CN111394650A

CN111394650A - 具有优良成形性的高r值800MPa级冷轧钢及生产方法

Info

Publication number: CN111394650A
Application number: CN202010226790.0A
Authority: CN
Inventors: 刘文艳; 王辉; 程鹏; 陈叶清; 牟文广; 周文强; 胡建旺; 周诗正
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2020-07-10

Abstract

具有优良成形性的高r值800MPa级冷轧钢，其组分及wt%为：C：0.05~0.08%，Si：0.85~1.25%、Mn:2.0~2.5%、Nb：0.015~0.025%，S≤0.004%、P≤0.006%、N≤0.005%；生产方法：经常规冶炼、浇注成坯并加热后热轧；经常规冷却后卷取；经酸洗后冷轧；连续退火处理；分段冷却；时效处理；冷却至室温。本发明在保证强度满足标准要求的前提下，通过采用低碳‑高硅‑低锰‑低铌设计，及采用连续退火、快速冷却、低温时效处理等，促使各向织构更加细化、均匀、一致，实现产品r值达到0.9以上，延伸率高于18%。

Description

具有优良成形性的高r值800MPa级冷轧钢及生产方法

技术领域

本发明涉及一种冷轧汽车用钢及生产方法，具体为一种优良成形性的高塑性应变比为800MPa级冷轧高强钢及生产方法。

背景技术

随着汽车轻量化设计与发展以及超轻钢车体研究项目的实施，以双相钢为代表的新型高强度汽车用钢的开发与应用研究得到了广泛应用与发展，且产品强度级别也不断提升，其中尤以DP600、DP800用量最大。

双相钢是一种以相变强化为基础的先进高强钢，微观组织由高延性的铁素体加强韧的马氏体所构成，独特的组织结构形成了双相钢在力学性能上高的强度和加工硬化指数、低屈强比和良好的烘烤硬化特性等特点，已成为一种强度高成形性好的新型冲压用钢。

按照汽车冲压件的成形方式不同，可分为胀形-拉延成形类、深拉延成形类、浅拉延成形类、弯曲成形类和翻遍成形类等五类。同时，众多成形难易程度不同的零件对材料的性能要求也各不相同，并且建立一一对应的关系，譬如对于胀形-拉延成形类，其重要指标为n值和r值，主要指标为延伸率和屈服强度。其中，r值为塑性应变比，是材料在冲压成型时宽度上的应变值与厚度上的应变值之比，该值越大，表明材料在应变过程中，宽度方向上板面内变形比厚度方向更加容易，材料不易减薄，因而材料厚度方向破裂的可能性降低。实际经验积累表明，对于拉延件，其r值与冲压废品率有很强的一一对应关系。

随着钢板强度的不断提高，材料的延伸率、n值、r值逐渐降低，材料的成形性也有所下降。但是，随着车身轻量化设计及安全性等要求的不断提升，双相钢作为典型车身用材，所应用的零件类型的不断扩大，零件的冲压成形方式也越来越多。因此，高强钢的开发方面，除了要求强度不断提高，同时也希望延伸率、n值，r值也有所提高，以满足日益复杂零件成形的需要。

经检索：

中国专利申请号为CN201110409715.9的文献，公开了《一种具有高强度和高塑性的双相钢及其生产方法》。所述双相钢的化学成分重量百分比为：C：0.07％～0.19％、Si：0.10％～0.50％、Mn：1.00％～2.30％、P：≤0.020％、S≤0.015％、N≤0.008％、Al：0.02％～0.07％、Mo：≤0.40％、Nb：≤0.06％，其余为Fe和不可避免杂质。本发明通过控制连续退火工艺的均热温度、缓冷速度、缓冷温度和快冷温度等，可生产具有马氏体、取向附生铁素体和残留铁素体组织的高强度高塑性双相钢；采用具有高速高氢喷气冷却装置的连续退火线生产，可降低钢中合金元素含量，保证钢板的成形和焊接性能。

中国专利申请号为CN201110071272.7的文献，公开了《一种800MPa级冷轧双相钢及其制造方法》。该钢的化学成分按重量百分数计为：C：0.10～0.18％、Si：0.03～0.19％、Mn：2.6～3.0％、Als：0.01～0.04％、Cr：0.15～0.9％，其余为Fe和其他不可避免杂质。该钢的制造方法依次包括以下步骤：将钢坯随炉加热至1150～1250℃，保温1.5～3h，随后进行热轧，粗轧开轧温度控制为1050～1110℃，精轧终轧温度控制为860～900℃，模拟卷曲温度控制为560～600℃；热轧板经酸洗后进行冷轧，冷轧压下率控制为45～75％，然后进行退火处理，退火温度控制在760～860℃，并经保温1～5min后缓慢冷却到630～680℃，再以25℃/s以上的速度快速冷却至350℃以下进行过时效处理5～10min。

中国专利申请号为CN201410535894.4的文献，公开了《一种800MPa级冷轧双相钢及其生产方法》，其包括热轧和冷轧连退工序，所述进入热轧工序的铸件化学成分的质量百分含量为：C 0.14～0.17％，Si 0.45～0.55％，Mn 1.6～1.8％，Cr 0.55～0.65％，P≤0.016％，S≤0.008％，Als 0.02～0.05％，N≤0.004％，余量为Fe；通过改进改进冶炼、热轧、冷轧连退工艺，生产出了抗拉强度为800～850MPa，屈服强度为450～550MPa，延伸率为15～17％的冷轧双相钢；具有工艺简单、成本低、产品质量稳定的特点。

中国专利申请号为CN201910239920.1的文献，涉及《一种800MPa级超薄规格冷轧双相钢及其制备方法》。其所设计的800MPa级超薄规格冷轧双相钢的化学成分及其重量百分比为，C：0.07％～0.13％，Mn：0.80％～1.70％，Si：0.10％～0.40％，Als：0.060～0.15％，P：≤0.015％，S：≤0.0020％，N：≤0.004％，Cr：0.20～0.50％，Ca：0.0005～0.0025％，T[O]≤0.002％，其余为Fe和不可避免的杂质。本发明对化学成分及其添加量进行改进并且配合相应的轧制工艺以控制钢材微观组织的铁素体和马氏体的尺寸和数量，进而在保证冷轧双相钢的力学性能的情况下将产品的厚度控制在0.7mm以下。

中国专利申请号为CN20191035799.8文献，公开了《一种800MPa级高屈强比冷轧双相钢及其制备方法》，其属于冷轧双相钢领域。它包括C：0.08-0.10％、Si：0.6-0.8％、Mn：1.8-2.0％、Cr：0.6-0.8％、Als：0.03-0.06％、Nb：0.04-0.06％、P≤0.02％、S≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明能在碳含量相对较低的情况下，通过在铁素体和马氏体双相中的铁素体中增加点状贝氏体，使得双相钢各向的性质趋于相同，同时还保持着良好的力学性能，又能满足高屈强比双相钢的需要，设计合理、易于投入生产。

上述专文献中，均为800MPa冷轧双相钢及其制备方法。从所公开的信息可以发现，上述文献在C-Si-Mn钢成分基础上，均采用相对偏中高碳、低硅设计，且针对性的添加了Mn、Cr、Al、Mo、Ti等合金元素，并通过合适的生产工艺实现屈服强度(≥420MPa)、抗拉强度(≥780MPa)及延伸率(≥14％)符合标准要求的800MPa级冷轧双相钢的制造，而均未考虑到产品r值性能指标，造成产品成形性能存在不足。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种在保证抗拉强度≥800MPa的前提下，还能使r值达到0.9以上，延伸率高于18％的优良成形性的高r值800MPa级冷轧钢及生产方法。

实现上述目的的措施：

具有优良成形性的高r值800MPa级冷轧钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.05～0.08％，Si：0.85～1.25％、Mn:2.0～2.5％、Nb：0.015～0.025％，S≤0.004％、P≤0.006％、N≤0.005％，余量为Fe及不可避免杂质。

优选地：Si的重量百分比含量为0.91～1.13％。

优选地：Nb的重量百分比含量为0.015～0.019％。

生产具有优良成形性的高r值800MPa级冷轧钢的方法，其步骤：

1)经常规冶炼、浇注成坯并加热后进行热轧，并控制终轧温度在780～860℃；

2)经常规冷却后进行卷取，控制卷取温度在530～600℃；

3)经酸洗后进行冷轧，控制酸轧段的冷轧总压下率在65％～70％；

4)连续退火处理，控制工艺段的均热温度在810～870℃，退火时间在180～200s；

5)进行分段冷却，冷却采用先缓冷后快速冷却的方式进行：先在5～15℃/s下缓冷冷却至620～660℃；然后再在冷却速度30～35℃/s下快速冷却至时效处理温度；

6)然后钢板时效处理，时效处理温度控制在280～320℃,处理时间不低于300s；

7)最后在冷却速度为10～15℃/s下冷却至室温。

优选地：终轧温度在800～840℃。

优选地：卷取温度在550～580℃。

优选地：连续退火均热温度在820～860℃。

优选地：缓冷结束温度在630～650℃；

优选地：时效处理温度在290～310℃。

本发明中各元素及主要工艺的机理及作用：

C：是最有效的强化元素，是形成马氏体的主要元素，钢中碳含量决定了双相钢的硬度和马氏体的形貌；碳属于一种最强的固溶强化元素，增加碳含量能显著提高钢的强度，同时，碳也是一种奥氏体稳定元素，有效提高奥氏体的过冷度。为了确保实验钢的延伸率，本发明采用低碳成分设计。

Si:是铁素体的固溶强化元素，是非碳化物形成元素，在低碳钢中，Si提高奥氏体向铁素体的转变温度，促进铁素体析出，提高获得相同量铁素体所需的冷却速度。本发明采用高硅设计，促进铁素体中碳向奥氏体集中富集，对铁素体中的固溶碳有“清除”和“净化”作用，降低间隙固溶强化并可抑制冷却时粗大碳化物的生成，提高双相钢的延性，同时利于扩大铁素体转变和贝氏体转变之间的卷取窗口。

Mn：属于典型奥氏体稳定化元素，显著提高钢的淬透性，并起到固溶强化和细化铁素体晶粒的作用，可显著推迟珠光体转变和贝氏体转变。但Mn作为扩大γ相区的元素，当高的Mn含量在推迟珠光体转变的同时，也会推迟铁素体的析出；而Mn含量太低又容易引起珠光体转变。本发明采用了设计。过高含锰量将会过分稳定奥氏体，抑制硅元素促进铁素体析出的作用，使铁素体析出量变少，残余奥氏体的含碳量减少，反而降低了缓冷后钢的淬透性，同时过高锰含量会造成锰元素在退火过程中在钢带表面富集氧化和沉积，影响表面质量。

Nb：是细化晶粒最有效的合金化元素。固溶状态的Nb延迟热变形过程中静态和动态再结晶和奥氏体向铁素体的相变，从而扩大再结晶温度和Ac3之间的温度范围，为在未再结晶区精轧温度确定提供了便利。在轧制过程中，它能抑制奥氏体再结晶及再结晶后的晶粒长大，有助于提高钢的强度。本发明采用低Nb成分设计，Nb对晶粒细化、相变行为发挥显著作用，在合适的冷却速度下，组织会出现取向附生铁素体，提高双相钢的延性。在钢中添加微量的Nb，可以保证钢在碳当量较低的情况下，通过其碳、氮化物的弥散析出及Nb、Ti的固溶，细化晶粒，促使各向织构更加细化、均匀、一致，从而在保证钢的强度、韧性的同时，有助于提升钢板的冲压成形性。

为了确保钢质纯净度，采用了超低S、P、N等元素控制设计，S≤0.004％、P≤0.006％、N≤0.005％。

本发明与现有技术相比，其在保证强度满足标准要求的前提下，通过成分上采用低碳-高硅-低锰-低铌设计，特别是严格控制P、S、N等含量，并通过在退火工艺上，采用连续退火、快速冷却、低温时效处理工艺，有效地保证双相钢两相的比例，且岛状马氏体均匀分布在铁素体基体上，同时综合固溶强化、细晶强化、析出强化等复合强化，促使各向织构更加细化、均匀、一致，实现产品r值达到0.9以上，延伸率高于18％。

附图说明

图1为本发明的金相组织图。

具体实施方式

下面对本发明予以详细描述：

表1为本发明各实施例及对比例的化学组分取值列表；

表2为本发明各实施例及对比例的主要工艺参数列表；

表3为本发明各实施例及对比例性能检测情况列表。

本发明各实施例按照以下制备方法进行生产：

2)经常规冷却后进行卷取，控制卷取温度在530～600℃；

4)进行连续退火处理，控制工艺段的均热温度在810～870℃，退火时间在180～200s；

5)进行分段冷却：先在冷却速度为5～15℃/s下冷却至620～660℃；然后在冷却速度30～35℃/s下快速冷却至时效处理温度；

6)进行时效处理，控制时效处理温度在280～320℃，处理时间300s以上；

7)最后10～15℃/s缓慢冷却至室温。

表1本发明实施例与对比例的化学成分列表(wt％)

表2本发明各实施例及对比例主要工艺参数取值列表

表3本发明各实施例及对比例盘条拉伸试验结果列表

从表3可以看出，本发明生产工艺适应性好，力学性能优良，在满足强度要求的同时，与对比例相比，本专利实验钢具有更高的延伸率和更高的r值，其延伸率达到了18～20％，而r值达到了0.90-1.00，较对比例的同级别双相钢的0.7-0.75相比提高了30％～50％，从而保证了本发明产品具有更佳的成形性能，更适合于复杂零件的冲压成形。

上述实施例仅为最佳例举，而并非是对本发明的实施方式的限定。

Claims

1.具有优良成形性的高r值800MPa级冷轧钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.05~0.08%，Si：0.85~1.25%、Mn:2.0~2.5%、Nb：0.015~0.025%，S<0.004%、P<0.005%、N<0.005%，余量为Fe及不可避免杂质。

2.如权利要求1所述的具有优良成形性的高r值800MPa级冷轧钢，其特征在于： Si的重量百分比含量为0.91～1.13%。

3.如权利要求1所述的具有优良成形性的高r值800MPa级冷轧钢，其特征在于：Nb的重量百分比含量为0.015～0.019%。

4.生产如权利要求1所述的具有优良成形性的高r值800MPa级冷轧钢的方法，其步骤：

1）经常规冶炼、浇注成坯并加热后进行热轧，并控制终轧温度在780～860℃；

2）经常规冷却后进行卷取，控制卷取温度在530～600℃；

3）经酸洗后进行冷轧，控制酸轧段的冷轧总压下率在65%～70%；

4）连续退火处理，控制工艺段的均热温度在810～870℃，退火时间在180～200s；

5）进行分段冷却，冷却采用先缓冷后快速冷却的方式进行：先在5~15℃/s下缓冷冷却至620～660℃；然后再在冷却速度为30~35℃/s下快速冷却至时效处理温度；

6）进行钢板时效处理，时效处理温度控制在280~320℃,处理时间不低于300s；

7）最后在冷却速度为10~15℃/s下冷却至室温。

5.如权利要求4所述的具有优良成形性的高r值800MPa级冷轧钢的生产方法，其特征在于：终轧温度在800～840℃。

6.如权利要求4所述的具有优良成形性的高r值800MPa级冷轧钢的生产方法，其特征在于：卷取温度在550～580℃。

7.如权利要求4所述的具有优良成形性的高r值800MPa级冷轧钢的生产方法，其特征在于：连续退火均热温度在820～860℃。

8.如权利要求4所述的具有优良成形性的高r值800MPa级冷轧钢的生产方法，其特征在于：缓冷结束温度在630～650℃。

9.如权利要求4所述的具有优良成形性的高r值800MPa级冷轧钢的生产方法，其特征在于：时效处理温度在290～310℃。