其制备方法，解决了现有热镀锌双相钢力学性能及制备方法上的缺陷。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本发明实施例合金化热镀锌双相钢，包括以下重量百分比的化学成分：
碳C：0.10％～0.15％，硅Si：0.2％～0.5％，锰Mn：2.5％～2.9％，全铝Alt：0.02％～0.05％，钛Ti：0.015％～0.03％，铌Nb：0.015％～0.03％，铬Cr：0.4％～0.6％，钼Mo：0.1％～0.3％，磷P≤0.01％，硫S≤0.01％，氮N≤0.004％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
图2为本发明实施例提供的1180MPa级合金化热镀锌双相钢的显微组织照片。为拍摄显微组织照片而进行的金相实验采用苦味酸偏重亚硫酸钠溶液浸蚀，其中，灰黑色为铁素体基体；亮白色为马氏体岛。
本发明实施例可通过常规连续退火生产产线制备得到合金化热镀锌双相钢，例如：包括如下步骤：
钢水经过冶炼后获得含有上述化学成分的板坯；
将所述板坯进行加热，再经过粗轧、精轧获得热轧板，然后将所述热轧板进行层流冷却，冷却后卷取成热轧卷；
将所述热轧卷通过冷轧获得冷硬卷；
将所述冷硬卷经过连续退火处理获得带钢；
将所述带钢经平整后卷取得到成品。
本发明实施例通过上述成分的配比设计以及选用相应的制备方法，且对方法中的参数进行调整，得到了具有高延伸率、良好弯曲性及超高抗拉强度的合金化热镀锌双相钢。
为了让本发明之上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数实施例，来说明本发明所述之合金化热镀锌双相钢及其制备方法。
如图1所示，本发明实施例提供的一种1180MPa级以上合金化热镀锌双相钢的方法，包括以下几个步骤：
步骤S1：将钢水通过冶炼后连铸获得板坯；所述冶炼过程中，转炉的终点目标温度为1650～1670℃，连浇的终点目标温度为1640～1660℃。在出钢过程中，加入渣料，具体是加入渣料白灰200～800kg，预熔渣0～1000kg，萤石0～400kg，出钢前期就开始随钢流加入渣料，出钢量达到1/5前加入所有渣料，出钢下渣量≤80mm，出钢时间≥4分钟。在精炼过程中，依次调整Mn、Cr、Mo、Ti、Al、Si、Nb含量，连铸过程保证保护浇注，预防钢水二次氧化。各实施例中板坯实际化学成分如表1所示。
表1化学成分(wt％)
Figure BDA0002318824840000051
步骤S2：将所述板坯进行加热，再经过粗轧、精轧获得热轧板，然后将所述热轧板进行层流冷却，冷却后卷取成热轧卷；所述板坯的加热温度为1220～1280℃；所述精轧的终轧温度为870～920℃；所述热轧板卷取温度为650～670℃。其中，采用高温终轧与高温卷取，使得热轧板的组织为尺寸粗大的多边形铁素体晶粒与发育充分的珠光体，该显微组织具有相对低的屈服强度。这使得在冷轧变形时轧制力减小，有利于进行冷轧工序。
步骤S3：将所述热轧卷通过冷轧获得冷硬卷；所述热轧卷通过冷轧时，冷轧压下率为50％～60％，以利于冷轧工艺的进行。
步骤S4：将所述冷硬卷经过连续退火处理获得带钢。
步骤S5：将所述带钢经平整后卷取成成品。
其中，步骤S4将所述冷硬卷经过连续退火处理获得带钢包括：
步骤S41：将所述冷硬卷首先加热至200℃-220℃实现预热获得带钢，其加热速度8℃/s～12℃/s；该过程中，冷变形的铁素体发生回复。
步骤S42：将所述经过预热的带钢进一步加热到780℃～820℃，其加热速度为1.5℃/s～4℃/s；该过程实现冷轧铁素体组织的再结晶，并且珠光体先转变为奥氏体并向铁素体长大。
步骤S43：将所述经过进一步加热后的带钢在780℃～820℃温度范围内保温60s～100s，该过程实现部分奥氏体化，铁素体中的C、Mn元素向奥氏体中转移并在奥氏体中均化。
步骤S44：将所述经过保温后的带钢冷却至720℃～760℃，冷却速度约为8℃/s～12℃/s；该过程使得奥氏体部分转移为铁素体，C、Mn等元素进一步向奥氏体中聚集。
步骤S45：将经过冷却至720℃～760℃的带钢经吹气快冷却至镀锌温度450℃～460℃，实施镀锌后经过气刀吹刮冷却至420～430℃；该过程中，尽量减少带钢在均衡段，炉鼻子和锌锅中的逗留时间，避免在高温下部分奥氏体分解。
步骤S46：镀锌结束后加热到合金化温度480℃～530℃进行5～30s镀层合金化处理；
步骤S47：经过气刀到顶辊之间的前端空冷配合后端风冷最后冷却至250～300℃，冷却速度约为6℃/s～9℃/s；该过程中，奥氏体相转变为马氏体相。本发明各实施例步骤S2和S3中的工艺参数具体如表2所示。
表2
Figure BDA0002318824840000071
本发明各实施例退火处理中的工艺参数具体如表3所示。
表3
Figure BDA0002318824840000072
Figure BDA0002318824840000081
将本发明实施例提供的合金化热镀锌双相钢的力学性能和传统热镀锌双相钢的标准力学性能进行对比，结果如表4所示。
Rp0.2表示试样标距部分的非比例伸长达到原始标距0.2％时的应力；拉伸实验标准是GB/T228-2002。
表4
Figure BDA0002318824840000082
从表4可以看出，除了实施例6，本发明实施例提供的合金化镀锌双相钢的力学性能都满足标准，即屈服强度Rp0.2的范围是840-950MPa，达到传统钢标准≥820MPa；抗拉强度Rm达到1180MPa以上，延伸率A80≥3％。实施例5因添加过量Nb导致延伸率受损，而实施例6因无添加Nb导致不均匀硬质带状组织，使得抗拉强度和延伸率降低。
上述本申请实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：
本发明提供的合金化热镀锌双相钢，通过添加低C和适量的Nb分散细化由高Mn添加带来的硬质带状硬质相，使得含有低C的马氏体相在最终微观组织中均匀分散，获得无带状组织的低碳均匀细化马氏体组织，减小硬质马氏体相和软质铁素体相之间的硬度差，同时通过优化合金化工艺使得发明钢具有硬度差异不大的均匀组成相，在延伸率得以保障的同时，使得弯曲性得以提升。同时添加高含量的Mn以提高双相钢的强度，并通过Ti析出强化进一步补充强度，进一步在高Mn基础上添加适当量的Cr和Mo组合元素提高淬透性，解决合金化镀锌产线中冷却速度削减带来的强度不足问题，使得最终得到的双相钢能够达到1180MPa以上。本申请在保证带钢具有优异弯曲性和延伸率的同时，提升了带钢的抗拉强度，使得满足汽车零部件对加工性能的特殊要求。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种合金化热镀锌双相钢，其特征在于，包括以下重量百分比的化学成分：
C：0.10％～0.15％，Si：0.2％～0.5％，Mn：2.5％～2.9％，Alt：0.02％～0.05％，Ti：0.015％～0.03％，Nb：0.015％～0.03％，Cr：0.4％～0.6％，Mo：0.1％～0.3％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.004％，余量为Fe和不可避免的杂质元素。
2.如权利要求1所述合金化热镀锌双相钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
钢水经过冶炼后获得板坯；所述冶炼过程中，终点目标化学成分的重量百分比分别为：C：0.10～0.15％，S≤0.01％，P≤0.01％；
将所述板坯进行加热，再经过粗轧、精轧获得热轧板，然后将所述热轧板进行层流冷却，冷却后卷取成热轧卷；
将所述热轧卷通过冷轧获得冷硬卷；
将所述冷硬卷经过连续退火处理获得带钢；
将所述带钢经平整后卷取得到成品。
3.如权利要求2所述合金化热镀锌双相钢的制备方法，其特征在于，所述板坯的加热温度为1220～1280℃；所述精轧的终轧温度为870～920℃；所述热轧卷的卷取温度为650～690℃。
4.如权利要求2所述合金化热镀锌双相钢的制备方法，其特征在于，所述冶炼过程中，转炉的终点目标温度为1650～1670℃；连浇的终点目标温度为1640～1660℃。
5.如权利要求2所述合金化热镀锌双相钢的制备方法，其特征在于，所述冶炼过程中，采用Al-Fe脱氧时，所述Al-Fe的加入量为3.5-4.5kg/t钢水。
6.如权利要求2所述合金化热镀锌双相钢的制备方法，其特征在于，所述冶炼过程中，依次调整Mn、Cr、Mo、Ti、Al、Si、Nb的含量。
7.如权利要求2所述合金化热镀锌双相钢的制备方法，其特征在于，所述冶炼过程在出钢过程中，加入渣料，出钢下渣量≤80mm，出钢时间≥4分钟。
8.如权利要求7所述合金化热镀锌双相钢的制备方法，其特征在于，所述冶炼过程在出钢过程中，加入渣料时，出钢前期就开始随钢流加入渣料，出钢量达到1/5前加入所有渣料，每炉200-800kg白灰、预熔渣0～1000kg、0-400kg萤石。
9.如权利要求2所述合金化热镀锌双相钢的制备方法，其特征在于，所述热轧卷通过冷轧时，冷轧压下率为50％～60％。
10.根据权利要求2所述合金化热镀锌双相钢的制备方法，其特征在于，将所述冷硬卷经过连续退火处理，包括：
将所述冷硬卷首先加热至200℃-220℃实现预热获得带钢，其加热速度8℃/s～12℃/s；
将所述经过预热的带钢进一步加热到780℃～820℃，其加热速度为1.5℃/s～4℃/s；
将所述经过进一步加热后的带钢在780℃～820℃温度范围内保温60s～100s；
将所述经过保温后的带钢冷却至720℃～760℃，冷却速度约为8℃/s～12℃/s；
将经过冷却至720℃～760℃的带钢经吹气快冷却至镀锌温度450℃～460℃，实施镀锌后经过气刀吹刮冷却至420～430℃；
镀锌结束后加热到合金化温度480℃～530℃进行5～30s镀层合金化处理；
经过气刀到顶辊之间的前端空冷配合后端风冷最后冷却至250～300℃，冷却速度约为6℃/s～9℃/s。
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