CN111118397A - 980MPa级淬火配分钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及980MPa级淬火配分钢及其制备方法，属于冶金技术领域。本发明提供的980MPa级淬火配分钢化学成分包括C：0.20～0.25、Si：1.4～1.8、Mn：1.8～2.2、V：0～0.10、Nb：0～0.050、Ti：0～0.050，N≤0.0060、P≤0.010、S≤0.012、Al≤0.060，制备方法包括冶炼、热轧、酸轧、连续退火工序，连续退火工序在780～820℃两相区进行退火，然后冷却至365～390℃进行过时效等温处理。本发明实现了一步法Q&P工艺制备抗拉强度980MPa以上的Q&P钢，通过轧制工艺和退火工艺控制，实现了铁素体细晶组织控制，具有低的屈强比和高延伸率。

Description

980MPa级淬火配分钢及其制备方法
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及980MPa级淬火配分钢及其制备方法。
背景技术
汽车轻量化是当前汽车发展的重点方向，其中白车身的轻量化在汽车轻量化中发挥重要作用。使用高强钢和先进高强钢是实现白车身轻量化的重要手段，为此，双相钢、马氏体钢、热成形钢等先进高强钢取得了较好的应用效果。然而，随着抗拉强度达到980MPa及以上，由于其延伸率偏低，成形过程中容易开裂，且成形后的零件吸收碰撞能的能力较小。基于Speer教授淬火配分(Q&P)理论的第三代汽车用先进高强钢能显著提高其成形性和吸收碰撞能。
淬火配分工艺的技术思路为将钢板加热到完全奥氏体化后，淬入TQ(介于Ms～Mf间，即介于马氏体开始及结束温度之间)，以获得淬火马氏体和未转变的残余奥氏体，然后在TP温度下使马氏体中的碳向残余奥氏体中扩散配分，提高其室温稳定性。其中TP>TQ，称为两步法Q&P工艺，TP＝TQ，称为一步法Q&P工艺。
当前，两步法Q&P工艺是制备Q&P钢最常用的热处理工艺，如CN108660369A、CN104278194B、CN109930079A公布的980MPa级或1180MPa级淬火配分钢均采用这种热处理工艺。为达到更好的强塑积效果，更为复杂的热处理工艺也有公布，如CN108950406A专利采用双配分热处理、CN105734213B专利采用两次配分的热处理。在现有的Q&P工艺中，两步Q&P工艺力学性能更好，延伸率更高，但由于对设备要求较高，大部分钢厂不具备生产能力，难以被大规模应用。作为更为简便的一步法Q&P钢制备方法，目前仅有CN110093564A有所公布，但该法在一步法Q&P工艺之前，进行了880-920℃预淬火处理，增加了工艺成本。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供980MPa级淬火配分钢，以重量百分比计化学成分包括C：0.20～0.25、Si：1.4～1.8、Mn：1.8～2.2、V：0～0.10、Nb：0～0.050、Ti：0～0.050，N≤0.0060、P≤0.010、S≤0.012、Al≤0.060，其余为Fe及不可避免的杂质。
其中，980MPa级淬火配分钢的显微组织为35％～50％铁素体、30％～35％贝氏体、10％～15％淬火马氏体和10％～15％残余奥氏体；配分钢中铁素体晶粒尺寸在4～8μm。
其中，980MPa级淬火配分钢的屈服强度为550～700MPa、抗拉强度980～1150MPa、屈服强比为0.50～0.65，断后伸长率18％～25％。
本发明同时还公开了980MPa级淬火配分钢的制备方法，包括以下步骤：
(1)冶炼工序：根据设定的化学成分进行冶炼得到钢坯；
(2)热轧工序：将钢坯经过加热、热轧和层流冷却后获得热轧卷；
(3)酸轧工序：将上述热轧卷经过酸洗后冷轧；
(4)连续退火工序：在780～820℃两相区进行退火，然后冷却至365～390℃进行过时效等温处理，终冷后进行平整、分卷，制成所需淬火配分钢。
其中，步骤(4)连续退火工序依次进行二阶段加热、均热、缓慢冷却、快速冷却、过时效处理、终冷后进行平整、分卷，制成所需淬火配分钢。
其中，步骤(4)第一段加热至740～770℃，第二段加热至780～820℃，均热段温度为780～820℃。
其中，步骤(4)缓冷段终点温度为700～760℃，快冷终点温度为365～390℃。
其中，步骤(4)在365～390℃过时效等温300～700s。
其中，骤(2)热轧工序钢坯出炉温度1230～1260℃，终轧温度为870～910℃，卷取温度为550～650℃。
其中，步骤(2)热轧工序加热时间、均热时间、在炉总时间分别为100～150min、50～80min、150～230min。
其中，步骤(2)热轧工序出炉后先经5道次粗轧轧制成中间坯，中间坯经7机架热连轧，采用层流冷却后成卷。
其中，步骤(3)酸轧工序冷轧压下率为40％～60％。
其中，步骤(4)连续退火工序第一段加热速度为1～5℃/s，第二段加热速度为0.5～1.5℃/s；步骤(4)连续退火工序缓冷速度为1.0～5℃/s，快冷速度为30～80℃/s。
其中，步骤(4)连续退火工序过时效处理后，水冷至100～150℃，光整延伸率为0.2％～0.5％，最后成卷、包装入库。
本发明的有益效果：
1、本发明方法在普通连续退火生产线上实现了一步法Q&P工艺制备抗拉强度980MPa以上的Q&P钢，配分(过时效段)阶段无需再加热，无需增加快冷装置及过时效过程的感应加热装置；
2、本发明方法通过V、Nb、Ti单独或复合微合金化，通过轧制工艺和退火工艺控制，实现了其铁素体细晶组织控制，铁素体的平均晶粒尺寸在4～8μm，有利于提高其强塑性；
3、本发明采用Q&P钢屈服强度为550～700MPa、抗拉强度为980～1150MPa，具有低的屈强比(0.50～0.65)，高延伸率20％～25％，具有更优的可成形性。
附图说明
图1为实施例1所得热980MPa级淬火配分钢微观组织形貌图；
图2为实施例2所得热980MPa级淬火配分钢微观组织形貌图。
具体实施方式
本发明提供一种980MPa级淬火配分钢，以重量百分比计所述复相钢的化学成分包括C：0.20～0.25、Si：1.4～1.8、Mn：1.8～2.2、V：0～0.10、Nb：0～0.050、Ti：0～0.050，N≤0.0060、P≤0.010、S≤0.012、Al≤0.060，其余为Fe及不可避免的杂质。
本发明980MPa级淬火配分钢化学成分的设计思路如下：
碳：提高奥氏体稳定性，同时能提高马氏体强度，降低马氏体开始转变温度，使其在一步法Q&P工艺中优先发生少部分贝氏体相变。
硅：具有固溶强化作用，净化铁素体，同时能抑制碳化物析出，以获得低屈服强比。
锰：奥氏体稳定化元素，也具有固溶强化作用。
铌、钒、钛：具有细晶强化、析出强化，在退火过程中已有的第二相粒子，为奥氏体形核提供有效位置，可改善其组织均匀性，抑制由于成分偏析导致的带状组织。铌、钒、钛可根据具体情况添加或不添加，添加任一种以及组合添加。
本发明涉及的连续退火Q&P钢板的生产方法工艺流程如下：
炼钢→热轧→冷却→卷取→酸洗→冷轧→连续退火→平整→分卷→包装→入库。
关于热轧工序，一种较好的实现方式是加热时间、均热时间、在炉总时间分别为100～150min、50～80min、150～230min，控制板坯出炉温度1230～1260℃，然后经5道次粗轧，轧制成34～38mm中间坯，中间坯经7机架热连轧成2.5～4.0mm，其终轧温度为870～910℃，采用层流冷却至550～650℃后成卷。
酸洗和冷轧步骤可以采用各种常规的方法。通常情况下，经过热轧轧制的薄板钢带在酸轧机组头部经焊接后组成连续钢带，经过矫直、酸洗、碱洗、干燥、切边后进行连续轧制，冷轧机组可采用5机架冷连轧，钢板经酸轧后厚度降低至退火机组原料厚度，采用的冷轧压下率为40％～60％。所述酸洗和冷轧步骤可以采用本领域技术人员公知的方法和技术。
连续退火工序：经过酸轧后的薄板钢带在连退机组入口经焊接后组成连续钢带，经过表面连续清洗、干燥后进行连续退火，清洗工序为本领域技术人员公知的方法。退火工序为连续退火方式，一种较好的实现方式是，钢带经退火机组进行二阶段加热及均热、缓慢冷却、快速冷却、过时效处理、终冷后进行平整、分卷。
其中第一段加热温度为740～770℃、加热速度为1～5℃/s，第二段加热温度为780～820℃、加热速度为0.5～1.5℃/s，均热段温度为780～820℃，缓冷段终点温度为700～760℃、缓冷速度为1.0～5℃/s，快冷段采用高氢冷却、速度为30～80℃/s，快冷终点温度为365～390℃，并在此温度内过时效等温300～700s,最后水冷至100～150℃，光整延伸率为0.2％～0.5％。
退火工艺是本发明的关键点，其核心之一在于在780～820℃两相区进行退火，以保证铁素体组织占比在35～50％，同时有利于碳向奥氏体中富集，提高其稳定性；其次，冷却到365～390℃下贝氏体区进行等温时效处理以获得30～35％的贝氏体，使碳进一步向未转变的奥氏体中富集，实现10～15％的残余奥氏体可在室温下保留下来。
作为优选的，退火处理之前进行两段加热，第一段加热至740～770℃，第二段加热至780～820℃，然后在780～820℃进行退火。
作为优选的，第一段加热速度为1～5℃/s，第二段加热速度为0.5～1.5℃/s。
作为优选的，退火处理后先缓冷到700～760℃，再快冷到365～390℃进行等温时效处理。
作为优选的，缓冷速度为1.0～5℃/s，快冷速度为30～80℃/s。
以下通过实施例和对比例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例1
a、炼钢成分(质量百分比，％)：C：0.21、Si：1.71、Mn：2.05、Nb：0.021、Ti：0.028、N：0.0028、P：0.009、S：0.002、Al：0.041，其余为Fe；
b、热轧：板坯加热时间、均热时间、在炉总时间分别为120min、60min、180min，出钢温度1227℃，经5道次粗轧，轧制成36mm中间坯，中间坯经7机架热连轧成2.75mm，其终轧温度为880℃，采用层流冷却至620℃后成卷；
c、酸洗+冷轧：按常规工艺酸洗，采用5机架冷连轧，冷轧压下率为45.5％，轧后厚度为1.5mm；
d、连续退火：带钢经常规碱洗、刷洗、电解清洗、漂洗、挤干后，进入连续退火炉，炉内带钢运行速度为100m/min，以2℃/s加热到760℃，接着以0.8℃/s加热到815℃后均热132s，以1℃/s冷却缓冷到760℃后，再以40℃/s快速冷却到385℃后过时效处理540s后水淬到138℃，经挤干后进入光整机，光整采用延伸率控制模式，平均光整延伸率控制在0.3％，最后成卷、包装入库。退火工艺参数见表1，获得的成品组织见图1所示，组织相对含量见表2，力学性能见表3所示。
实施例2
a、炼钢成分(质量百分比，％)：C：0.24、Si：1.52、Mn：1.96、V：0.08，N：0.0023、P：0.008、S：0.005、Al：0.038，其余为Fe；
b、热轧：板坯加热时间、均热时间、在炉总时间分别为140min、60min、200min，板坯出炉温度1238℃，经5道次粗轧，轧制成38mm中间坯，中间坯经7机架热连轧成2.75mm，终轧温度为892℃，卷取温度为623℃，热轧厚度2.75mm，；
c、酸洗+冷轧：按常规工艺酸洗，采用5机架冷连轧，冷轧压下率为45.5％，酸轧厚度1.5mm；
d、连续退火：退火炉内带钢运行速度为运行速度为100m/min，以2℃/s加热到760℃，接着以0.8℃/s加热到811℃后均热132s，以1℃/s冷却缓冷到758℃后，再以40℃/s快速冷却到379℃后过时效处理540s后水淬到133℃，经挤干后进入光整机，光整采用延伸率控制模式，平均光整延伸率控制在0.3％，最后成卷、包装入库。退火工艺参数见表1，获得的成品组织见图2所示，组织相对含量见表2，力学性能见表3所示。
实施例3
a、炼钢成分(质量百分比，％)：C：0.20、Si：1.41、Mn：1.88、Nb：0.025、V：0.043，N：0.0023、P：0.008、S：0.005、Al：0.032，其余为Fe；
b、热轧：板坯加热时间、均热时间、在炉总时间分别为160min、80min、240min，板坯出炉温度1244℃，经5道次粗轧，轧制成38mm中间坯，中间坯经7机架热连轧成2.50mm，终轧温度为905℃，卷取温度为603℃，热轧厚度2.50mm，
c、酸洗+冷轧：按常规工艺酸洗，采用5机架冷连轧，冷轧压下率为52.0％，酸轧厚度1.2mm；
d、连续退火：退火炉内带钢运行速度为运行速度为120m/min，以2.5℃/s加热到767℃，接着以1.0℃/s加热到808℃后均热110s，以1℃/s冷却缓冷到720℃后，再以38℃/s快速冷却到363℃后过时效处理450s后水淬到131℃，经挤干后进入光整机，光整采用延伸率控制模式，平均光整延伸率控制在0.3％，最后成卷、包装入库。退火工艺参数见表1，获得的成品组织相对含量见表2，力学性能见表3所示。
实施例4
a、炼钢成分(质量百分比，％)：C：0.23、Si：1.65、Mn：2.07、V：0.045，Ti：0.032，N：0.0018、P：0.007、S：0.003、Al：0.042，其余为Fe；
b、热轧：板坯加热时间、均热时间、在炉总时间分别为130min、70min、200min，板坯出炉温度1252℃，经5道次粗轧，轧制成38mm中间坯，中间坯经7机架热连轧成2.50mm，终轧温度为905℃，卷取温度为592℃，热轧厚度2.50mm
c、酸洗+冷轧：按常规工艺酸洗，采用5机架冷连轧，冷轧压下率为52.0％，酸轧厚度1.2mm；
d、连续退火：退火炉内带钢运行速度为运行速度为120m/min，以2.0℃/s加热到767℃，接着以0.5℃/s加热到797℃后均热110s，以0.6℃/s冷却缓冷到736℃后，再以35℃/s快速冷却到372℃后过时效处理450s后水淬到128℃，经挤干后进入光整机，光整采用延伸率控制模式，平均光整延伸率控制在0.3％，最后成卷、包装入库。退火工艺参数见表1，获得的成品组织相对含量见表2，力学性能见表3所示。
对比例1
制备方法与实施例1基本相同，不同的是快冷终点温度为340℃。退火工艺参数见表1，获得成品组织相对含量见表2，性能见表3所示。
对比例2
制备方法与实施例1基本相同，不同的是快冷终点温度为420℃。退火工艺参数见表1，获得成品组织相对含量见表2，性能见表3所示。
对比例3
制备方法与实施例2基本相同，不同的是快冷终点温度为330℃。退火工艺参数见表1，获得成品组织相对含量见表2，性能见表3所示。
对比例4
制备方法与实施例2基本相同，不同的是快冷终点温度为440℃。退火工艺参数见表1，获得成品组织相对含量见表2，性能见表3所示。
从实施例和对比例的组织及力学性能对比发现，在其他条件一定的情况下，过时效温度低于365℃时导致贝氏体和残余奥氏体含量减少，马氏体含量增多，使其强度升高，延伸率下降；过时效温度高于390℃时，使碳原子的扩散速率提高，贝氏体转变加速，提高了贝氏体和残余奥氏体含量，但马氏体含量降低，从而导致延伸率提高、抗拉强度不足980MPa。
表1连续退火工艺参数
Figure BDA0002373237990000061
表2成品组织含量
Figure BDA0002373237990000071
表3力学性能
Figure BDA0002373237990000072

Claims (10)

1.980MPa级淬火配分钢，其特征在于：以重量百分比计所述淬火配分钢的化学成分包括C：0.20～0.25、Si：1.4～1.8、Mn：1.8～2.2、V：0～0.10、Nb：0～0.050、Ti：0～0.050，N≤0.0060、P≤0.010、S≤0.012、Al≤0.060，其余为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的980MPa级淬火配分钢，其特征在于：所述淬火配分钢的显微组织包括35％～50％铁素体、30％～35％贝氏体、10％～15％淬火马氏体和10％～15％残余奥氏体；所述淬火配分钢的铁素体平均晶粒尺寸在4～8μm。
3.根据权利要求1所述的980MPa级淬火配分钢，其特征在于：所述淬火配分钢屈服强度为550～700MPa、抗拉强度为980～1150MPa、屈服强比为0.50～0.65，断后伸长率20％～25％。
4.980MPa级淬火配分钢的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)冶炼工序：根据设定的化学成分进行冶炼得到钢坯；
(2)热轧工序：将钢坯经过加热、热轧和层流冷却后获得热轧卷；
(3)酸轧工序：将上述热轧卷经过酸洗后冷轧；
(4)连续退火工序：在780～820℃两相区进行退火，然后冷却至365～390℃进行过时效等温处理，终冷后进行平整、分卷，制成所需淬火配分钢。
5.根据权利要求4所述的980MPa级淬火配分钢的制备方法，其特征在于：步骤(4)连续退火工序依次进行二阶段加热、均热、缓慢冷却、快速冷却、过时效处理、终冷后进行平整、分卷，制成所需淬火配分钢；步骤(4)第一段加热至740～770℃，第二段加热至780～820℃，均热段温度为780～820℃；步骤(4)缓冷段终点温度为700～760℃，快冷终点温度为365～390℃；步骤(4)在365～390℃过时效等温300～700s。
6.根据权利要求4所述的980MPa级淬火配分钢的制备方法，其特征在于：步骤(1)冶炼工序根据权利要求1所述的化学成分进行冶炼。
7.根据权利要求4所述的980MPa级淬火配分钢的制备方法，其特征在于：骤(2)热轧工序钢坯出炉温度1230～1260℃，终轧温度为870～910℃，卷取温度为550～650℃。
8.根据权利要求4所述的980MPa级淬火配分钢的制备方法，其特征在于：步骤(3)酸轧工序冷轧压下率为40％～60％。
9.根据权利要求5所述的980MPa级淬火配分钢的制备方法，其特征在于：步骤(4)连续退火工序第一段加热速度为1～5℃/s，第二段加热速度为0.5～1.5℃/s；步骤(4)连续退火工序缓冷速度为1.0～5℃/s，快冷速度为30～80℃/s。
10.根据权利要求4所述的980MPa级淬火配分钢的制备方法，其特征在于：步骤(4)连续退火工序水冷至100～150℃后进行光整，光整延伸率为0.2％～0.5％，最后成卷、包装入库。
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