CN112095047B - 焊接性能优良的冷轧热浸镀锌dh780钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开焊接性能优良的冷轧热浸镀锌DH780钢及其制备方法。钢中含有C：0.10％～0.17％，Mn：1.0％～2.4％，Si：0.2％～0.7％，Al：0.02％～0.8％，Cr：0.02％～0.60％，Mo：0.03％～0.5％，Ni：0.02％～0.4％，P≤0.03％，S≤0.03％，Nb≤0.04％，Ti≤0.04％，且Si+Al：0.5％～1.5％，余量为铁和不可避免的杂质，铸坯入炉温度400～650℃，加热温度1150～1250℃，开轧温度1030～1150℃，终轧温度880℃，卷取温度500～700℃，退火温度780～880℃，退火时间30～300s，镀锌温度为450～470℃；成品钢板抗拉强度780～890MPa，A8020％～25％，生产的钢板塑性、焊接性能优良。

Description

焊接性能优良的冷轧热浸镀锌DH780钢及其制备方法
技术领域
本发明属于冷轧钢技术领域，具体涉及一种焊接性能优异的780MPa级汽车用高强热镀锌钢板。
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 106119716 A公开了一种塑性增强的冷轧热镀锌双相钢及其生产方法，其主要化学成分为：C：0.12％～0.18％，Si：0.3％～0.6％，Mn：1.3％～2.3％，Al：0.4％～0.9％，P≤0.01％，S≤0.01％，生产工艺主要采用冷轧热镀锌处理，该专利产品塑性较差，且未涉及改善焊接性能。
专利文献CN 109554616 A公开了一种700MPa级热轧TRIP辅助型双相钢及其制备方法，其主要化学成分为：C：0.14％～0.16％，Si：0.42％～0.65％，Mn：1.6％～1.7％，Al：0.5％～0.8％，P≤0.014％，S≤0.003％，生产工艺主要采用热轧，强度级别700MPa，该专利强度级别未能达到DH780性能要求，且为热轧产品。
发明内容
针对以上现有技术问题，本发明旨在开发出一种焊接性能优良的冷轧热浸镀锌DH780钢及其制备方法，通过合理设计合金成分并匹配相应的连铸、热轧、酸洗冷轧、连续退火和热浸镀锌工艺，制备的产品具有优异的综合性能，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：
一种焊接性能优良的冷轧热镀锌DH780钢，钢中化学成分组成以质量百分比计含有：C：0.10％～0.17％，Mn：1.0％～2.4％，Si：0.2％～0.7％，Al：0.02％～0.8％，Cr：0.02％～0.60％，Mo：0.03％～0.5％，Ni：0.02％～0.4％，P≤0.03％，S≤0.03％，Nb≤0.04％，Ti≤0.04％，且Si+Al：0.5％～1.5％，余量为Fe和不可避免的杂质，成品镀锌钢板沿着平行于轧制方向(纵向)取样，屈服强度为440～550MPa，抗拉强度780～900MPa，A80断后伸长率为20％～25％，镀锌钢板厚度为0.8～2.2mm，满足汽车的高强度、高延伸率和焊接性能优良的要求。
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和焊接性能。C元素含量过低，不能获得本发明中钢材的力学性能；含量过高会降低钢材的焊接性能。因此，本发明中将C元素的含量控制为C：0.10％～0.17％。
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％～2.4％。
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0.2％～0.7％。
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％～0.8％。另外，本发明还控制Si+Al：0.5％～1.5％，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。
Cr：铬元素可以增加钢的淬透性来保证钢的强度，并可以稳定残余奥氏体，Cr含量过低将影响钢的淬透性，含量过高将增加生产成本。因此，本发明中将Cr元素含量的范围控制在0.02％～0.6％。
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元素的添加可以提高焊缝强度，细化焊缝组织结构，与Ti配合使用兼顾高强度和高韧性，进而可以实现改善钢材焊接性能的同时保持良好的综合力学性能。本发明将Mo元素含量的范围控制在0.03％～0.5％。
Ni：镍元素为提高钢材焊接性能的重要元素，Ni的添加有利于提高焊缝的韧性尤其是低温冲击韧性，降低脆性转变温度；与Cr合理搭配，可有效控制焊缝金属的相转变过程，得到马氏体和一定比例的残余奥氏体的复合组织，从而兼顾高的抗裂性和高强度。本发明将Ni元素含量的范围控制在0.02％～0.4％。
P：P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：S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％。
Nb：微合金化元素Nb通过细晶强化来提高材料的综合性能，可根据实际情况酌情添加不高于0.04％的Nb，为了控制生产成本，亦可不添加Nb元素。
Ti：少量添加Ti元素可以细化晶粒尺寸，并显著改善材料的强韧性能，可根据实际情况酌情添加不高于0.04％的Ti，为了控制生产成本，亦可不添加Ti微合金化元素。
本发明还提供了一种改善焊接性能的冷轧热浸镀锌DH780钢的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：转炉冶炼、板坯连铸、热轧、酸洗冷轧、连续热镀锌。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：0.10％～0.17％，Mn：1.0％～2.4％，Si：0.2％～0.7％，Al：0.02％～0.8％，Cr：0.02％～0.60％，Mo：0.03％～0.5％，Ni：0.02％～0.4％，P≤0.03％，S≤0.03％，Nb：0～0.04％，Ti：0～0.04％，Si+Al：0.5％～1.5％，余量为Fe和不可避免的杂质。
热轧：铸坯入炉温度在400～650℃之间，加热温度在1150～1250℃之间，开轧温度在1030～1150℃之间，终轧温度在880℃以上，卷取温度在500～700℃之间。热轧钢板厚度在2～6mm之间，钢板热轧态显微组织按体积百分比计，由30％～70％铁素体，20％～50％珠光体，5％～20％贝氏体，1％～5％渗碳体组成；总和为100％。
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40％～80％。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。
冷轧热浸镀锌：退火温度在780～880℃之间，露点温度控制在-20～-10℃之间，退火时间在30～300s之间，缓冷出口温度为680～720℃，快速冷却速率大于20℃/s，快冷出口温度为450～470℃，镀锌温度为450～470℃，镀锌结束后带钢先气刀冷却到400～420℃，随后采用风冷冷却，冷却塔顶辊温度控制在250～300℃；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0.3％～0.8％范围内。冷轧热镀锌后成品钢板的显微组织按体积百分比计含有：30％～60％铁素体，30％～60％马氏体，3％～12％残余奥氏体，2％～15％为贝氏体组织，总和为100％。
退火温度为780～880℃，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，导致钢板伸长率下降；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；冷却塔顶辊温度控制在250～300℃，可以使锌层凝固完全，避免其粘辊而影响镀层质量。
通过上述方法可以得到沿纵向(平行于轧制方向)取样屈服强度为440～540MPa，抗拉强度为780～890MPa，A80断后伸长率≥21％，厚度为0.8～2.2mm，且焊接性能优良的冷轧热浸镀锌DH780钢薄板带。
有益效果：
本发明同现有技术相比，有益效果如下：
(1)本发明采用转炉冶炼—板坯连铸—热轧—酸洗冷轧—连续热浸镀锌的生产工艺，在传统的冷轧热镀锌双相钢产线上即可实现DH780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。
(2)本发明生产的DH780热浸镀锌产品是在传统冷轧热浸镀锌双相钢的基础上引入了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焊接性能优良和高强高塑性的特点。
(3)本发明生产的DH780热浸镀锌产品可实现纵向取样屈服强度为440～540MPa，抗拉强度780～890MPa，A80断后延伸率≥21％，厚度规格为0.8～2.2mm，且点焊工艺窗口测试时焊接电流为4.8～8.4kA，焊接时间为330～500ms，焊接工艺窗口远大于同一厚度规格的传统DP780产品焊接窗口。
(4)成品镀锌钢板的组织按体积百分比计，包含30％～60％铁素体，30％～60％马氏体，3％～12％残余奥氏体，3％～15％贝氏体。
附图说明
图1为实施例1钢板的金相显微组织；
图2为实施例1工程应力应变曲线；
图3为实施1与对比例1(DP780)焊接工艺窗口对比。
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连续热浸镀锌的工艺参数，表4给出了实施例钢的组织；表5给出了实施例钢的力学性能及关键参数；
表1实施例钢的化学成分，wt％
Figure BDA0002669681050000071
表2实施例钢的连铸和热轧工艺
Figure BDA0002669681050000081
表3实施例钢的冷轧镀锌工艺
Figure BDA0002669681050000082
表4实施例钢的组织
Figure BDA0002669681050000091
表5实施例钢的综合性能及关键参数
Figure BDA0002669681050000092
由上述实施例可见，采用本发明的成分设计、轧制、连续退火工艺，制备出焊接性能优良的冷轧热浸镀锌DH780产品可实现纵向取样屈服强度为440～540MPa，抗拉强度780～890MPa，A80断后伸长率20％～25％，厚度规格为0.8～2.2mm，满足汽车用钢的高强度、高塑性、焊接性能优良等性能要求。

Claims (2)

1.一种焊接性能优良的冷轧热浸镀锌DH780钢，其特征在于，基板中化学成分按质量百分比为：C：0.10%～0.17%，Mn：1.89%～2.4%，Si：0.44%～0.7%，Al：0.04%~0.34%，Cr：0.02%～0.36%，Mo：0.03%～0.18%，Ni：0.02%～0.4%，P≤0.03%，S≤0.03%，Nb≤0.04%，Ti≤0.04%，且Si+Al：0.5%～1.5%，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，热浸镀锌钢板单位面积锌层重量为60～200g/cm2；冷轧热浸镀锌后成品钢板的显微组织按体积百分比计含有：30%~60%铁素体，30%~60%马氏体，3%~12%残余奥氏体，2%~15%为贝氏体组织；冷轧热镀锌后成品钢板的厚度为0.8~2.2mm；成品热镀锌钢板沿着平行于轧制方向取样，屈服强度为440~550MPa，抗拉强度780~900MPa，A80断后伸长率为20%～25%；
所述的焊接性能优良的冷轧热浸镀锌DH780钢的制备方法，钢板的生产工艺为：转炉冶炼、板坯连铸、热轧、酸洗冷轧、连续热镀锌，
热轧：铸坯入炉温度在400~650℃之间，加热温度在1150~1250℃之间，开轧温度在1030~1150℃之间，终轧温度在904℃以上，卷取温度在500~598℃之间；热轧钢板厚度在2~6mm之间；
酸洗冷轧：冷轧压下率为66%~80%；
热浸镀锌：退火温度在835~880℃之间，露点温度控制在-20~-10℃之间，退火时间在30~300s之间，缓冷出口温度为680~720℃，快速冷却速率大于20℃/s，快冷出口温度为450~470℃，镀锌温度为450~470℃，镀锌结束后带钢先气刀冷却到400~420℃，随后采用风冷冷却，冷却塔顶辊温度控制在250~300℃；光整过程的光整延伸率控制在0.3%~0.8%范围内。
2.根据权利要求1所述的焊接性能优良的冷轧热浸镀锌DH780钢的制备方法，其特征在于：热轧后钢板显微组织按体积百分比计，由30%~70%铁素体，20%~50%珠光体，5%~20%贝氏体，1%~5%渗碳体组成。
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