CN111254357B - 一种具有高成型性的高强度钢及其制备方法 - Google Patents

一种具有高成型性的高强度钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种具有高成型性的高强度钢，按质量百分比计，所述高成型性的高强度钢包含：C 0.06‑0.1％，Si 0.2‑0.4％，Mn 0.3‑0.5％，Nb 0.03‑0.06％，余量为铁和不可避免的杂质。本发明具有高成型性的高强度钢的制备方法包括：冶炼并连铸得到钢板坯，将所述钢板坯依次进行加热、粗轧、精轧、冷却和卷取，得到钢卷；将所述钢卷依次进行开卷、酸洗、冷轧、退火处理和平整处理，得到所述具有高成型性的高强度钢。本发明所述制备方法简单易操作，经济效率高；利用本发明所述制备方法可以在不增加任何工序和设备的条件下显著提高了钢的高塑性和高强度，实现该钢种较高的屈强比。

Description

一种具有高成型性的高强度钢及其制备方法
技术领域
本发明属于冶金和轧钢领域，具体涉及一种具有高成型性的高强度钢及其制备方法。
背景技术
为了满足汽车“减重节能”的需求，汽车零部件越来越多地使用高强度钢板来制造。通常来说，使用高强度钢板，将使汽车的车身重量减少15％左右，并节油8％左右。
一般在国际上将屈服强度为210～550MPa的钢板称为高强度钢板，而将屈服强度大于550MPa的钢板称为超高强度钢。进一步而言，汽车用低合金高强度钢是以低C-Mn系或Si-Mn系为基础，通过添加微合金元素并结合先进的生产工艺，使所得到的低合金高强度钢具有较高的强度和塑性，满足了汽车制造行业对强度、塑性和韧性以及其他方面的需求。
在低碳钢中，除通过添加Si、Mn元素进行固溶强化外，还通过单一地或复合地添加Nb、Ti等微合金元素，使其与C、N等元素形成碳化物、氮化物粒子，并在铁素体基体上进行析出强化，同时通过微合金元素的细化晶粒作用，从而获得较高强度的钢板。此外，发现在冷轧过程中低合金高强度钢在第二相析出阶段保留了在钢板坯进行热轧后所形成的第二相粒子的特征，这对所形成的晶粒尺寸和第二相分布有着重要的影响。目前，未有针对汽车用低合金高强钢的热轧工序析出物的控制技术的研究报道。对于汽车用低合金高强钢而言，在常规制备钢板过程中的冷却条件下，Nb、Ti的析出物一般在钢板坯的热轧过程中析出，这些粒子抑制了再结晶的发生，使得再结晶需在较高的温度下才能完成；但是由于再结晶温度较高，则使得所析出的粒子容易粗化，无法阻碍再结晶后的晶粒的生长，使得再结晶后的晶粒比较粗大，导致钢的强度较低，将频繁出现类似折弯开裂，各方向的强度均匀性差的问题。由于上述再结晶不充分的现象是造成钢的各向异性的原因，本领域一般通过提高退火温度、降低带速等条件来有利于降低钢的各向异性，但这种方法容易造成连退炉辊结瘤现象并降低了钢板的生产效率。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提供一种具有高成型性的高强度钢及其制备方法。本发明所述制备方法简单易操作，经济效率高；利用本发明所述制备方法可以在不增加任何工序和设备的条件下显著提高了钢的高塑性和高强度，实现该钢种较高的屈强比。
用于实现上述目的的技术方案如下：
本发明提供一种具有高成型性的高强度钢，按质量百分比计，所述高成型性的高强度钢包含：C 0.06-0.1％，Si 0.2-0.4％，Mn 0.3-0.5％，Nb 0.03-0.06％，余量为铁和不可避免的杂质。
在一个实施方式中，本发明所述的具有高成型性的高强度钢中，按质量百分比计，所述具有高成型性的高强度钢包含：C 0.7％，Si 0.3％，Mn 0.4％，Nb 0.04％，余量为铁和不可避免的杂质。
在一个实施方式中，本发明所述的具有高成型性的高强度钢中，所述具有高成型性的高强度钢的屈服强度为405～458MPa；所述具有高成型性的高强度钢的抗拉强度为471～529MPa；所述具有高成型性的高强度钢的延伸率A50为26.1～32.9％。
在一个实施方式中，本发明所述的具有高成型性的高强度钢的制备方法包括：冶炼并连铸得到钢板坯，将所述钢板坯依次进行加热、粗轧、精轧、冷却和卷取，得到钢卷；将所述钢卷依次进行开卷、酸洗、冷轧、退火处理和平整处理，得到所述具有高成型性的高强度钢；
其中：
所述将所述钢板坯进行加热的过程中，将所述钢板坯加热至温度为1150-1200℃，优选1175℃；
按质量百分比计，所述钢板坯包含：C 0.06-0.1％，Si 0.2-0.4％，Mn 0.3-0.5％，Nb 0.03-0.06％，余量为铁和不可避免的杂质；
优选地，按质量百分比计，所述钢板坯包含：C 0.7％，Si 0.3％，Mn 0.4％，Nb0.04％，余量为铁和不可避免的杂质。
在一个实施方式中，本发明所述的具有高成型性的高强度钢的制备方法中，所述将所述钢板坯加热至温度为1150-1200℃，包括：将所述钢板坯加热至温度为1150-1200℃，后保持20～30min，优选25min。
在一个实施方式中，本发明所述的具有高成型性的高强度钢的制备方法中，所述粗轧的温度为1100-1160℃；
优选地，所述精轧的开轧温度为1120℃，所述精轧的终轧温度为930～960℃，优选950℃。
在一个实施方式中，本发明所述的具有高成型性的高强度钢的制备方法中，所述冷却的冷却速率为30～50℃/s，优选35℃/s；
优选地，所述卷取的温度为460～500℃，优选470℃。
在一个实施方式中，本发明所述的具有高成型性的高强度钢的制备方法中，所述冷轧的总压下率为75～85％，优选80％。
在一个实施方式中，本发明所述的具有高成型性的高强度钢的制备方法中，所述退火处理的温度为780-820℃，优选780℃。
本发明又提供根据本发明所述的具有高成型性的高强度钢的制备方法制备得到的具有高成型性的高强度钢。
具体而言，本发明所述具有高成型性的高强度钢的制备方法包括：经钢板坯依次进行加热、粗轧(粗轧采用1+3模式)、精轧、冷却、卷取、开卷、酸洗、冷轧、连退、平整。
本发明所述具有高成型性的高强度钢的制备方法的特点如下：
(1)成分设计方面
本发明提供大量筛选试验，适当提高所述钢的Nb含量为≥0.04％，很好地利用Nb元素的析出强化的特点，从而提高了钢的强度。
(2)所述钢板坯的加热温度筛选
本发明所述钢板坯采用低温加热工艺，其中结合现场的工艺控制的特点，将所述钢板坯加热至温度不超过1200℃，进一步优选为1150-1200℃，同时将所述钢板坯加热至温度为1150-1200℃，优选1175℃，后保持20～30min，以利于本发明所述具有高成型性的高强度钢的产品性能。
(2)精轧和卷取步骤中的条件参数的控制
本发明将精轧的终轧温度控制在930℃以上；并在卷取过程采用超快冷却工艺，其中冷却速率达到30℃/s以上，同时将卷取温度控制在460-500℃。本发明经过上述设定的较大的终轧温度和卷取温度的差值，有利于实现卷取过程较大的冷却速率，从而有效抑制了Nb元素在卷取冷却过程中的析出，并以固溶的形态存在于所述得到的钢卷之中。粗轧和精轧过程后采用较高的冷却速率和较低的卷取温度(460～500℃)，能保证Nb元素固溶在钢板中，减少其在粗轧和精轧过程的析出物的量；此外，在后续所述退火处理中可采用较低的退火温度(780-820℃)而得到细小均匀的析出物和组织；本发明通过针对粗轧和精轧进行控制，所限定的所述退火处理的温度可满足塑性和强度的双重要求。
(3)冷轧步骤中的条件参数的控制
本发明将所述冷轧的总压下率控制为75％以上，并将退火处理的温度控制在780-820℃，从而更好地保证了在退火过程中组织得到充分结晶，并实现固溶的Nb元素在该退火处理过程中呈现析出物弥散而细小，以利于本发明所述具有高成型性的高强度钢的产品性能。
(4)卷取过程中的冷却速率对Nb元素析出物的影响
附图1示出了当卷取温度为500℃时，不同的冷却速率所产生的热模拟样品析出物的分布情况。其中图a为冷却速率为10℃/s时的Nb元素析出物分布情况，从中可以看出，尺寸为10-20nm的析出物较多，而Nb元素析出物在晶界处呈现聚集或带状析出分布形貌；当随冷却速率增加到20℃/s时，则以晶内弥散形的析出物形貌为主，但其中仍存在较多的尺寸为10-20nm的析出物，同时尺寸为5-10nm的细小析出物有增多的趋势；进一步地，当随冷却速率增加到30～50℃/s时，则晶内弥散形的析出物的数量呈现减少趋势，得到尺寸为5-10nm的析出物。在高倍数显微镜下可以看出，在冷却速率为10℃/s的条件下，析出相粒子的密度约为200个/μm2，而当冷却速率为30～50℃/s的条件下，尺寸微小的析出相粒子的密度约为50个/μm2，很明显所述析出物的密度明显减少。因此，可以得出结论：所述Nb元素析出物粒子的尺寸和数量均随着冷却速率的增大而减小。
(5)卷取过程中的卷取温度对Nb元素析出物的影响
附图2示出了在冷却速率为20℃/s的条件下，不同卷取温度下的Nb元素析出物的分布情况。从该附图可以看出，当卷取温度设定为高于500或600℃时，晶内存在大量的弥散形析出情况，其中在卷取温度高于500℃时的Nb元素析出相粒子的平均密度约为180个/μm2，在卷取温度高于600℃时的Nb元素析出相粒子平均密度约为250个/μm2，可见Nb元素析出物密度略有增加；但当卷取温度较低时，晶体存在较少的Nb元素析出物，因此，降低卷取温度降低了对析出物析出的驱动力，使析出密度减少，Nb合金元素来不及析出，以固溶形成存在于基体之中。本发明通过针对粗轧、精轧和后续的所述退火处理进行控制，最终通过大量筛选试验，确定了本发明所述退火处理的温度(780-820℃)和卷取的温度(460～500℃)，同时满足了塑性和强度的双重要求。
(6)退火处理的温度对钢产品性能影响
本发明通过大量的筛选试验发信啊，随退火处理的温度升高，铁素体晶粒尺寸有所长大，而随退火处理的温度降低，则强度明显升高。其主要原因在于晶粒尺寸的细化，尽管所述钢的屈服强度达到450MPa以上，但是所述钢的延伸率A50仍较高，如表1所示：
表1：本发明所述退火处理的温度对钢产品性能影响
Figure BDA0002421910590000051
(7)冷轧过程中的钢析出物的控制方向
本发明通过研究发现通过控制热轧(粗轧和精轧)析出物的尺寸和数量，控制Nb类元素析出尽量少的在热轧状态析出，以固溶态存在于热轧钢板中，而在后续的退火处理的过程中，由于较少的析出粒子的阻碍，使得冷态的组织可以在较低的温度下完成再结晶，并且在再结晶后这些粒子才逐步析出，阻碍了再结晶晶粒的进一步长大，从而得到了细小均匀的组织和Nb元素析出物，实现了强化细晶和强化析出的双重强化效果，使得强韧性实现较好的匹配。
综上所述，本发明所述制备方法的有益效果为：简单易操作，经济效率高；以在不增加任何工序和设备的条件下显著提高钢的高塑性和高强度，实现该钢种较高的屈强比。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1示出了本发明中当卷取温度为500℃的条件下，不同的冷却速率下所产生的Nb元素析出物的分布情况；
图2示出了本发明中当冷却速率为20℃/s的条件下，不同卷取温度下所产生的Nb元素析出物的分布情况。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的原料、试剂材料等，如无特殊说明，均为市售购买产品。
实施例1：制备本发明所述具有高成型性的高强度钢
(1)冶炼并连铸得到钢板坯，将所述钢板坯加热至温度为1150℃，后保持20min；按质量百分比计，所述钢板坯包含：C 0.06％，Si 0.2％，Mn 0.3％，Nb 0.03％，余量为铁和不可避免的杂质。
(2)将步骤(1)得到的钢板进行粗轧，其中粗轧的温度为1100℃；
(3)将步骤(2)得到的钢板进行精轧，然后冷却，其中精轧的开轧温度为1120℃，精轧的终轧温度为930℃；冷却速率为30℃/s；
(4)将步骤(3)得到的钢板进行卷取，卷取的温度为460℃；
(5)将步骤(4)得到的钢卷进行开卷、酸洗后进行冷轧，冷轧的总压下率为75％；
(6)将步骤(5)得到的钢板进行退火处理，退火处理的温度为800℃；
(7)将步骤(6)得到的钢板进行平整处理，得到所述具有高成型性的高强度钢。
上述得到的具有高成型性的高强度钢的屈服强度为440MPa；所述高强度钢的抗拉强度为497MPa；所述高强度钢的延伸率A50为28.3％。
实施例2：制备本发明所述具有高成型性的高强度钢
(1)冶炼并连铸得到钢板坯，将所述钢板坯加热至温度为1200℃，后保持30min；按质量百分比计，所述钢板坯包含：C 0.1％，Si 0.4％，Mn 0.5％，Nb 0.06％，余量为铁和不可避免的杂质。
(2)将步骤(1)得到的钢板进行粗轧，其中粗轧的温度为1160℃；
(3)将步骤(2)得到的钢板进行精轧，然后冷却，其中精轧的开轧温度为1120℃，精轧的终轧温度为960℃；冷却速率为50℃/s；
(4)将步骤(3)得到的钢板进行卷取，卷取的温度为500℃；
(5)将步骤(4)得到的钢卷进行开卷、酸洗后进行冷轧，冷轧的总压下率为85％；
(6)将步骤(5)得到的钢板进行退火处理，退火处理的温度为820℃；
(7)将步骤(6)得到的钢板进行平整处理，得到所述具有高成型性的高强度钢。
上述得到的具有高成型性的高强度钢的屈服强度为405MPa；所述高强度钢的抗拉强度为471MPa；所述高强度钢的延伸率A50为32.9％。
实施例3：制备本发明所述具有高成型性的高强度钢
(1)冶炼并连铸得到钢板坯，将所述钢板坯加热至温度为1175℃，后保持25min；按质量百分比计，所述钢板坯包含：C 0.7％，Si 0.3％，Mn 0.4％，Nb 0.04％，余量为铁和不可避免的杂质。
(2)将步骤(1)得到的钢板进行粗轧，其中粗轧的温度为1100℃；
(3)将步骤(2)得到的钢板进行精轧，然后冷却，其中精轧的开轧温度为1120℃，精轧的终轧温度为950℃；冷却速率为35℃/s；
(4)将步骤(3)得到的钢板进行卷取，卷取的温度为470℃；
(5)将步骤(4)得到的钢卷进行开卷、酸洗后进行冷轧，冷轧的总压下率为80％；
(6)将步骤(5)得到的钢板进行退火处理，退火处理的温度为780℃；
(7)将步骤(6)得到的钢板进行平整处理，得到所述具有高成型性的高强度钢。
上述得到的具有高成型性的高强度钢的屈服强度为458MPa；所述高强度钢的抗拉强度为529MPa；所述高强度钢的延伸率A50为26.1％。
总之，以上对本发明具体实施方式的描述并不限制本发明，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变或变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明所附权利要求的范围。

Claims (7)

1.一种具有高成型性的高强度钢，按质量百分比计，所述具有高成型性的高强度钢包含：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，余量为铁和不可避免的杂质；
所述具有高成型性的高强度钢的屈服强度为405～458MPa；所述具有高成型性的高强度钢的抗拉强度为471～529MPa；所述具有高成型性的高强度钢的延伸率A50为26.1～32.9％；
所述的具有高成型性的高强度钢的制备方法包括：冶炼并连铸得到钢板坯，将所述钢板坯依次进行加热、粗轧、精轧、冷却和卷取，得到钢卷；将所述钢卷依次进行开卷、酸洗、冷轧、退火处理和平整处理，得到所述具有高成型性的高强度钢；其中：
所述将所述钢板坯进行加热的过程中，将所述钢板坯加热至温度为1150-1200℃，
按质量百分比计，所述钢板坯包含：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，余量为铁和不可避免的杂质；
所述将所述钢板坯加热至温度为1150-1200℃，包括：将所述钢板坯加 热至温度为1150-1200℃，后保持20～30min；
所述粗轧的温度为1100-1160℃；
所述精轧的开轧温度为1120℃，所述精轧的终轧温度为930～960℃；
所述冷却的冷却速率为30～50℃/s；
所述卷取的温度为460～500℃；
所述冷轧的总压下率为75～85％；
所述退火处理的温度为780-820℃。
2.根据权利要求1所述的具有高成型性的高强度钢，其特征在于，按质量百分比计，所述具有高成型性的高强度钢包含：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，余量为铁和不可避免的杂质。
3.根据权利要求1或2所述的具有高成型性的高强度钢，其特征在于，其中：
所述将所述钢板坯进行加热的过程中，将所述钢板坯加热至温度为1175℃；
按质量百分比计，所述钢板坯包含：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
，余量为铁和不可避免的杂质。
4.根据权利要求1或2所述的具有高成型性的高强度钢，其特征在于，所述精轧的终轧温度为950℃。
5.根据权利要求1或2所述的具有高成型性的高强度钢，其特征在于，所述冷却的冷却速率为35℃/s，所述卷取的温度为470℃。
6.根据权利要求1或2所述的具有高成型性的高强度钢，其特征在于，所述冷轧的总压下率为80％。
7.根据权利要求1或2所述的具有高成型性的高强度钢，其特征在于，所述退火处理的温度为780℃。
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