CN111440987B - 采用短流程生产的抗拉强度≥980MPa淬火配分钢及方法 - Google Patents

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Abstract

短流程生产的抗拉强度≥980MPa淬火配分钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.13～0.20%，Si：1.0～1.8%，Mn：1.3～2.0%，Ti：0.02～0.05%，V：0.01～0.03%，Als：0.02～0.05%，P：≤0.015%，S：≤0.005%，N：≤0.004%，O：≤30ppm；工艺：冶炼；连铸成坯；对铸坯均热；除鳞；七道次精轧；层流冷却；卷取；平整；酸洗；连续退火。本发明在保证钢带屈服强度650~800MPa、抗拉强度≥980MPa，延伸率≥20%的前提下，能使连铸漏钢率不超过2%，裂纹改判率不超过2.8%，扁卷发生率不超过3%，且无需冷轧；钢卷在室温下金相组织为：马氏体体积占比为45%~60%，残余奥氏体体积占比为8%~15%，其余为铁素体。

Description

采用短流程生产的抗拉强度≥980MPa淬火配分钢及方法
技术领域
本发明涉及一种汽车用钢及生产方法，具体涉及一种采用短流程生产的抗拉强度≥980MPa淬火配分钢及方法。
背景技术
在现代汽车行业中，轻量化和安全性是汽车未来发展的必然趋势，这就要求汽车钢板在具有较高强度的同时，还要具有良好的塑性。2003年美国矿业大学Speer教授提出了淬火配分的工艺概念，该工艺在国内已有研究。淬火配分工艺是将钢加热至部分或完全奥氏体化后淬火至Ms与Mf之间的某一温度，生成一定量的马氏体，之后保温或升高至某一温度保温一段时间完成碳分配，即碳从过饱和的马氏体中分配至未转变的奥氏体中，以提高室温下奥氏体的稳定性，使室温组织由铁素体、马氏体和残余奥氏体组成，从而获得较高的强度和塑性。
而钢铁作为汽车车身的主要用料，近年来沿着高强度、高成形性和高强塑积的趋势发展，淬火配分钢作为第三代先进汽车用钢产品的代表。
目前，淬火配分钢均是采用传统的两段热轧生产线进行生产，即采用热轧+冷轧的制造工艺。其存在工艺流程长、能耗和制造成本高等问题。如经检索的：
中国专利公开号为CN 103805838A的文献，公开了《一种高成形性超高强度冷轧钢板及其制造方法》，其成分重量百分比为：C：0.15~0.25%， Si：1.00~2.00%，Mn：1.50~3.00%，P：≤0.015%，S：≤ 0.012%，Al：0.03~0.06%，N：≤0.008%，其余为Fe和不可避免的杂质。制造方法包括如下步骤：1）冶炼、铸造；2）加热，加热至1170～1230℃，保温；3）热轧，终轧温度880±30℃，550～650℃卷取；4）酸洗、冷轧、退火，冷轧变形量40～ 60%，860～920℃退火，以 3～10℃/s冷速缓冷至690～750℃；再快冷至240～320℃，冷却速度≥50℃ /s，然后再加热至360～460℃、保温100~500s，最后冷却至室温。最终获得屈服强度在600～900MPa、抗拉强度980～1150MPa、延伸率17～25%、成形性优越、低回弹特性的超高强度冷轧钢板。
中国专利公开号为CN 106350731A的文献，公开了《一种具有优良磷化性能和成形性的冷轧高强度钢板及其制造方法》，其化学成分按重量百分比：C：0.10～0.20％，Si：1.50～2.50％，Mn：1 .50～2.50％，P：≤0.02％，S：≤0.02％，Al：0.03～0.06％，N：≤0.01％，其余为Fe及杂质。制造方法包括如下步骤：1）冶炼、铸造；2）热轧、卷取，将板坯加热到1170～1300℃，保温0.5～4h，轧制，终轧温度≥850℃；卷取，卷取温度为 400～600℃，获得热轧卷；3）酸洗、冷轧，将热轧卷开卷，进行酸洗及冷轧，酸洗速度为80～120m/min，冷轧压下量为40～80％，获得轧硬带钢；4）连续退火，将获得的轧硬带钢开卷、清洗；加热至均热温度800～930℃，保温30～200s，其中，加热速率为1～20℃/s，加热段和保温段的气氛采用N2-H2混合气体，其中H2含量为0.5～20％；退火气氛的露点为-25～10℃；之后快冷至180～280℃，冷却速度≥50℃/s；然后再加热至350～450℃，保温60～250s，获得具有优良磷化性能和成形性的冷轧高强度钢板。该钢板表层具有厚度为1～5μm的内氧化层，钢板表面无Si、Mn元素富集，具有良好的磷化性能和成形性，抗拉强度≥980MPa，延伸率≥20％，室温组织包含残余奥氏体、铁素体以及马氏体和/或贝氏体。本发明在连续退火过程中，控制加热段和均热段炉内气氛的露点，抑制Si、Mn等元素在钢板表面富集，使外氧化转为内氧化，使得钢板具有良好的磷化性能。
随着钢铁工业的发展，短流程工艺取得了长足进步，采用短流程工艺可以直接轧制生产最薄1.0～2.0mm规格的热轧产品，用于替代同等强度和同等厚度的冷轧产品，实现“以热代冷”。可大幅度缩短制造流程，节能减排效果显著，符合钢铁工业简约高效、绿色生态的发展方向。但如果采用短流程直接生产抗拉强度≥980MPa淬火配分钢，则会存在很多技术难题，诸如由于该钢种中含Si高、Mn高，导致薄板坯连铸漏钢率高达60%，裂纹改判率高达45%，薄规格扁卷发生率100%，且组织性能均一性也差。因而难以满足用户要求，生产成本也高等。由此，至今没有发现采用短流程生产抗拉强度≥980MPa淬火配分钢的相关报道。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种在保证钢带屈服强度650~800MPa、抗拉强度≥980MPa，延伸率≥20%的前提下，能使薄板坯连铸漏钢率降低至不超过2%，裂纹改判率降低至不超过2.8%，薄规格扁卷发生率降低至不超过3%，组织性能均一性优良，尺寸精度高，板形卷形好，且无需冷轧的采用短流程生产抗拉强度≥980MPa淬火配分钢及方法。
实现上述目的的技术措施：
短流程生产的抗拉强度≥980MPa淬火配分钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.13～0.20%，Si：1.0～1.8%，Mn：1.3～2.0%，Ti：0.02～0.05%，V：0.01～0.03%，Als：0.02～0.05%，P：≤0.015%，S：≤0.005%，N：≤0.004%，O：≤30ppm，其余为Fe及不可避免的杂质；钢卷在室温下的金相组织为：马氏体体积占比为45%~60%，残余奥氏体体积占比为8%~15%，其余为铁素体；力学性能为：屈服强度在650~800MPa，抗拉强度≥980MPa，延伸率≥20%；带钢全长厚度波动控制在±20μm之间。
优选地： Ti的重量百分比含量为：0.02～0.035%。
优选地：V的重量百分比含量为0.015～0.025%。
优选地：S的重量百分比含量为≤0.004%。
优选地：N的重量百分比含量为≤0.003%。
生产短流程生产的抗拉强度≥980MPa淬火配分钢的方法，其步骤：
1）按照成分要求进行常规冶炼；
2）连铸成坯：控制薄板坯厚度在55~85mm，铸机拉速在3.5-5.5m/min；
关于中间包钢水吨位的控制：如仅为淬火配分钢连浇时吨位不低于35吨；如为淬火配分钢与其它钢种混合连浇时吨位不低于25吨；
中间包的钢水过热度控制在15-40℃；
结晶器锥度在原始设定的0.48-0.8%基础上增加10～15%；
3） 对铸坯进行均热：其间：控制铸坯入均热炉温度在850～950℃；控制出炉温度在1200~1240℃，出炉板坯同板温度偏差≤10℃，在炉时间在35~50min；均热炉采用空气过剩系数1.3~1.6的强氧化气氛；
在加热速度为12-18℃∕min下缓慢加热，主加热区加热时间控制在25-35min，均热时间控制在10-15min；
4） 进行高压除鳞，控制第一道次除鳞水压力不低于240bar，第二道次除鳞水压力不低于320bar；
5） 进行七道次精轧：控制终轧温度在860~910℃，每卷带钢终轧温度波动控制在不超过20℃；带钢凸度C40≤40μm，楔形W40≤15μm，成品带钢全长厚度波动值控制在±20μm以内；
6）进行层流冷却，控制后段冷却速度在20~40℃/s，冷却至卷取温度；
7） 进行卷取，控制卷取温度在450~500℃，且控制每卷带钢卷取温度上下波动不超过20℃；
卷取结束后钢卷在卷取机内停置3~5min；后将钢卷转动3~4圈；对尾并卸卷；
当采用的为卧式运卷方式时，卸卷后，在钢卷运输至抽卷线托辊时再旋转90°，最后入库缓冷却至室温；
8） 进行平整，控制每1000mm不平度不超过10mm；
9） 进行酸洗，并控制酸洗速度在60~120m/min；
10）进行连续退火，控制退火温度在820~930℃；期间：先以5~10℃/s的冷却速度缓冷至660~700℃；之后再以不低于60℃/s的冷却速度快冷至200~300℃；然后进行配分，配分温度在360～460℃，配分时间在150~550s；最后冷却至室温。
优选地：卷取温度在455~485℃，且每卷带钢卷取温度上下波动不超过15℃。
优选地：退火温度在820~910℃；
期间：缓冷温度在660~690℃，快冷温度在215~285℃，配分温度在375～450℃，配分时间在150~520s。
优选地：酸洗速度在70~105m/min。
本发明中各组分及主要工艺的机理及作用
C：C是钢中最基本的强化元素，也是奥氏体稳定化元素，在奥氏体中较高的C 含量有利于提高残余奥氏体分数和材料性能。C含量如高于本发明所限定值，则会降低钢的焊接性，因此C含量控制在0.13～0.20%范围。
Si：Si不仅有一定的固溶强化作用，还是稳定奥氏体的重要元素。其在碳化物中的溶解度极小，在配分处理过程中强烈抑制渗碳体形成，促进碳向残余奥氏体中富集，提高残余奥氏体的稳定性。Si含量如高于本发明所限定值，会降低钢的高温塑性，增加炼钢、连铸和热轧过程的缺陷发生率。因此同样需要把Si 控制在1.0～1.8%范围内。
Mn：Mn能扩大奥氏体相区，降低马氏体转变温度Ms，使残余奥氏体的含量增加。此外Mn是固溶强化元素，对提高钢板的强度有利。但是Mn含量如高于本发明所限定值，会导致钢材的淬透性过高，不利于材料组织的精细控制。因此Mn含量需控制在1.3～2.0%范围。
P：P主要是起到固溶强化和抑制碳化物形成，提高残余奥氏体稳定性的作用。P 的加入会显著恶化焊接性能，增加材料的脆性，在本发明中将P 作为杂质元素，尽量控制在低水平。
S：S是一种杂质元素，尽量控制在较低水平。
Al：Al在炼钢过程中具有脱氧作用，Al的添加是为了提高钢水的纯净度。同时，钢中添加Al具有阻止渗碳体析出，并促进钢中逆马氏体相变的作用。此外，Al与碳、氮等形成细小弥散分布的难溶质点，可以细化晶粒。Al含量如高于本发明所限定值，容易形成大量氧化物夹杂，不利于炼钢连铸。因此Al含量需控制在0.02～0.05%范围。
N：N含量过高会给炼钢、连铸带来困难，不利于夹杂物控制。因此需尽量控制在较低水平。
Ti：Ti能固定钢中的氮使之形成稳定的化合物，改善铸坯质量，消除边角裂缺陷。还能形成细小的碳化物，阻止奥氏体晶粒长大，细化晶粒，也能起到沉淀强化的作用。但如高于本发明所限定值，则不利于C向残余奥氏体中富集与残余奥氏体的稳定化，因此将限定在0.02～0.05%范围。
V：V的作用是形成细小的碳化物，可提高钢的强度，改善材料的微观组织和综合性能。但如高于本发明所限定值，则不利于C向残余奥氏体中富集与残余奥氏体的稳定化，因此将限定在0.01～0.03%范围。
O：淬火配分钢表面线状缺陷和表面起皮缺陷主要来源于连铸板坯皮下含有 Al2O3等类型夹杂物。因此要提高成品带钢的表面质量，就要降低钢中脱氧夹杂物，而要降低钢中夹杂物首先就要降低转炉终点氧含量，这是产生夹杂物的源头。所以本发明中O含量设计为最小含量，根据转炉炼钢的实际情况，本发明钢中的O含量设计为≤30ppm。
本发明之所以在连铸成坯时，控制过热度在15~40℃，是由于：过热度低于15℃时，保护渣融化效果不佳，影响保护渣的液渣润滑下行，从而影响保护渣的性能，使铸坯表面冷却不均匀，容易产生裂纹；过热度高于40℃时，铸坯在结晶器内初生坯壳薄，也容易产生裂纹。
本发明之所以将结晶器锥度在原始设定的0.48-0.8%基础上增加10～15%，是由于结晶器倒锥度过大，会使铸坯坯壳和结晶器之间间隙过小，保护渣填充不够，导致拉坯阻力过大，易将坯壳撕裂导致破边缺陷；如结晶器倒锥度过小，铸坯窄面起不到很好的支承作用，铸坯坯壳和结晶器之间间隙过大，易产生“气隙”，导致坯壳局部收缩过大，产生裂纹。尤其是结晶器使用的中后期，结晶器窄面铜板磨损严重，结晶器实际锥度过小，更易产生裂纹。
本发明之所以采用在加热速度为12-18℃∕min下缓慢加热，主加热区加热时间控制在25-35min，均热时间控制在10-15min，是由于考虑到淬火配分钢Mn含量较高，出炉温度高而导热性较差以及热应力对裂纹的影响，采用缓慢加热方式，主加热区延长，均热区缩短。考虑到淬火配分钢Si含量较高，为降低高Si钢氧化铁皮的粘性，提高其可剥离性，均热炉采用强氧化气氛。
本发明与现有技术相比，在保证钢带屈服强度650~800MPa、抗拉强度≥980MPa，延伸率≥20%的前提下，能使薄板坯连铸漏钢率降低至不超过2%，裂纹改判率降低至不超过2.8%，薄规格扁卷发生率降低至不超过3%，组织性能均一性优良，尺寸精度高，板形卷形好，且无需冷轧；钢卷在室温下的金相组织为：马氏体体积占比为45%~60%，残余奥氏体体积占比为8%~15%，其余为铁素体。
附图说明
图1为本发明钢的金相组织图。
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化学成分取值列表；
表2为本发明各实施例及对比例主要工艺参数取值列表；
表3为本发明各实施例及对比例性能检测及结果列表；
各实施例均按照以下步骤生产：
1）按照成分要求进行常规冶炼；
2）连铸成坯：控制薄板坯厚度在55~85mm，铸机拉速在3.5-5.5m/min；
关于中间包钢水吨位的控制：如仅为淬火配分钢连浇时吨位不低于35吨；如为淬火配分钢与其它钢种混合连浇时吨位不低于25吨；
中间包的钢水过热度控制在15-40℃；
结晶器锥度在原始设定的0.48-0.8%基础上增加10～15%；
3） 对铸坯进行均热：其间：控制铸坯入均热炉温度在850～950℃；控制出炉温度在1200~1240℃，出炉板坯同板温度偏差≤10℃，在炉时间在35~50min；均热炉采用空气过剩系数1.3~1.6的强氧化气氛；
在加热速度为12-18℃∕min下缓慢加热，主加热区加热时间控制在25-35min，均热时间控制在10-15min；
4） 进行高压除鳞，控制第一道次除鳞水压力不低于240bar，第二道次除鳞水压力不低于320bar；
5） 进行七道次精轧：控制终轧温度在860~910℃，每卷带钢终轧温度波动控制在不超过20℃；带钢凸度C40≤40μm，楔形W40≤15μm，成品带钢全长厚度波动值控制在±20μm以内；
6）进行层流冷却，控制后段冷却速度在20~40℃/s，冷却至卷取温度；
7） 进行卷取，控制卷取温度在450~500℃，且控制每卷带钢卷取温度上下波动不超过20℃；
卷取结束后钢卷在卷取机内停置3~5min；后将钢卷转动3~4圈；对尾并卸卷；
当采用的为卧式运卷方式时，卸卷后，在钢卷运输至抽卷线托辊时再旋转90°，最后入库缓冷却至室温；
8） 进行平整，控制每1000mm不平度不超过10mm；
9） 进行酸洗，并控制酸洗速度在60~120m/min；
10）进行连续退火，控制退火温度在820~930℃；期间：先以5~10℃/s的冷却速度缓冷至660~700℃；之后再以不低于60℃/s的冷却速度快冷至200~300℃；然后进行配分，配分温度在360～460℃，配分时间在150~550s；最后冷却至室温。
表1 本发明各实施例及对比例化学成分取值列表（wt%）
实施例 C Si Mn Ti V Als P S N O
1 0.15 1.8 2.0 0.02 0.02 0.05 0.015 0.005 0.004 30ppm
2 0.16 1.3 1.5 0.03 0.02 0.04 0.013 0.003 0.004 26ppm
3 0.20 1.0 1.4 0.02 0.01 0.03 0.012 0.004 0.003 28ppm
4 0.18 1.5 1.3 0.03 0.03 0.02 0.011 0.004 0.003 22ppm
5 0.19 1.6 1.7 0.04 0.02 0.02 0.011 0.003 0.004 25ppm
6 0.13 1.8 1.9 0.05 0.03 0.03 0.011 0.004 0.004 25ppm
7 0.19 1.0 1.8 0.03 0.02 0.05 0.011 0.004 0.003 26 ppm
8 0.17 1.5 2.0 0.03 0.02 0.03 0.012 0.003 0.003 28ppm
9 0.16 1.3 1.5 0.03 0.03 0.04 0.011 0.002 0.004 29ppm
10 0.20 1.7 1.3 0.04 0.02 0.03 0.009 0.003 0.003 28ppm
对比例1 0.20 1.5 1.9 0.05 0.03 0.04 0.014 0.004 0.004 29 ppm
对比例2 0.18 1.7 2.0 0.05 0.02 0.05 0.015 0.005 0.004 30 ppm
表2 本发明各实施例及对比例主要工艺参数取值列表
Figure DEST_PATH_IMAGE001
续表2-1
Figure DEST_PATH_IMAGE003
续表2-2
Figure DEST_PATH_IMAGE005
表3 本发明各实施例及对比例组织性能检测情况列表
Figure 262753DEST_PATH_IMAGE006
从表3可以看出：采用短流程生产的淬火配分钢屈服强度在650~800MPa、抗拉强度≥980MPa、延伸率≥20%的钢带，板坯连铸漏钢率降低至不超过2%，裂纹改判率降低至不超过2.8%，薄规格扁卷发生率降低至不超过3%，综合性能优异，完全能满足制造结构较为复杂、成形性能要求高的车辆结构件和安全件，如座椅滑轨及B柱等。
以上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 (4)

1.短流程生产的抗拉强度≥980MPa淬火配分钢的生产方法，其步骤：
1）按照成分要求进行常规冶炼；
2）连铸成坯：控制薄板坯厚度在55~85mm，铸机拉速在3.5-5.5m/min；
关于中间包钢水吨位的控制：如仅为淬火配分钢连浇时吨位不低于35吨；如为淬火配分钢与其它钢种混合连浇时吨位不低于25吨；
中间包的钢水过热度控制在15-40℃；
结晶器锥度在原始设定的0.48-0.8%基础上增加10～15%；
3） 对铸坯进行均热：其间：控制铸坯入均热炉温度在850～950℃；控制出炉温度在1200~1240℃，出炉板坯同板温度偏差≤10℃，在炉时间为35~50min；均热炉采用空气过剩系数1.3~1.6的强氧化气氛；
在加热速度为12-18℃∕min下缓慢加热，主加热区加热时间控制在25-35min，均热时间控制在10-15min；
4） 进行高压除鳞，控制第一道次除鳞水压力不低于240bar，第二道次除鳞水压力不低于320bar；
5） 进行七道次精轧：控制终轧温度在860~910℃，每卷带钢终轧温度波动控制在不超过20℃；带钢凸度C40≤40μm，楔形W40≤15μm，成品带钢全长厚度波动值控制在±20μm以内；
6）进行层流冷却，控制后段冷却速度在20~40℃/s，冷却至卷取温度；
7） 进行卷取，控制卷取温度在450~500℃，且控制每卷带钢卷取温度上下波动不超过20℃；
卷取结束后钢卷在卷取机内停置3~5min；后将钢卷转动3~4圈；对尾并卸卷；
当采用的为卧式运卷方式时，卸卷后，在钢卷运输至抽卷线托辊时再旋转90°，最后入库缓冷却至室温；
8） 进行平整，控制每1000mm不平度不超过10mm；
9） 进行酸洗，并控制酸洗速度在60~120m/min；
10）进行连续退火，控制退火温度在820~930℃；期间：先以5~10℃/s的冷却速度缓冷至660~700℃；之后再以不低于60℃/s的冷却速度快冷至200~300℃；然后进行配分，配分温度在360～460℃，配分时间在150~550s；最后冷却至室温；
所述短流程生产的抗拉强度≥980MPa淬火配分钢，其组分及重量百分比含量为：C：0.13～0.20%，Si：1.0～1.8%，Mn：1.3～2.0%，Ti：0.02～0.05%，V：0.01～0.03%，Als：0.02～0.05%，P：≤0.015%，S：≤0.005%，N：≤0.004%，O：≤30ppm，其余为Fe及不可避免的杂质；钢卷在室温下的金相组织为：马氏体体积占比为45%~60%，残余奥氏体体积占比为8%~15%，其余为铁素体；力学性能为：屈服强度在650~800MPa，抗拉强度≥980MPa，延伸率≥20%；带钢全长厚度波动控制在±20μm之间。
2.如权利要求1所述的短流程生产的抗拉强度≥980MPa淬火配分钢的生产方法，其特征在于：卷取温度在455~485℃，且每卷带钢卷取温度上下波动不超过15℃。
3.如权利要求1所述的短流程生产的抗拉强度≥980MPa淬火配分钢的生产方法，其特征在于：退火温度在820~910℃；
期间：缓冷温度在660~690℃，快冷温度在215~285℃，配分温度在375～450℃，配分时间在150~520s。
4.如权利要求1所述的短流程生产的抗拉强度≥980MPa淬火配分钢的生产方法，其特征在于：酸洗速度在70~105m/min。
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