CN111020367B - 一种冷轧高强轻质钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种冷轧高强轻质钢及其制备方法。钢中含有，C：0.3％～0.6％，Si：0.1％～0.3％，Mn：1.0％～4.0％，P：0.09％～0.18％，S≤0.03％，Al：3.0％～6.0％，B：0.0004％～0.0012％，其余为Fe和不可避免的杂质。开轧温度1000～1150℃，终轧温度850～1000℃，冷却方式采用层流冷却方式，卷取温度500～700℃；冷轧压下率40％～80％；连续退火温度800～900℃，退火时间120～400s，冷却速率15～60℃/s，冷却温度20～200℃，回火温度200～350℃，回火时间300～800s，最后以10～30℃/s冷却速率冷却到室温。成品钢板的抗拉强度大于980MPa，延伸率大于12％，密度为(7.30～7.55)×103kg/m3。

Description

一种冷轧高强轻质钢及其制备方法
技术领域
本发明属于汽车用钢制造领域，特别涉及一种980MPa以上冷轧高强轻质钢。
背景技术
当前，汽车工业的发展趋势是节能、减重、环保和提高安全性，高强汽车用钢的使用能够满足汽车工业的减重和提高安全性的需要。然而，目前开发的高强汽车用钢由于密度高，降低了汽车的减重效果。因此开发出具有高强塑性的轻质相变诱导塑性钢吸引了各大钢铁公司和汽车厂家的关注。
专利CN103370434B公布了一种具有高的屈强比和延性的奥氏体型轻质高强度钢板，其采用高锰的成分设计，锰含量达到10％～15％，导致合金成本较高，应用受到限制。
专利CN106086658B公布了一种高强度中碳含铬低锰轻质钢及制备方法，其采用低锰和中碳的成分设计，其抗拉强度只达到780MPa级，无法满足汽车厂家对更高强度冷轧轻质钢的要求。
专利CN106498307B公布了一种780MPa级冷加工性能良好的高强高韧轻质钢及其制造方法，其抗拉强度只达到780MPa级，难以满足汽车厂家对超高强度冷轧轻质钢的要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术所存在的上述各种缺陷，提供一种高碳-高铝-低硅-含磷冷轧高强轻质钢及其制备方法。
具体的技术方案是：
本发明提供一种冷轧高强轻质钢及其制备方法，其化学成分以质量百分比计为：C：0.3％～0.6％，Si：0.1％～0.3％，Mn：1.0％～4.0％，P：0.09％～0.18％，S≤0.03％，Al：3.0％～6.0％，B：0.0004％～0.0012％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明合金设计的理由如下：
C：C元素是在钢中主要起到固溶强化的作用。提高铁素体、马氏体的强度。成本最低、稳定效果最好的奥氏体稳定元素，同时具有良好的固溶强化效果。C元素含量过低，会降低钢的强度；C元素含量过高，容易在晶界处析出渗碳体，降低钢的塑性。因此，本发明C元素含量的范围为0.3％～0.6％。
Mn：Mn元素在钢中起到固溶强化和稳定奥氏体的作用。Mn元素含量过低，会降低钢板的强度；Mn元素含量过高，会导致钢板强度过高，伸长率下降。因此，本发明Mn元素含量的范围为1.0％～4.0％。
Si：Si元素主要起到脱氧的作用，降低钢中氧化物夹杂，Si元素含量过高会恶化钢板表面质量，因此本发明将Si含量控制在0.1％～0.3％。
Al：Al元素在钢中起到降低钢板密度、抑制渗碳体析出、增加钢中铁素体含量、提高钢板伸长率和成形性能以及提高钢板焊接性的作用。Al元素含量过低，会导致轻质效果不明显和伸长率和；Al元素含量过高，会导致生产困难，因此，本发明将Al含量控制在3.0％～6.0％。
P：P元素在钢中一方面起到强化的作用，主要强化钢中的铁素体组织，提高钢板的整体抗拉强度，另一方面起到抑制渗碳体析出，增加钢中残余奥氏体含量的作用。本发明将P含量控制在0.09％～0.18％。
S：S元素是钢中的有害元素，其含量越低越好，考虑到成本，本发明将S含量控制在S≤0.03％。
B：B元素主要是抑制P元素在晶界上偏析，使P元素以固溶方式存在晶粒内部，同时起到抑制晶界形核，提高钢板淬透性，从而提高钢板强度的作用。本发明将B含量控制在0.0004％～0.0012％。
一种冷轧高强轻质钢及其制备方法包括以下步骤：转炉冶炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧、连续退火。该制备工艺的具体步骤如下：
采用转炉冶炼的方法进行，得到钢液的化学成分以质量百分比计为：C：0.3％～0.6％，Si：0.1％～0.3％，Mn：1.0％～4.0％，P：0.09％～0.18％，S≤0.03％，Al：3.0％～6.0％，B：0.0004％～0.0012％，余量为Fe和不可避免的杂质。
连铸过程采用常规的连铸机进行连铸，得到连铸坯。
热轧工序为：开轧温度在1000～1150℃，终轧温度在850～1000℃，冷却方式采用层流冷却方式，卷取温度在500～700℃之间。
酸洗工序为：采用常规的酸洗方法，主要目的是去除热轧钢板表面的氧化物。
冷轧工序为：冷轧压下率为40％～80％。
连续退火工序：退火温度在800～900℃之间，退火时间在120～400s之间，快速冷却，快速冷却速率在15～60℃/s之间，冷却温度在20～200℃之间，快速冷却后进行回火处理，回火温度在200～350℃，回火时间在300～800s之间，最后以10～30℃/s冷却速率冷却到室温。
工艺参数设计思路如下：
开轧温度：保证钢卷在高温区轧制，避免轧制过程中发生边裂，开轧的优选温度区间为：1000～1150℃。
终轧温度：保证钢卷在高温区轧制，避免轧制过程中发生边裂，终轧的优选温度区间为：850～1000℃。
冷却方式：层流冷却，保证钢卷板型均匀。
卷取温度：保证钢卷在较高的温度下完成卷取，使钢卷强度在一个合适的区间，保证冷轧顺利进行。
冷轧压下率：冷轧压下率为40％～80％，有利于钢卷组织细化。
退火温度：保证钢卷完全退火，得到合适的铁素体和奥氏体两相比例，保证钢板的最终组织中各相比例。退火温度优选范围是800～900℃之间。
退火时间：保证钢卷能够完全退火，钢卷的各部分温度均匀，得到合适的铁素体和奥氏体两相比例。退火时间优选范围是120～400s之间。
快速冷却速率：快速冷却是为了保证钢板在冷却过程中避开珠光体和贝氏体区，得到最终的马氏体组织，因此快速冷却速率优选范围是25～60℃/s之间。
冷却温度：保证钢中得到合适比例的马氏体组织，冷却温度过高，会导致钢中马氏体的强度偏低，无法保证钢板的强度，因此冷却温度优选范围是20～200℃之间。
回火温度：保证钢中马氏体中的C原子向残余奥氏体中扩散，得到合适数量的奥氏体组织。温度过低会使扩散难以完成，温度过高会降低钢板的强度，因此回火温度优选范围是200～350℃之间。
回火时间：保证钢中马氏体中的C原子有足够的时间向残余奥氏体中扩散，得到合适数量的奥氏体组织。时间过短会使扩散难以完成，时间过长会降低钢板的强度，因此回火时间优选范围是300～800s之间。
通过上述方法可以得到抗拉强度大于980MPa，延伸率大于12％，密度为7.30×103～7.55×103kg/m3的冷轧高强轻质钢。其组织结构为铁素体+马氏体+奥氏体组织，其中按体积百分比计，铁素体含量为30％～65％，马氏体含量20％～45％，奥氏体含量在15％～30％。
有益效果：
本发明同现有技术相比，有益效果如下：
本发明采用转炉冶炼-连铸连轧-酸洗冷轧-连续退火的生产工艺，在传统的产线上生产抗拉强度大于980MPa，伸长率大于12％，密度降低4％～7％的冷轧高强轻质钢，钢中铁素体含量为30％～65％，马氏体含量20％～45％，奥氏体含量15％～30％，具有高表面质量、轻质、高强、高成形性能、高焊接性能的特点。
具体实施方式
以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。
表1为本发明实施例钢的化学成分；表2为本发明实施例钢的轧制方法；表3为本发明实施例钢的冷轧和退火工艺；表4为本发明实施例钢的力学性能。
表1本发明实施例钢板的化学成分 wt％
实施例 钢号 C Si Mn P S Al B
1 A1 0.31 0.22 3.9 0.08 0.008 3.8 0.0006
2 A2 0.34 0.11 3.2 0.09 0.012 3.7 0.0008
3 A3 0.38 0.18 3.7 0.16 0.009 3.6 0.0010
4 A4 0.41 0.13 2.2 0.13 0.015 4.5 0.0012
5 A5 0.44 0.26 2.8 0.14 0.010 4.4 0.0007
6 A6 0.48 0.16 2.6 0.18 0.014 4.2 0.0008
7 A7 0.52 0.21 2.4 0.17 0.016 5.0 0.0009
8 A8 0.56 0.11 1.9 0.12 0.011 5.9 0.0011
9 A9 0.52 0.12 1.8 0.11 0.009 5.8 0.0012
10 A10 0.59 0.14 1.2 0.15 0.006 4.8 0.0009
表2实施例的热轧工艺
实施例 工艺号 开轧温度/℃ 终轧温度/℃ 卷取温度/℃
1 B1 1148 952 690
2 B2 1132 943 660
3 B3 1112 936 640
4 B4 1093 924 620
5 B5 1074 918 590
6 B6 1062 940 580
7 B7 1051 897 530
8 B8 1037 886 590
9 B9 1018 873 550
10 B10 1010 862 510
表3实施例的冷轧和连续退火工艺
Figure BDA0002249251680000071
表4实施例的力学检验结果
Figure BDA0002249251680000072

Claims (2)

1.一种冷轧高强轻质钢，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比为：C：0.3%～0.48%，Si：0.1%～0.26%，Mn：1.2%～2.8%，P：0.13%～0.18%，S≤0.03%，Al：4.2%～6.0%，B：0.0006%~0.0012%，其余为Fe和不可避免的杂质；
钢板的生产工艺为：转炉冶炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧、连续退火，其中，
热轧：开轧温度在1010~1150℃，终轧温度在862~952℃，冷却方式采用层流冷却方式，卷取温度在500~690℃；
冷轧：冷轧压下率为45%~75%；
连续退火工序：退火温度为800~892℃，退火时间为133~396s，采用冷却速率为25~55℃/s的快速冷却，冷却温度为20~200℃，快速冷却后进行回火处理，回火温度为200～350℃，回火时间为300~800s，最后以11~28℃/s冷却速率冷却到室温。
2.如权利要求1所述的一种冷轧高强轻质钢，其特征在于，钢板的抗拉强度大于980MPa，延伸率大于12%，密度为7.30×103～7.55×103kg/m3。
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