CN111945075B - 一种高扩孔性能合金化热镀锌dh590钢及其制备方法 - Google Patents

一种高扩孔性能合金化热镀锌dh590钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种590MPa级高扩孔性能合金化热镀锌DH钢及其制备方法。钢中含有C：0.09％～0.15％，Mn：1.0％～2.0％，Si：0.1％～0.5％，Al：0.02％～0.6％，Mo：0.02％～0.4％，P≤0.03％，S≤0.03％，B≤0.003％，Ti≤0.03％，余量为铁和不可避免的杂质。铸坯入加热温度1200～1280℃，开轧温度1080～1160℃，终轧温度≥930℃，卷取温度600～700℃；冷轧压下率为50％～85％；退火温度760～860℃，退火时间30～300s，缓冷出口温度670～710℃，快速冷却速率＞20℃/s，镀锌温度450～470℃，合金化温度480～530℃，保温时间为5～60s；光整延伸率0.2％～0.6％。成品钢板A5030％～35％，扩孔率≥60％。

Description

一种高扩孔性能合金化热镀锌DH590钢及其制备方法
技术领域
本发明属于冷轧钢技术领域，涉及一种590MPa级汽车用扩孔性能优良的合金化热镀锌DH钢。
背景技术
在汽车行业，对车身轻量化、排放限制、安全标准均已提出了更高的要求，为了更好地服务用户，汽车行业对成形性高的零配件需求越来越多。传统双相钢难以满足高拉延性的复杂冲杯件要求，TRIP钢由于高合金含量带来昂贵的生产成本而限制了其广泛使用。DH钢是Dual Phase Steels with Improved Formability的英文简称，最早由2016年德国汽车工业协会发布的VDA 239-100冷成形钢板标准中提及。DH钢由于引入一定量的残余奥氏体而具有良好的成形性能，可以克服DP钢和TRIP钢在上述应用过程中存在的不足，进而使得其在未来钢材应用市场中具有显著的优势。
专利文献CN 109402355 A公开了一种600MPa级热轧TRIP型双相钢及其制备方法，其主要化学成分为：C：0.12％～0.14％，Si：0.3％～0.4％，Mn：1.5％～1.7％，Al：0.35％～0.45％，P≤0.014％，生产工艺主要采用热轧工艺，该专利产品塑性较差，A50断后伸长率仅为24％，未涉及合金化热镀锌产品以及扩孔性能。
专利文献CN 103827332 B公开了一种TRIP型马氏体双相钢及使用其的超高强度钢制加工件，其主要化学成分为：C：0.1％～0.7％，Si：0.5％～2.5％，Mn：0.5％～3.0％，Cr：0.5％～2.0％，Mo≤0.5％，Al：0.04％～2.5％，生产工艺主要采用冷轧连退工艺，强度级别1500MPa，成形性能较差，难以满足深冲压成型需求。
专利文献CN 107747039 A公开了一种高扩孔性能冷轧双相钢及其制备方法，其主要化学成分为：C：0.10％～0.50％，Si：0.1％～0.5％，Mn：1.60％～2.00％，V：0.01％～0.03％，Al：0.02％～0.06％，P≤0.020％，S≤0.015％，N≤0.006％，生产工艺为冷轧连退制度，未涉及合金化热镀锌产品.
发明内容
针对以上现有技术问题，本发明目的在于通过合适的冶炼成分以及连铸、热轧、酸洗冷轧、合金化热浸镀锌工艺，提供一种590MPa级高扩孔性能合金化热镀锌DH钢及其制备方法，为广大汽车厂家和钢铁公司提供技术方案。
具体的技术方案是：
一种590MPa级高扩孔性能合金化热镀锌DH钢，钢中化学成分(以质量百分比计)含有：C：0.09％～0.15％，Mn：1.0％～2.0％，Si：0.1％～0.5％，Al：0.02％～0.6％，Mo：0.02％～0.4％，P≤0.03％，S≤0.03％，B≤0.003％，Ti≤0.03％，且Si+Al：0.5％～1.2％；余量为Fe和不可避免的杂质，钢材沿着垂直于轧制方向(横向)取样，屈服强度为330～430MPa，抗拉强度590～700MPa，A50断后伸长率30％～35％，扩孔率不低于60％；满足汽车的高强度、高延伸率和高扩孔性能要求。
本发明合金设计的理由如下：
C：碳元素通过固溶强化来保障钢材的强度要求，游离碳可以对奥氏体起到较好的稳定效果，进而改进了钢材的成形性能。C元素含量过低，不能获得本发明中钢材的力学性能；含量过高会使钢材脆化，存在延迟断裂风险。因此，本发明中将C元素的含量控制为0.09％～0.15％。
Mn：锰元素是钢中的奥氏体稳定元素，可以扩大奥氏体相区，降低钢的临界淬火速度，同时，还可以细化晶粒，有助于固溶强化来提高强度。Mn元素含量过低，过冷奥氏体不够稳定，降低钢板的塑性和韧性等加工性能；Mn元素含量过高，会导致钢板焊接性能变差，且生产成本上升，不利于工业化生产。因此，本发明中将Mn元素含量控制为1.0％～2.0％。
Si：硅元素在铁素体中具有一定的固溶强化作用，确保钢材具有足够的强度，同时，Si还可以抑制残余奥氏体分解和碳化物析出，减少钢中的夹杂。Si元素含量过低，起不到强化的作用；Si元素含量过高，会降低钢板的表面质量以及焊接性能。因此，本发明中将Si元素的含量控制为0.1％～0.5％。
Al：铝元素有助于钢液脱氧，还可以抑制残余奥氏体分解和碳化物析出。Al元素含量过高，不仅会提高生产成本，还会导致连铸生产困难等。因此，本发明中将Al元素含量的范围控制在0.02％～0.6％。另外，本发明还控制Si+Al：0.3％～1.2％，主要目的是为了发挥Si、Al的协同作用，从而提高钢材的韧性和塑性。
Mo：钼元素为钢中的强化元素，有助于稳定残余奥氏体，同时对提高钢的淬透性效果显著，Mo元素与Ti配合使用兼顾高强度和高韧性，有助于改善钢材的扩孔性能。本发明将Mo元素含量的范围控制在0.02％～0.4％。
P：磷元素是钢中的有害元素，严重降低钢材的塑性及变形性能，其含量越低越好。考虑到成本，本发明中将P元素含量控制在P≤0.03％。
S：硫元素是钢中的有害元素，严重影响钢材的成形性，其含量越低越好。考虑到成本，本发明中将S元素含量控制在S≤0.03％。
B：少量的硼元素可以显著改善钢的淬透性，有助于减少其他合金元素，降低合金成本，本发明中B元素含量控制在B≤0.003％。
Ti：微合金化元素钛主要以TiN形式存在，通过细晶强化和弥散强化来提高材料的成形性能，为了控制生产成本，亦可不添加Ti微合金化元素，本发明可根据实际情况将Ti含量控制为Ti≤0.03％。
本发明还提供了一种590MPa级高扩孔性能合金化热镀锌DH钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：转炉冶炼、中薄板坯连铸、热轧、酸洗冷轧、合金化热镀锌。该制备工艺的具体步骤如下：
转炉冶炼：通过转炉进行冶炼，得到按质量百分比计，满足下述成分要求的钢水，C：0.09％～0.15％，Mn：1.0％～2.0％，Si：0.1％～0.5％，Al：0.02％～0.6％，Mo≤0.4％，P≤0.03％，S≤0.03％，B≤0.003％，Ti≤0.03％，Si+Al：0.3％～1.2％，余量为Fe和不可避免的杂质；
热轧：铸坯入炉温度在500～650℃之间，加热温度在1200～1280℃之间，开轧温度在1080～1160℃之间，终轧温度在930℃以上，卷取温度在600～700℃之间。热轧卷厚度在2～6mm之间，钢板热轧态显微组织按体积百分比计，由40％～70％铁素体、20％～40％珠光体，5％～20％贝氏体，1％～5％渗碳体组成。
酸洗冷轧：冷轧前钢卷通过酸液去除表面的氧化铁皮，冷轧压下率为50％～85％。压下率过高，会导致变形抗力过大，难以轧制到目标厚度；压下率过低，会导致冷轧钢板的延伸率下降。
合金化热镀锌：退火温度在760～860℃之间，退火时间在30～300s之间，露点控制在-20～-10℃，缓冷出口温度为670～710℃，快速冷却速率大于20℃/s，镀锌温度为450～470℃，镀锌结束后带钢先气刀冷却到400～420℃，随后进行合金化处理，合金化温度为480～530℃，合金化保温时间为5～60s；镀液成分含0.16％～0.25％的Al，其余为Zn和不可避免的杂质，单位面积锌层重量为60～200g/cm2。光整过程的光整延伸率控制在0.2％～0.6％范围内。合金化热浸镀锌产品的显微组织按体积百分比计，为40％～80％铁素体，10％～50％马氏体，3％～12％残余奥氏体，2％～10％贝氏体组织。
临界区退火温度为760～860℃，若退火温度过高，由于奥氏体化趋于完全而铁素体比例不足，将降低钢材的延展性；如果退火温度过低，最终材料的软相铁素体比例过高会大幅降低材料的强度。退火时间为30～300s，若退火时间过长，会导致钢板晶粒粗大，退火时间过短，钢板来不急完成退火和再结晶过程，导致钢板塑性下降。快冷出口温度为450～470℃，接近锌锅温度便于进行镀锌，出锌锅后带钢冷却至400～420℃，保证锌层表面正常凝固，防止锌液流动；合金化温度为470～530℃，合金化保温时间为5～60s；合金化温度过低镀层质量较差，温度过高会影响产品性能。
通过上述方法可以得到沿横向取样屈服强度为370～430MPa，抗拉强度590～700MPa，A50断后伸长率≥30％，扩孔率≥60％的高扩孔性能合金化热镀锌DH590钢板带。
有益效果：
本发明同现有技术相比，有益效果如下：
(1)本发明的钢材化学成分主要以C、Mn、Al、Si、Mo为主要元素，该合金体系对改善材料的扩孔性能具有显著效果。
(2)本发明采用转炉冶炼-板坯连铸-热轧-酸洗冷轧-合金化热镀锌的生产工艺，在传统的合金化热镀锌双相钢产线上即可实现DH590合金化热镀锌产品的工业化生产，具有成本低，不需要添加新的生产设备，生产工艺稳定的优点。
(3)本发明生产的DH590合金化热镀锌产品是在传统双相钢的基础上引入了的残余奥氏体及少量贝氏体，在相变诱导塑性(TRIP)效应辅助和贝氏体协调变形耦合作用下实现高延展性和高扩孔性能的特点。成品钢板组织由40％～80％铁素体，10％～50％马氏体，3％～12％残余奥氏体，2％～10％贝氏体组成。
(4)本发明生产的DH590合金化热镀锌板带沿横向取样可实现屈服强度为370～430MPa，抗拉强度590～700MPa，A50断后伸长率≥30％，扩孔率≥60％的高强高塑性和高扩孔性能。
附图说明
图1为实施例1钢板的SEM组织形貌。
图2为实施例1工程应力应变曲线。
具体实施方式
以下实施例用于具体说明本发明内容，这些实施例仅为本发明内容的一般描述，并不对本发明内容进行限制。
表1中列出了实施例钢的化学成分，表2列出了实施例钢的连铸和热轧工艺参数，表3列出了实施例钢冷轧和热浸镀锌的工艺参数，表4给出了实施例钢合金化工艺；表5给出了实施例钢的组织；表6给出了实施例钢的综合机械性能。
表1实施例钢的化学成分，wt％
实施例 C Mn Si Al Mo P S B Ti
1 0.13 1.72 0.32 0.46 0.15 0.006 0.003 - -
2 0.12 1.66 0.44 0.04 0.24 0.002 0.004 - -
3 0.14 1.57 0.14 0.47 0.02 0.001 0.003 - -
4 0.13 1.64 0.45 0.33 0.32 0.003 0.002 0.002 -
5 0.11 1.53 0.36 0.36 0.04 0.002 0.001 - 0.003
6 0.10 1.62 0.47 0.46 0.22 0.005 0.002 - 0.018
7 0.09 1.82 0.43 0.52 0.05 0.002 0.003 - 0.017
8 0.15 1.18 0.42 0.02 0.15 0.003 0.002 - -
9 0.14 1.24 0.29 0.05 0.33 0.002 0.004 - -
10 0.13 1.77 0.32 0.55 0.23 0.008 0.006 0.001 -
11 0.09 1.96 0.41 0.53 0.36 0.002 0.004 0.003 0.021
12 0.13 1.63 0.17 0.48 0.26 0.003 0.002 - 0.012
13 0.11 2.00 0.40 0.45 0.40 0.005 0.003 - 0.010
表2实施例钢的连铸和热轧工艺
Figure BDA0002669674240000071
表3实施例钢的冷轧退火工艺
实施例 热轧板厚/mm 冷轧压下率/％ 露点控制/℃ 退火温度/℃ 退火时间/s
1 3.12 62 -10 770 165
2 3.55 67 -10 800 200
3 2.66 53 -10 785 285
4 2.89 56 -10 815 120
5 3.12 62 -20 830 55
6 3.62 70 -20 790 125
7 2.54 51 -20 825 90
8 4.32 72 -20 765 210
9 3.86 68 -10 810 170
10 4.02 76 -20 820 65
11 3.34 57 -20 790 105
12 2.58 56 -10 785 150
13 4.21 83 -20 855 35
表4实施例钢的合金化热镀锌工艺
Figure BDA0002669674240000081
表5实施例钢的组织
Figure BDA0002669674240000091
表6实施例钢的力学性能
Figure BDA0002669674240000092
由上述实施例可见，采用本发明的成分设计、轧制、合金化热镀锌工艺，制备出590MPa级合金化热镀锌DH产品横向取样，可实现屈服强度为370～430MPa，抗拉强度590～700MPa，A50断后伸长率不小于30％，扩孔率大于等于60％，满足汽车用钢的高强度、高塑性和高扩孔性能要求。

Claims (2)

1.一种590MPa级高扩孔性能合金化热镀锌DH钢板，其特征在于，基板化学成分按质量百分比为：C：0.09%～0.15%，Mn：1.0%～2.0%，Si：0.1%～0.5%，Al：0.33%~0.6%，Mo：0.02%～0.4%，P≤0.01%，S≤0.01%，B≤0.003%，Ti≤0.021%，且Si+Al：0.43%～1.1%，余量为铁和不可避免的杂质，镀液成分含0.16%～0.25%的Al，其余为Zn和不可避免的杂质，合金化镀锌钢板单位面积锌层重量为60～200g/cm2；合金化热镀锌钢板的显微组织按体积百分比计为：40%~80%铁素体，10%~50%马氏体，3%~12%残余奥氏体，2%~10%贝氏体；钢板的生产工艺为：转炉冶炼、板坯连铸、热轧、酸洗冷轧、合金化热镀锌，
热轧：铸坯入炉温度在500~650℃之间，加热温度在1200~1280℃之间，开轧温度在1080~1160℃之间，终轧温度在930℃以上，卷取温度在600~700℃之间；热轧钢板厚度在2~6mm之间；热轧后钢板的显微组织按体积百分比计，由40%~70%铁素体、20%~40%珠光体，5%~20%贝氏体，1%~5%渗碳体组成；
酸洗冷轧：冷轧压下率为62%~85%；
合金化热镀锌：退火温度在760~860℃之间，退火时间在30~300s之间，露点控制在-20~-10℃，缓冷出口温度为670~710℃，快速冷却速率为32.4℃/s~46.5℃/s，镀锌温度为450~470℃，镀锌结束后带钢先气刀冷却到400~420℃，随后进行合金化处理，合金化温度为480~530℃，合金化保温时间为5~60s；光整过程的光整延伸率控制在0.2%~0.6%范围内。
2.根据权利要求1所述的一种590MPa级高扩孔性能合金化热镀锌DH钢板，其特征在于，合金化热镀锌钢板沿着垂直于轧制方向取样，屈服强度为330~430MPa，抗拉强度590~700MPa，A50断后伸长率30%~35%，扩孔率不低于60%。
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