CN111455285A - 一种低成本且易生产的抗拉强度980MPa级冷轧双相钢及其生产方法 - Google Patents

一种低成本且易生产的抗拉强度980MPa级冷轧双相钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种低成本且易生产的抗拉强度980MPa级冷轧双相钢及其生产方法，成分：C 0.080‑0.095％、Si 0.4‑0.6％、Mn 2.1‑2.3％、Als 0.06‑0.08％、Cr 0.2‑0.4％、Nb 0.03‑0.05％、Ti 0.01‑0.02％、Ca 0.0015‑0.0040％、P≤0.012％、S≤0.005％、N≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明没有添加昂贵的Mo、V，合金含量不高，成本低廉，容易轧制，显著降低生产难度。在采用高速气体喷射冷却技术的连退机组之上，通过“缓冷‑快冷Ⅰ‑快冷Ⅱ”的分段冷却，获得弯曲性能和表面质量优异的冷轧DP980。

Description

一种低成本且易生产的抗拉强度980MPa级冷轧双相钢及其生 产方法
技术领域
本发明涉及冶金板材生产技术领域，更具体地说，涉及一种低成本且易生产的抗拉强度980MPa级冷轧双相钢及其生产方法。
背景技术
由于产业诉求以及政策诱导，汽车用钢朝着兼具减重节能和碰撞安全性的高强钢方向发展已是必然趋势。当前，高强度铁素体-马氏体双相钢在汽车制造中的应用十分广泛，抗拉强度等级覆盖440MPa-1180MPa。铁素体-马氏体双相钢在生产过程中需要经过快速冷却，因此成分和工艺很大程度上受到技术装备的限制。
现代连续退火生产线上常见的冷却技术有：水淬(WQ)、辊冷(RQ)、气体喷射冷却(GJC)、高速气体喷射冷却(HGJC)、高氢保护高速气体喷射冷却(H2-HGJC)、复合冷却。对于抗拉强度980MPa级铁素体-马氏体双相钢，采用冷速最快的WQ工艺时，合金含量最低，容易轧制，成形性能优良，但是太大的冷速容易造成板形不良以及带钢表面形成氧化膜；采用HGJC或者H2-HGJC工艺时，合金含量较高，带钢表面质量高，但是高的合金含量明显提高了轧制难度以及降低了产品的使用性能(可焊性、成形性、形状冻结性)；采用RQ工艺时，合金含量适中，可以兼顾产品的可轧性和使用性能，但带钢和辊子的接触容易导致冷却不均和相对滑动，影响带钢表面质量。经检索，现有的抗拉强度980MPa级冷轧双相钢，鲜有综合了低成本、易生产、高性能和高表面质量的技术解决方案。
2019年1月29日公开的中国专利CN 109280854 A公开了一种980MPa级低碳冷轧双相钢及其制备方法，钢板成分百分比为：C 0.06-0.08％、Si 0.40-0.60％、Mn 2.20-2.50％、Cr 0.60-0.80％、Al 0.02-0.05％、V 0.05-0.10％、P≤0.015％、S≤0.005％、N≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。通过1000-1100℃精轧开轧、850-950℃精轧终轧、600-700℃卷取、40-70％的酸轧压下、800-850℃保温、2-5℃/s缓冷至700-750℃、30-80℃/s快冷至过时效温度200-300℃、0.20-0.50％的平整，得到抗拉强度980MPa级冷轧双相钢。尽管该方法降低了C含量，然而添加了大量的合金元素V和Cr，影响焊接性能，合金成本较高。
2017年8月18日公开的中国专利CN 107058869 B公开了一种超低屈强比980MPa级冷轧双相钢及其制造方法，钢板成分百分比为：C 0.13-0.18％、Si 0.3-0.6％、Mn 1.70-2.4％、Als 0.03-0.06％、Cr 0.3-0.5％、Nb 0-0.05％，余量为Fe和不可避免的杂质。该方法生产的DP980具有超低屈强比(YS/TS<0.50)的性能特点，以及含有3-7％的残余奥氏体组织，有利于冲压成形，然而低的屈服强度意味着低的抵抗起始塑性变形能力，残余奥氏体向马氏体转变时回弹增大，零件的形状冻结性不高。同时，较高的C含量，不利于焊接和轧制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本且易生产的抗拉强度980MPa级冷轧双相钢，成本低，易生产，性能优异。
本发明另一目的在于提供一种低成本且易生产的抗拉强度980MPa级冷轧双相钢的生产方法，采用铌钛复合微合金化的低碳-控锰-加铬成分设计，结合控轧控冷以及“缓冷-快冷Ⅰ-快冷Ⅱ”的分段冷却，从而生产出弯曲性能和表面质量优异的冷轧DP980。
本发明具体技术方案如下：
一种低成本且易生产的抗拉强度980MPa级冷轧双相钢的生产方法，包括以下步骤：冶炼、连铸、热轧、酸洗冷轧和连续退火。
进一步的，连铸过程中，投用动态轻压下和电磁搅拌装置，铸坯厚度210-250mm。
进一步的，热轧包括加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取。
所述加热：将板坯加热至1200-1260℃，在炉时间3.5-5.5h；
所述粗轧：经过5-10道次的粗轧，轧至35-50mm；
所述精轧：经过7个道次的精轧，轧至2-5mm；所述精轧开轧温度为970-1080℃，终轧温度为850-920℃；
所述卷取：卷取温度为520-580℃，卷取以后空冷。
进一步的，酸洗冷轧过程中，冷轧压下率为50-70％。
进一步的，连续退火过程中，加热温度770-820℃，保温85-135s以后进行缓冷-快冷Ⅰ-快冷Ⅱ的分段冷却，具体为：以10-18℃/s的速率缓冷至630-660℃，接着采用低氢的高速气体喷射快冷技术，以90-140℃/s的速率快冷至390-430℃，再以20-40℃/s速率快冷至230-250℃。所述低氢的高速气体喷射快冷技术的冷却介质为4-8％体积分数的H2和92-96％体积分数的N2。
冷却结束后进行过时效，温度控制在230-270℃，时间控制在6-10min。
过时效之后进行终冷，温度控制在170℃以下；
终冷之后进行水淬，温度控制在50℃以下。
进一步的，连续退火后，进行平整，平整延伸率为0.3-1.0％。
本发明在热轧工艺设计上，采用粗轧5-10个道次+精轧7个道次的轧制制度，是为了合理分配轧制负荷实现控轧；粗轧至中间坯厚度35-50mm，是为了保证精轧变形量，调节奥氏体的再结晶行为，实现晶粒细化。采用520-580℃的卷取温度，是为了通过控冷实现晶粒细化，并且增加后续的变形储能，有利于后续获得均匀细小的微观组织。
本发明在酸轧工艺设计时，从轧机能力的角度考虑，冷轧压下率≤70％；从增加变形储能、细化晶粒的角度考虑，冷轧压下率≥50％。因此，采用50-70％的冷轧压下率。
本发明在连续退火工艺设计时，加热温度采用770-820℃，是为了控制铁素体和奥氏体比例；以10-18℃/s的速率缓冷至630-660℃，是为了部分奥氏体转变为铁素体，增加未转变奥氏体的淬透性；快冷Ⅰ段以90-140℃/s的速率快冷至390-430℃，是为了避开珠光体和贝氏体区；快冷Ⅱ段以20-40℃/s的速率快冷至230-250℃，是为了促进奥氏体充分转变为马氏体；在230-270℃进行过时效，是为了进行回火处理，综合提升力学性能，温度过高会降低强度。采用0.3-1.0％的平整延伸率，是为了控制板形和表面粗糙度，调整屈服强度。本发明采用低氢(H2体积分数4-8％)的高速气体喷射快冷技术，通过缓冷-快冷Ⅰ-快冷Ⅱ的分段冷却工艺设计，获得弯曲性能和表面质量优异的冷轧DP980。
本发明提供的一种低成本且易生产的抗拉强度980MPa级冷轧双相钢，采用上述方法生产得到。所述的抗拉强度980MPa级冷轧双相钢，含有以下质量百分比的化学成分：
C:0.080-0.095％、Si:0.4-0.6％、Mn:2.1-2.3％、Als:0.06-0.08％、Cr:0.2-0.4％、Nb:0.03-0.05％、Ti:0.01-0.02％、Ca:0.0015-0.0040％、P≤0.012％、S≤0.005％、N≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步的，所述低成本且易生产的抗拉强度980MPa级冷轧双相钢的厚度为0.6-2.5mm。
进一步的，所述低成本且易生产的抗拉强度980MPa级冷轧双相钢的微观组织主要是铁素体和马氏体。铁素体的体积百分比为50—60％，马氏体的体积百分比为40—50％。
进一步的，所述低成本且易生产的抗拉强度980MPa级冷轧双相钢的屈服强度为550-690MPa，抗拉强度为980-1060MPa。
所述低成本且易生产的抗拉强度980MPa级冷轧双相钢横向180°弯曲试验达到弯径4a的要求，a为钢板厚度。
力学性能(屈服强度、抗拉强度、断后伸长率)的测定方法采用国标GB/T 228.1-2010，试样类型编号为P6，试样方向为横向。
本发明采用铌钛复合微合金化设计，适当提高钢中Si和Als含量，发挥其促进奥氏体富C的有益作用，添加适量廉价的Cr，从而实现降C控Mn，降低生产成本和难度。
本发明钢板中各化学成分的作用如下：
C：0.080-0.095％，C是钢中最基本的强化元素，能有效平衡钢的强度和延展性。对马氏体的形成起关键作用。C含量越高，轧制难度越大，尤其是Nb、Mo微合金化钢；C含量越高，奥氏体淬透性提高，强度升高，但不利于焊接性能、拉延性能和弯曲性能。
Si：0.4-0.6％，Si是钢中有益的固溶强化元素，可以促进固溶C原子充分向奥氏体富集，提高钢的延性和奥氏体的淬透性。Si含量增加，不利于表面质量。
Mn：2.1-2.3％，Mn是钢中有益的固溶强化元素，易于S形成高熔点的MnS，降低热脆问题；同时提高奥氏体的淬透性，抑制贝氏体转变。Mn可以明显提高Nb的固溶度，扩大Nb的抑制奥氏体再结晶作用，加大轧制难度。对于Nb微合金化钢，Mn含量不宜过高。
Als：0.06-0.08％，Al是钢中钢中常见的脱氧剂，可以抑制碳化物析出，促进奥氏体中的富C，从而提高奥氏体的淬透性。同时，形成的AlN可以钉轧晶界，起到一定的细化晶粒的作用。Al含量过高，氧化铝类夹杂增多，降低冶炼可浇性。
Cr：0.2-0.4％，可以显著提高奥氏体的淬透性，推迟珠光体和贝氏体转变。Cr具有明显的成本优势，通过被添加于双相钢中。Cr含量过高，恶化钢的成形性和焊接性。
Ti：0.01-0.02％，微量Ti能够显著改善Nb微合金化钢的连铸裂纹敏感性，与N结合形成的TiN能够明显抑制粗轧过程中奥氏体的晶粒长大。然而，Ti含量过多时，会增加Ti、Nb、C、N的复合析出，对性能不利。
Nb：0.03-0.05％，析出强化元素，可以明显细化晶粒，同时铁素体中析出的碳氮化物可以降低铁素体与马氏体的硬度差，提高弯曲性能。但是，Nb是显著提高热轧变形抗力元素，C、Mn、Nb复合作用时，轧制难度显著提高，因此，Nb含量不宜过高。
Ca：0.0015-0.0040％，对钢进行Ca处理，既可以纯洁钢液，又可以对硫化物进行变性处理。添加量过高，降低钢质纯净度。
P、S、N：均为钢中残留的有害元素，P增加钢的冷脆性，S会引起热脆性，N能显著提高钢的强度，它们均能显著降低钢的塑性和韧性，需要严格控制钢中P、S、N的含量。本发明中的P、S、N含量分别为≤0.012％、≤0.005％和≤0.005％。
本发明针对现有抗拉强度980MPa级冷轧双相钢存在的合金成本高、生产难度大、使用性能不高的问题，提供一种低成本且易生产的抗拉强度980MPa级冷轧双相钢及其生产方法，采用铌钛复合微合金化的低碳―控锰―加铬成分设计，没有添加昂贵的Mo、V，合金含量不高，成本低廉，容易轧制，显著降低生产难度。在采用高速气体喷射冷却技术的连退机组之上，通过“缓冷-快冷Ⅰ-快冷Ⅱ”的分段冷却，获得弯曲性能和表面质量优异的冷轧DP980。而且，本发明合金含量不高，显著提高产品的焊接性能，显著降低热轧和酸轧的轧制难度，降低设备要求以及生产成本。
附图说明
图1实施例1的冷轧DP980金相组织；
图2实施例1的冷轧DP980扫描组织；
图3对比例1的扫描组织，图中B表示贝氏体。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明，但它们不对本发明构成限定。
实施例1
一种低成本且易生产的抗拉强度980MPa级冷轧双相钢，其化学成分及质量百分比为：C:0.095％、Si:0.41％、Mn:2.13％、Als:0.061％、Cr:0.31％、Nb:0.037％、Ti:0.019％、Ca:0.0030％、P:0.011％、S:0.0026％、N:0.002％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述低成本且易生产的抗拉强度980MPa级冷轧双相钢的生产方法，包括以下步骤：
1)冶炼并连铸成坯，铸坯厚度230mm，浇注时启用动态轻压下和电磁搅拌；
2)铸坯入炉，加热至1254℃，在炉时间4.1h；
3)进行粗轧，8个道次的粗轧，轧至38mm；
4)进行精轧，开轧温度980-1042℃，7个道次的精轧，轧至2.8mm，终轧温度900℃；
5)采用前段主冷的层流冷却策略，卷取温度控制在550℃，卷取以后空冷；
6)进行酸轧：热轧卷经过破磷、酸洗、冷轧至1.0mm，卷取后获得轧硬卷；
7)进行退火：轧硬卷经过清洗，加热至800℃，保温102.9s；
8)进行缓冷，以14.1℃/s的速率缓冷至650℃；
9)采用高速气体喷射快冷技术，冷却介质为5％体积分数H2和95％体积分数N2，进行快冷Ⅰ，以116.3℃/s的速率快冷至430℃；
10)进行快冷Ⅱ，以31.5℃/s的速率快冷至250℃；
11)在260℃下进行7.1min的过时效；
12)进行终冷，温度为153℃；
13)进行水淬，温度为43℃；
14)进行平整，平整延伸率为0.6％；
15)进行卷取，卷取获得成品。
实施例2
一种低成本且易生产的抗拉强度980MPa级冷轧双相钢，其化学成分及质量百分比为：C:0.085％、Si:0.53％、Mn:2.26％、Als:0.07％、Cr:0.22％、Nb:0.048％、Ti:0.012％、Ca:0.0020％、P:0.009％、S:0.0017％、N:0.003％，余量为Fe和不可避免的杂质。
上述低成本且易生产的抗拉强度980MPa级冷轧双相钢的生产方法，包括以下步骤：
1)冶炼并连铸成坯，铸坯厚度240mm，浇注时启用动态轻压下和电磁搅拌；
2)铸坯入炉，加热至1228℃，在炉时间4.5h；
3)进行粗轧，6个道次的粗轧，轧至45mm；
4)进行精轧，开轧温度975-1032℃，7个道次的精轧，轧至3.7mm，终轧温度870℃；
5)采用前段主冷的层流冷却策略，卷取温度控制在530℃；卷取以后空冷。
6)进行酸轧，热轧卷经过破磷、酸洗、冷轧至1.6mm，卷取后获得轧硬卷；
7)进行退火，轧硬卷经过清洗，加热至780℃，保温111.5S；
8)进行缓冷，以13.0℃/s的速率缓冷至630℃；
9)进行快冷Ⅰ，冷却介质为5％体积分数H2+95％体积分数N2，采用高速气体喷射快冷技术以112.2℃/s的速率快冷至400℃；
10)进行快冷Ⅱ，以25.8℃/s的速率快冷至240℃；
11)在250℃下进行7.7min的过时效，
12)进行终冷，温度为150℃；
13)进行水淬，温度为40℃；
14)进行平整，平整延伸率为0.8％；
15)进行卷取，卷取获得成品。
对比例1-对比例2
一种冷轧双相钢，其化学成分如表1所示，表1中没有显示的余量为Fe和不可避免的杂质。其生产工艺流程与本申请实施例相同，热轧工艺、连续退火工艺参数与本申请实施例有所不同，对比例1-对比例2热轧工艺、连续退火具体工艺参数如表2、3所示。
专利1公开号CN 109280854 A、专利2公开号CN 105803321 B、专利3公开号CN109371317 A，作为对比例。
上述实施例1-2、对比例1-2和专利1-3的化学成分、热轧工艺、连续退火工艺、力学性能的对比情况分别如表1-4所示。
表1化学成分对比
Figure BDA0002460851900000061
Figure BDA0002460851900000071
表2热轧工艺对比
Figure BDA0002460851900000072
表3连续退火工艺对比
Figure BDA0002460851900000073
表4力学性能和碳当量对比
Figure BDA0002460851900000081
注：CE1＝C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15；
CE2＝C+A(C){Si/24+Mn/16+Cu/15+Ni/20+(Cr+Mo+V+Nb)/5+5B}。
A(C)＝0.75+0.25tgh[20(C-0.12)]
由表1-4可知，尽管对比例1的化学成分和热轧工艺和实施例1基本相同，由于连续退火与本申请不同，强度不满足980MPa级双相钢的要求，显微组织中含有相当比例的贝氏体(见图3)；尽管对比例2的强度满足980MPa级双相钢的要求，但较高的C、Mn含量显著劣化了弯曲性能。专利1(CN 109280854 A)和专利2(CN 105803321 B)采用钒微合金化的成分设计，尽管解决了轧制难度大的问题，但是高V含量不具有成本优势。而专利3(CN 109371317A)方案需要进行水冷超快冷以及水冷之后的快速升温，对设备要求高。
结果表明，本发明制备的冷轧DP980微观组织由细小的铁素体和马氏体组成，弯曲性能优良。本发明方案采用的低碳当量成分设计，不仅可以显著降低热轧和酸轧的轧制难度，而且可以提高带钢表面质量以及焊接性能，生产成本优势明显。

Claims (10)

1.一种低成本且易生产的抗拉强度980MPa级冷轧双相钢的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括以下步骤：冶炼、连铸、热轧、酸洗冷轧和连续退火；
连续退火过程中，加热温度770-820℃，保温85-135s以后进行缓冷-快冷Ⅰ-快冷Ⅱ的分段冷却，具体为：以10-18℃/s的速率缓冷至630-660℃，接着采用低氢的高速气体喷射快冷技术，以90-140℃/s的速率快冷至390-430℃，再以20-40℃/s速率快冷至230-250℃。
2.根据权利要求1所述的的生产方法，其特征在于，冷却结束后进行过时效，温度控制在230-270℃，时间控制在6—10min。
3.根据权利要求1或2所述的的生产方法，其特征在于，连续退火后，进行平整，平整延伸率为0.3-1.0％。
4.根据权利要求1所述的的生产方法，其特征在于，热轧包括加热、粗轧、精轧、层流冷却和卷取；
所述加热：将板坯加热至1200-1260℃，在炉时间3.5-5.5h。
5.根据权利要求4所述的的生产方法，其特征在于，所述粗轧：经过5-10道次的粗轧，轧至35-50mm。
6.根据权利要求4所述的的生产方法，其特征在于，所述精轧：再经过7个道次的精轧，轧至2-5mm，所述精轧开轧温度为970-1080℃，终轧温度为850-920℃。
7.根据权利要求4或5所述的的生产方法，其特征在于，所述卷取：卷取温度为520-580℃，卷取以后空冷。
8.根据权利要求1所述的的生产方法，其特征在于，酸洗冷轧过程中，冷轧压下率为50-70％。
9.一种权利要求1-8任一项所述的生产方法生产的低成本且易生产的抗拉强度980MPa级冷轧双相钢，其特征在于，所述低成本且易生产的抗拉强度980MPa级冷轧双相钢，含有以下质量百分比的化学成分：
C:0.080-0.095％、Si:0.4-0.6％、Mn:2.1-2.3％、Als:0.06-0.08％、Cr:0.2-0.4％、Nb:0.03-0.05％、Ti:0.01-0.02％、Ca:0.0015-0.0040％、P≤0.012％、S≤0.005％、N≤0.005％，余量为Fe和不可避免的杂质。
10.根据权利要求9所述的低成本且易生产的抗拉强度980MPa级冷轧双相钢，其特征在于，所述低成本且易生产的抗拉强度980MPa级冷轧双相钢的屈服强度为550-690MPa，抗拉强度为980-1060MPa。
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