CN111424216B - 140MPa级高烘烤硬化特性冷轧超低碳钢及生产方法 - Google Patents

140MPa级高烘烤硬化特性冷轧超低碳钢及生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种140MPa级高烘烤硬化特性冷轧超低碳钢，其组分及重量百分含量为：C:0.002‑0.003%，Si≤0.03%，Mn:0.25~0.35%，P:0.008‑0.018%，S≤0.012%，Als:0.025~0.055%，N≤0.003%，Nb:0.007~0.013%，余量为Fe及不可避免的杂质。本发明一种140MPa级高烘烤硬化特性冷轧超低碳钢的生产方法，包括炼钢、热轧、酸轧及连续退火工序；所述退火工序中，均热温度840~850℃，保温时间75‑94s。本发明生产的140MPa级冷轧超低碳钢，在常温下具有较好的成形能力，且具有＞50Mpa的稳定的高烘烤硬化值，不仅满足了零件的成型需求，并且满足了零件成型后的刚度需要，表现出良好的综合性能。

Description

140MPa级高烘烤硬化特性冷轧超低碳钢及生产方法
技术领域
本发明涉及超低碳钢及生产方法，尤其涉及一种140MPa级高烘烤硬化特性冷轧超低碳钢及生产方法。
背景技术
为达到汽车轻量化和提高安全性的目的，现代汽车工业较多采用高强度钢制造车身。烘烤硬化钢既有近似软钢的深冲性能，且在烘烤硬化后，具有较高的强度，因此，在许多汽车上大量使用烘烤硬化钢来代替普通的软钢，用于汽车车身外覆盖件的制造。这一方面可使外板减薄达到车身轻量化的目的；另一方面又可通过其烘烤硬化特性提高车身外覆盖件的抗凹陷性。
目前关于冷轧超低碳烘烤硬化钢的专利和文献报告集中在180MPa、220MPa及更高强度的产品，这些产品一般通过加入较多的C、Mn、P等合金元素，辅以较低的退火温度从而获得比140MPa级冷轧超低碳钢更高的强度，但由于汽车覆盖件对材料成形能力要求较高，这些较高强度的产品在成型复杂的零件时则较为困难。
现国标中对烘烤硬化值要求下限均为30MPa，140MPa级别的烘烤硬化钢虽有较好的成形能力，但由于成型后的零件刚度依然较小，故在成型复杂零件时多考虑使用普通低碳钢或无间隙原子钢等，导致该产品实际应用范围较小，所以，如能开发一种具有高烘烤硬化特性的140MPa级冷轧超低碳钢，提升成型零件的刚度，对同时要求材料成形能力及刚度的复杂车身零件具有重要意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种140MPa级高烘烤硬化特性冷轧超低碳钢，本发明还提供一种140MPa级高烘烤硬化特性冷轧超低碳钢的生产方法。
解决上述技术问题的技术方案为：
140MPa级高烘烤硬化特性冷轧超低碳钢，其组分及重量百分含量为：C:0.002-0.003%，Si≤0.03%，Mn:0.25~0.35%，P:0.008-0.018%，S≤0.012%，Als:0.025~0.055%，N≤0.003%，Nb:0.007~0.013%，余量为Fe及不可避免的杂质。
140MPa级高烘烤硬化特性冷轧超低碳钢的生产方法，包括炼钢、热轧、酸轧及连续退火工序；所述退火工序中，均热温度840~850℃，保温时间75-94s。
上述的140MPa级高烘烤硬化特性冷轧超低碳钢的生产方法，所述退火工序中，缓冷温度640~660℃，冷却速度为6.5-10℃/s，快冷结束温度330~370℃，冷却速度45-69℃/s，过时效结束温度280-320℃，时效时间275-345s，平整延伸率0.8-1.2%。
上述的140MPa级高烘烤硬化特性冷轧超低碳钢的生产方法，所述热轧工序中，热轧分加热段和均热段，在炉时间200-230min，均热段温度1195-1250℃，终轧温度为906-934℃；层流冷却采用前段1/2冷却的方式，卷取温度703-737℃，得到显微组织为铁素体的热轧卷板。
上述的140MPa级高烘烤硬化特性冷轧超低碳钢的生产方法，所述酸轧工序总压下率为70-80%。
上述的140MPa级高烘烤硬化特性的冷轧超低碳钢，所述冷轧超低碳钢中固溶C原子含量在1.0×10-5～2.4×10-5；其力学性能：屈服强度Rp0.2:140~190MPa，抗拉强度Rm：270~320MPa，断后伸长率A80mm≥37%，塑性应变比r90≥2.0，加工硬化指数n90≥0.20，烘烤硬化值BH＞50MPa，且3个月不发生自然时效。
连退工序中，合适的均热温度是超低碳烘烤硬化钢中控制固溶C原子的重要参数，在退火加热温度下NbC发生回溶分解:NbC↔[Nb]+[C]，NbC在铁素体基体中的溶解和沉淀析出过程是一个可逆的化学反应过程，随着带钢温度变化，Nb、C的平衡固溶量和NbC的量也将随之改变。本发明中NbC在铁素体中固溶度积公式采用雍岐龙教授推导的经验公式，另外沉淀析出元素质量必须满足其在第二相中的理想化学配比，两个公式如下：
Figure 510571DEST_PATH_IMAGE002
式中:
Figure 224449DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 519033DEST_PATH_IMAGE006
为平衡条件下固溶于铁素体中的铌、碳元素的质量分数，%。
Figure 209515DEST_PATH_IMAGE008
、
Figure 210838DEST_PATH_IMAGE010
为钢中铌、碳元素的质量分数，%；T表示温度，K。
成分采取本发明的中间值，可得出平衡条件下固溶于铁素体中的碳元素的质量分数在790℃和840℃时分别为1.35×10-5，1.6×10-5，即均热从790℃增加至840℃时，固溶C原子的含量增加2.5×10-6，固溶C原子的增加可增加材料的烘烤硬化特性。
另一方面较高的均热温度有利于再结晶晶粒充分长大，晶粒尺寸增大，晶界总面积变小，储存在晶界位置的碳氮原子总量减小，因而增加了基体中固溶碳氮含量。本发明所述均热温度执行840-850℃，结合钢中C、Nb元素含量上下限值，理论计算可将钢中固溶C原子控制在1.0×10-5到2.4×10-5之间，本发明主要对钢中固溶C原子的下限进行控制，840℃时材料的烘烤硬化值即可＞50MPa，由于随着钢中固溶C原子的增大，材料抵抗自然时效能力变差，故综合考虑，退火温度上限设为850℃。
酸轧压下率提供了连续退火再结晶的驱动力，决定了再结晶形核点数量及最终晶粒尺寸，本发明酸轧工序总压下率为70-80%。
连退工艺的缓冷段主要作用为材料从均热段到快速冷却开始前的过渡阶段，避免在较高的温度直接冷却影响产品的板形质量，但由于温度下降，NbC的固溶度明显下降，考虑到NbC的析出过程实际上是Nb原子扩散控制过程，因此增大缓冷段冷却速度能够抑制NbC析出，提高基体内固溶碳含量和烘烤硬化性能。本发明所述缓冷结束温度执行640-660℃，冷却速度执行6.5-10℃/s。
连退工艺的快冷段的作用是通过快速冷却，使钢中的固溶C原子较大程度的保留到最终产品中，可明显提高最终产品的烘烤硬化特性，本发明快冷结束温度330~370℃，冷却速度45-69℃/s。
各化学成分的作用如下：
C:超低C含量可以降低钢的强度，提高钢的塑性，但在烘烤硬化钢中，需要一定的固溶C，使得钢在烘烤后获得较高的强度，即具有较好的烘烤硬化特性；
Nb：Nb在烘烤硬化钢中主要和C形成NbC化合物，在高温下易溶解，在快速冷却后利于保留固溶的C，从而实现钢的烘烤硬化特性。本发明为获得较好的烘烤硬化特性，对钢中C的固溶量进行控制，配合840-850℃的高温退火工艺，将C含量控制在0.002-0.003wt%范围内，Nb元素控制在0.007-0.013wt%范围内。
本发明产品的烘烤硬化特性主要与钢Nb、C元素的质量分数有关，故需对Nb、C成分进行合理范围控制，以保证钢中存有一定的固溶C原子，从而使钢获得烘烤硬化特性。在840-850℃退火温度下，通过理论计算，本发明140MPa级超低碳烘烤硬化钢铁素体中固溶C原子质量分数可控制在1.0×10-5至2.4×10-5之间，通过对工艺和元素的精确控制，将材料的烘烤硬化值稳定在50MPa以上，该发明需要对Nb、C等合金元素、以及后续的退火温度进行综合考虑和复杂的计算，不仅使钢具有优良的成形能力，并且获得较高的烘烤硬化特性。
本发明提供的140MPa级烘烤硬化钢采用Nb微合金超低碳成分，采用高温终轧和高温卷取工艺，材料在高温卷取时析出的第二相粒子可作为后续晶粒的形核质点，从而促进再结晶，有助于材料{111}织构发展，较大的冷轧压下量使位错密度增高，畸变能增高，再结晶的驱动力越大，有助于提高退火钢板的深冲性能。在连退机组执行合适的均热温度，有利于充分再结晶，并增加钢中固溶原子的数量，经快速冷却，在钢中保留较多的C、N固溶原子，在后续平整工艺给予足够的平整延伸率，这是烘烤硬化钢抵抗自然时效最直接手段。
由于该钢种利用固溶原子增加烘烤硬化特性，常温下固溶原子向位错偏聚，造成材料强度上升，即存在时效性。本发明生产的产品保证3个月内不发生自然时效。
本发明的有益效果在于：
本发明通过精准控制Nb、C等合金元素，辅以高温退火工艺，将钢中固溶C原子理论值控制在1.0×10-5～2.4×10-5，生产的140MPa级冷轧超低碳钢，在常温下具有较好的成形能力，且具有＞50Mpa的稳定的高烘烤硬化值，不仅满足了零件的成型需求，并且满足了零件成型后的刚度需要，表现出良好的综合性能。
具体实施方式
以下结合具体实施例1~10对本发明做进一步详细说明：
实施例1~10化学成分组成及质量百分比含量见表1；实施例1~10生产的烘烤硬化钢力学性能见表2。生产方法包括炼钢工序、热轧工序、酸轧工序及连续退火工序；每个实施例的生产工艺参数分述如下：
实施例1
热轧工序：热轧板坯在炉时间200min，温度为1215℃，终轧温度控制在909℃，层流冷却采用前段1/2冷却的方式，卷取温度控制在710℃；
酸轧工序：酸轧总压下率为70%；
连续退火工序：分为预热段、加热一段、加热二段、加热三段、均热段、缓冷段、快冷段、时效段和终冷段：加热三段、均热段温度控制在850℃，保温时间75s，缓冷温度640℃，缓冷段冷却速度为10℃/s，快冷段结束温度353℃，快冷段冷却速度为59.8℃/s，过时效结束温度291℃，时效时间为275s，平整延伸率执行1.0%。
实施例2
热轧工序：热轧板坯在炉时间216min，温度为1195℃，终轧温度控制在906℃，层流冷却采用前段1/2冷却的方式，卷取温度控制在703℃；
酸轧工序：酸轧总压下率为76%；
连续退火工序：分为预热段、加热一段、加热二段、加热三段、均热段、缓冷段、快冷段、时效段和终冷段：加热三段、均热段温度控制在845℃，保温时间88s，缓冷温度646℃，缓冷段冷却速度为7.7℃/s，快冷段结束温度330℃，快冷段冷却速度为46℃/s，过时效结束温度307℃，时效时间为325s，平整延伸率执行1.1%。
实施例3
热轧工序：热轧板坯在炉时间230min，温度为1220℃，终轧温度控制在928℃，层流冷却采用前段1/2冷却的方式，卷取温度控制在737℃；
酸轧工序：酸轧总压下率为73%；
连续退火工序：分为预热段、加热一段、加热二段、加热三段、均热段、缓冷段、快冷段、时效段和终冷段：加热三段、均热段温度控制在840℃，保温时间94s，缓冷温度660℃，缓冷段冷却速度为6.5℃/s，快冷段结束温度342℃，快冷段冷却速度为53℃/s，过时效结束温度313℃，时效时间为345s，平整延伸率执行1.2%。
实施例4
热轧工序：热轧板坯在炉时间207min，温度为1250℃，终轧温度控制在934℃，层流冷却采用前段1/2冷却的方式，卷取温度控制在728℃；
酸轧工序：酸轧总压下率为80%；
连续退火工序：分为预热段、加热一段、加热二段、加热三段、均热段、缓冷段、快冷段、时效段和终冷段：加热三段、均热段温度控制在847℃，保温时间85.7s，缓冷温度653℃，缓冷段冷却速度为8.1℃/s，快冷段结束温度362℃，快冷段冷却速度为53℃/s，过时效结束温度287℃，时效时间为316s，平整延伸率执行0.9%。
实施例5
热轧工序：热轧板坯在炉时间225min，温度为1228℃，终轧温度控制在921℃，层流冷却采用前段1/2冷却的方式，卷取温度控制在717℃；
酸轧工序：酸轧总压下率为79%；
连续退火工序：分为预热段、加热一段、加热二段、加热三段、均热段、缓冷段、快冷段、时效段和终冷段：加热三段、均热段温度控制在849℃，保温时间83s，缓冷温度644℃，缓冷段冷却速度为8.4℃/s，快冷段结束温度349℃，快冷段冷却速度为55℃/s，过时效结束温度320℃，时效时间为307s，平整延伸率执行0.8%。
实施例6
热轧工序：热轧板坯在炉时间221min，温度为1205℃，终轧温度控制在918℃，层流冷却采用前段1/2冷却的方式，卷取温度控制在725℃；
酸轧工序：酸轧总压下率为72%；
连续退火工序：分为预热段、加热一段、加热二段、加热三段、均热段、缓冷段、快冷段、时效段和终冷段：加热三段、均热段温度控制在841℃，保温时间81s，缓冷温度658℃，缓冷段冷却速度为8.1℃/s，快冷段结束温度351℃，快冷段冷却速度为59℃/s，过时效结束温度280℃，时效时间为299s，平整延伸率执行1.0%。
实施例7
热轧工序：热轧板坯在炉时间211min，温度为1199℃，终轧温度控制在907℃，层流冷却采用前段1/2冷却的方式，卷取温度控制在733℃；
酸轧工序：酸轧总压下率为71%；
连续退火工序：分为预热段、加热一段、加热二段、加热三段、均热段、缓冷段、快冷段、时效段和终冷段：加热三段、均热段温度控制在843℃，保温时间79s，缓冷温度651℃，缓冷段冷却速度为8.2℃/s，快冷段结束温度336℃，快冷段冷却速度为62℃/s，过时效结束温度315℃，时效时间为291s，平整延伸率执行0.9%。
实施例8
热轧工序：热轧板坯在炉时间228min，温度为1247℃，终轧温度控制在931℃，层流冷却采用前段1/2冷却的方式，卷取温度控制在712℃；
酸轧工序：酸轧总压下率为79%；
连续退火工序：分为预热段、加热一段、加热二段、加热三段、均热段、缓冷段、快冷段、时效段和终冷段：加热三段、均热段温度控制在846℃，保温时间77s，缓冷温度647℃，缓冷段冷却速度为8.8℃/s，快冷段结束温度347℃，快冷段冷却速度为61℃/s，过时效结束温度303℃，时效时间为283s，平整延伸率执行1.1%。
实施例9
热轧工序：热轧板坯在炉时间217min，温度为1201℃，终轧温度控制在911℃，层流冷却采用前段1/2冷却的方式，卷取温度控制在729℃；
酸轧工序：酸轧总压下率为79%；
连续退火工序：分为预热段、加热一段、加热二段、加热三段、均热段、缓冷段、快冷段、时效段和终冷段：加热三段、均热段温度控制在843℃，保温时间75s，缓冷温度660℃，缓冷段冷却速度为8.7℃/s，快冷段结束温度330℃，快冷段冷却速度为69℃/s，过时效结束温度291℃，时效时间为275s，平整延伸率执行0.9%。
实施例10
热轧工序：热轧板坯在炉时间219min，温度为1218℃，终轧温度控制在921℃，层流冷却采用前段1/2冷却的方式，卷取温度控制在710℃；
酸轧工序：酸轧总压下率为79%；
连续退火工序：分为预热段、加热一段、加热二段、加热三段、均热段、缓冷段、快冷段、时效段和终冷段：加热三段、均热段温度控制在848℃，保温时间94s，缓冷温度640℃，缓冷段冷却速度为7.5℃/s，快冷段结束温度370℃，快冷段冷却速度为45℃/s，过时效结束温度313℃，时效时间为345s，平整延伸率执行1.1%。
表1 实施例1-10超低碳烘烤硬化钢板的化学成分组成及质量百分含量（wt%）
Figure DEST_PATH_IMAGE011
表2 实施例1-10超低碳烘烤硬化钢板的力学性能
Figure 482901DEST_PATH_IMAGE012
。

Claims (4)

1.140MPa级高烘烤硬化特性冷轧超低碳钢，其特征在于：组分及重量百分含量为：C:0.002-0.003%，Si≤0.03%，Mn:0.25~0.35%，P:0.008-0.018%，S≤0.012%，Als:0.025~0.055%，N≤0.003%，Nb:0.007~0.013%，余量为Fe及不可避免的杂质，所述冷轧超低碳钢中固溶C原子含量在1.0×10-5 ～2.4×10-5 ，所述冷轧超低碳钢的力学性能：屈服强度Rp0.2:140~190MPa，抗拉强度Rm：270~320MPa，断后伸长率A80mm≥37%，塑性应变比r90≥2.0，加工硬化指数n90≥0.20，烘烤硬化值BH＞50MPa，且3个月不发生自然时效，所述冷轧超低碳钢由下述方法生产：包括炼钢、热轧、酸轧及连续退火工序；所述退火工序中，均热温度840~850℃，保温时间75-94s；所述退火工序中，缓冷温度640~660℃，冷却速度为6.5-10℃/s，快冷结束温度330~370℃，冷却速度45-69℃/s，过时效结束温度280-320℃，时效时间275-345s，平整延伸率0.8-1.2%。
2.一种如权利要求1所述的140MPa级高烘烤硬化特性冷轧超低碳钢的生产方法，包括炼钢、热轧、酸轧及连续退火工序；其特征在于：所述退火工序中，均热温度840~850℃，保温时间75-94s；所述退火工序中，缓冷温度640~660℃，冷却速度为6.5-10℃/s，快冷结束温度330~370℃，冷却速度45-69℃/s，过时效结束温度280-320℃，时效时间275-345s，平整延伸率0.8-1.2%。
3.如权利要求2所述的140MPa级高烘烤硬化特性冷轧超低碳钢的生产方法，其特征在于：所述热轧工序中，热轧分加热段和均热段，在炉时间200-230min，均热段温度1195-1250℃，终轧温度为906-934℃；层流冷却采用前段1/2冷却的方式，卷取温度703-737℃，得到显微组织为铁素体的热轧卷板。
4.如权利要求2所述的140MPa级高烘烤硬化特性冷轧超低碳钢的生产方法，其特征在于：所述酸轧工序总压下率为70-80%。
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