CN111996446A - 一种基于界面控制的高延伸冷轧镀锌钢带及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于界面控制的高延伸冷轧镀锌钢带及其生产方法，C0.19％～0.50％，Si0.01％～2.0％，Mn4.0％～11.00％，P≤0.020％，S≤0.010％，Al0.03％～1.50％，Cr≤1.00％，Mo≤0.50％，Ni≤2.00％，B≤0.0040％，Ca≤0.008％，Mg≤0.008％；将冷轧后的钢带以不小于20℃/s的速度加热到单相奥氏体区，然后以不大于50℃/s的速度冷却到室温，钢板组织为铁素体+亚稳过冷奥氏体；化学界面控制工艺为：以不小于100℃/s的速度快速加热，至780～980℃以后立即以不小于100℃/s的速度冷却至Ms点以下的温度。

Description

一种基于界面控制的高延伸冷轧镀锌钢带及其生产方法
技术领域
本发明属于钢带连续退火和热镀锌技术领域，尤其涉及一种基于界面控制的高强高延伸冷轧镀锌钢带及其生产方法。
背景技术
随着社会可持续发展要求的提高，以及节能和降低CO2排放的需求，正迫使制造商采用更高强度钢来制造汽车和建筑材料，从而实现减重效果。如双相钢、多相钢和TRIP钢等钢种正在被广泛地应用，但对更高强度钢，组织必须是贝氏体，甚至最终为马氏体结构。如今，已经生产出可成型、抗拉强度在1000～1600MPa的超高强度马氏体钢板。
镀锌高强钢与冷轧高强钢一样，大致经历了以下几个发展阶段：普碳钢—低合金钢—铁素体基体高强钢(DP、TRIP等)—奥氏体基体高强钢(TWIP等)—马氏体基体高强钢(Q&P等)，其中铁素体基体的高强钢如DP钢，由于铁素体本身具有较为优异的变形能力，塑韧性较好。奥氏体基体的钢如TWIP钢，由于奥氏体本身具有极为优异的变形性能，塑韧性极好。马氏体基体钢由于马氏体组织具有较高的破坏应力倾向性，使得此类钢强度高，韧性差，其延性特征主要来自于残留下来的奥氏体，作为基体组织的马氏体还是不具有变形的能力。
如何提高马氏体基体钢板的变形能力成为制约高强度钢发展的瓶颈问题，本发明通过马氏体奥氏体化学界面的设计及控制，大幅度提高了马氏体钢板塑韧性。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种高强度高韧性的冷轧镀锌钢带，在保持超高强度的同时，具有很高的延伸率，具备一定的成型能力。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
本发明基于化学界面设计与控制，通过对于高强钢基体马氏体奥氏体化学界面的全新设计，从而达到大幅度提高钢板强塑积的目的，包括钢的化学成分范围、组织化学界面控制、晶粒尺寸控制、制造过程具体如下：
一种基于界面控制的高延伸冷轧镀锌钢带，其特征在于钢带的化学成分质量百分比组成为：C 0.19％～0.50％，Si0.01％～2.0％，Mn4.0％～11.00％，P≤0.020％，S≤0.010％，Al0.03％～1.50％，Cr≤1.00％，Mo≤0.50％，Ni≤2.00％，B≤0.0040％，Ca≤0.008％，Mg≤0.008％；其余为Fe和一些不可避免的杂质元素。
钢板组织为纳米板条马氏体+纳米孪晶残余奥氏体即M+A，其中马氏体体积分数75％～95％，残余奥氏体5％～25％，其中马氏体的形态为纳米板条状，马氏体板条的长度在50-1000纳米的范围内；纳米孪晶残余奥氏体分布于纳米板条马氏体相之间，引起化学界面的为钢中的C、Mn原子，同时控制晶粒尺寸在5um以下，钢板的抗拉强度大于1700MPa，伸长率大于20％。
一种基于界面控制的高延伸冷轧镀锌钢带的生产方法，其特征在于：经热轧、冷轧后的钢带进行再结晶退火和化学界面控制；所述热轧要求终轧温度不大于950℃，卷取温度420～680℃，控制热轧钢板的组织结构为铁素体+下贝氏体的组织，贝氏体组织中分布有细小弥散的碳化物；所述冷轧的压缩比50％～75％；所述再结晶连续退火工艺为：将冷轧后的钢带以不小于20℃/s的速度加热到单相奥氏体区，然后以不大于50℃/s的速度冷却到室温，钢板组织为铁素体+亚稳过冷奥氏体；所述化学界面控制工艺为：为将奥氏体/铁素体相界面处的尖锐C、Mn不连续性转换为化学界面，需要将再结晶连续退火后的钢带再次进行热处理，加热段选择过程控制如下：以不小于100℃/s的速度快速加热，至780～980℃以后立即以不小于100℃/s的速度冷却至Ms点以下的温度，在快速加热和快速冷却的过程中钢的晶粒内部存在化学界面，最终形成超细纳米马氏体+纳米奥氏体的组织，可以通过加热和冷却速率的变化来调控化学界面的数量，速度越快、化学界面越多。
如需镀锌，再进行热镀、电镀或物理气相沉积处理。
C 0.19％～0.38％，碳在本发明的钢中通过在晶粒中的化学浓度梯度形成化学界面，通过固溶强化来决定马氏体的强度，同时影响后期残余奥氏体的稳定性。为保证马氏体转变的顺利进行，需要一定的碳含量；为保证过冷奥氏体的稳定性，需要其有较高的碳含量；为保证焊接性能，要求限制碳含量不高于0.38％。
Si 0.01％～2.00％，是非碳化物形成元素，具有较高的固溶强化效果，可促进C向奥氏体富集，对铁素体中固溶的C有“清除”和“净化”作用，有助于提高晶粒中C、Mn元素的化学浓度梯度，Si不溶于渗碳体，因此能够阻碍通过碳扩散反应的奥氏体-渗碳体转变，稳定奥氏体，使得残余奥氏体在室温下得以稳定存在。Si含量过高，将会恶化钢板的热浸镀性能。
Mn 4.00～11.00％，锰在本发明中是产生化学界面效应的主要元素，锰是典型的奥氏体稳定化元素，可提高钢的淬透性，并起到一定的固溶强化作用，Mn作为扩大γ相区的元素，会降低A3、A1临界点，可推迟珠光体转变并降低贝氏体转变温度，但同时也推迟并延长铁素体转变，使贝氏体区右移，从而使钢种对控冷工艺条件的敏感性略为减小。高的Mn含量将会使得奥氏体的体积分数增加，降低钢的强度。
P≤0.020％，钢中的杂质元素越少越好。
S≤0.010％，钢中的杂质元素，越少越好。
Al 0.03％～1.50％，对奥氏体形态的影响与Si相似，也是作为非碳化物形成元素，促进C向奥氏体富集并抑制渗碳体的析出。Al还可形成AlN析出，起到一定的细化晶粒作用。Al元素的存在可以改善钢的热浸镀性能，改善钢板的表面质量。
Cr0.3～1.0％，能够有效提高钢的淬透性和防止高温表面氧化，同时能够提高耐腐蚀性能和提高强度。
Mo0.3～0.50％有效提高钢的淬透性，还能够强化晶界。含量小于0.30％难以起到上述作用，但含量超过0.50％则上述作用效果饱和，且成本较高，应控制在0.3-0.5wt％范围内。
Ni0.6～2.0％：Ni是奥氏体化稳定元素，可以有效降低Ms点，同时可以提高材料塑性和低温韧性，但Ni价格高，其含量应控制在2.0％以下。
B能够显著提高钢的淬透性和净化晶界。含量低于0.0015％时以上作用不明显，高于0.0040％时作用增加不明显。因此，如添加，B含量应控制在0.0015-0.0040wt％范围。
Ca0.0005～0.005％，Mg0.0005～0.005％，Ca、Mg可以净化钢质，改性夹杂物，提高钢的综合性能。
控制热轧卷取温度，使得热轧钢板的组织结构为铁素体+下贝氏体的组织，下贝氏体组织中分布有细小弥散的碳化物，经冷轧(压下率在50～75％)后，进行连续退火，以不小于20℃/s的速度快速加热，至单相奥氏体区以后立即以不大于50℃/s的速度冷却至室温，不至于产生大量的马氏体。
冷轧压下率选择已能够完成冷轧为原则，压下率太小不能有效的改善板型及表面质量，细化晶粒，压下率太大轧制能力不足，快速加热、快速冷却保证钢在奥氏体化的过程中晶粒细小，且保证在此过程中获得尖锐的化学界面，形成马氏体+奥氏体的组织结构。较高的冷却速度，可以确保生成的马氏体形状为纳米板条马氏体，且在这些纳米板条马氏体周围存在纳米残余奥氏体，这种形态的组织具有良好的韧性。
本发明同现有技术相比，本发明提供了一种高强高韧镀锌钢板及其制造方法，该钢板具有极好的强度、韧性的匹配，能够满足节约能源资源的需要。其抗拉强度大于1700MPa，断后伸长率(A50)大于等于20％，具有良好的韧性。
具体实施方式
下面结合具体实施例进行说明：
实施例1～14化学成分质量百分比见表1。实施例1～14钢板的过程处理参数及性能见表2。
表1实施例1～14化学成分质量百分比含量
Figure BDA0002614563290000041
Figure BDA0002614563290000051
表2钢板的过程处理参数及性能
Figure BDA0002614563290000052

Claims (5)

1.一种基于界面控制的高延伸冷轧镀锌钢带，其特征在于钢带的化学成分质量百分比组成为：C 0.19％～0.50％，Si0.01％～2.0％，Mn4.0％～11.00％，P≤0.020％，S≤0.010％，Al0.03％～1.50％，Cr≤1.00％，Mo≤0.50％，Ni≤2.00％，B≤0.0040％，Ca≤0.008％，Mg≤0.008％；其余为Fe和一些不可避免的杂质元素。
2.根据权利要求1所述的基于界面控制的高延伸冷轧镀锌钢带，其特征在于：所述钢带组织为纳米板条马氏体+纳米孪晶残余奥氏体即M+A，其中马氏体体积分数75％～95％，残余奥氏体5％～25％，其中马氏体的形态为纳米板条状，马氏体板条的长度在50-1000纳米的范围内；纳米孪晶残余奥氏体分布于纳米板条马氏体相之间，引起化学界面的为钢中的C、Mn原子，同时控制晶粒尺寸在5um以下，钢板的抗拉强度大于1700MPa，伸长率大于20％。
3.一种根据权利要求1或2所述基于界面控制的高延伸冷轧镀锌钢带的生产方法，其特征在于：经热轧、冷轧后的钢带进行再结晶退火和化学界面控制；所述再结晶连续退火工艺为：将冷轧后的钢带以不小于20℃/s的速度加热到单相奥氏体区，然后以不大于50℃/s的速度冷却到室温，钢板组织为铁素体+亚稳过冷奥氏体；所述化学界面控制工艺为：以不小于100℃/s的速度快速加热，至780～980℃以后立即以不小于100℃/s的速度冷却至Ms点以下的温度。
4.根据权利要求3所述基于界面控制的高延伸冷轧镀锌钢带的生产方法，其特征在于：所述热轧要求终轧温度不大于950℃，卷取温度420～680℃，控制热轧钢板的组织结构为铁素体+下贝氏体的组织，下贝氏体组织中分布有细小弥散的碳化物。
5.根据权利要求3所述基于界面控制的高延伸冷轧镀锌钢带的生产方法，其特征在于：所述冷轧的压缩比50％～75％。
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