CN112501515B - 一种1300MPa级高强高塑低成本热轧钢 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种1300MPa级高强高塑低成本热轧钢，属于热轧极高强钢领域，化学成分以重量百分比计：C：0.12～0.22％，Si：1.0～2.0％，Mn：2.0～3.0％，Al：0.8～1.8％，P≤0.015％，S≤0.005％，Re：0.002～0.004％，Ti：0.02‑0.07％，余量为Fe及不可避免的杂质。与现有技术相比较，本发明用于商用车与载重车等零部件生产，有利于零件的高强减薄与塑性成形。
Description
技术领域
本发明涉及热轧高强钢领域，特别是一种适用于抗拉强度1300MPa级高强高塑低成本的热轧钢板及钢带及其生产方法。
背景技术
近年来，随着国家对汽车领域节能与环保排放标准的不断提高，汽车行业对热轧钢板提出了强度更高、塑性更好、表面质量更优等综合特性要求，以达到高强减薄、节能减排、降低成本的目的。
通常，抗拉强度在1300MPa以上的热轧高强钢，多采用Ni-Mo-Ti扩散，进而形成细小的Ni3Mo、Ni3Ti、Fe2Mo等沉淀析出相，在变形过程中，这些析出相会与位错、层错发生强烈的交互作用，从而达到提高材料强度的目的。如：中国发明专利《一种稀土超强钢及其制备方法》(CN201811558118.0)利用组分：Ni 13.00～16.00％，Al 0.30～4.00％，Mo 0～4.00％，Nb 0.60～0.80％，C 0.03～0.08％，B 0.01～0.02％，Mn2.10～5.50％，W 0.10～0.20％，稀土0.005～0.10％，Fe余量，来进行极高强钢生产；其机理在于溶质原子通过上坡扩散形成Ni-Mo-Ti富集区，进而形成细小的Ni3Mo、Ni3Ti、Fe2Mo等沉淀析出相，在变形过程中，这些析出相会与位错、层错发生强烈的交互作用，从而达到提高材料强度的目的。但以上制备方式存在以下缺陷：①但随强度增加，共格畸变非均匀分布，从而增大材料在变形过程中产生裂纹的倾向，使该合金在具有很高强度的同时，无法同时保持较好的塑性，不能满足高强减薄、塑性加工的要求；②合金元素的大量使用导致成本也大大升高，限制了其广泛使用。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，提供一种抗拉强度1300MPa级高强度高塑性热轧钢生产方法，用于促进车辆、机械、建筑、电力、公路等领域零部件轻量化高强减薄。
本发明解决其技术问题的技术方案是：一种1300MPa级高强高塑低成本热轧钢，其特征在于：化学成分以重量百分比计：C：0.12～0.22％，Si：1.0～2.0％，Mn：2.0～3.0％，Al：0.8～1.8％，P≤0.015％，S≤0.005％，Re：0.002～0.004％，Ti：0.02-0.07％，余量为Fe及不可避免的杂质。
上述Al/Re比值在240～450之间。
上述P/Re比值在1.6～3之间。
与现有技术相比较，本发明具有以下技术效果：
1、本发明从组织相变强化设计原理出发，采用超高强度的化学成分设计，通过超快冷及润滑轧制工艺，获得有利于强度增加与塑性改善的马氏体+铁素体+适量残余奥氏体及细晶强化组织。钢中残余奥氏体在外力作用下，转变为马氏体，可以显著提高强度；
2、因残余奥氏体吸收外界应力，可以缓解钢中裂纹萌生而获得良好的塑性；
3、润滑轧制工艺，可以有效降低轧制负荷，有利于薄规格轧制与板型控制；同时，采用超快速冷细晶强化，提高强度、改善塑性；
4、没有添加铌、铬等成本高的元素，可以明显降低成本；
5、屈服强度ReL≥1000MPa、抗拉强度Rm≥1300MPa、断后伸长率A≥13％，与创新前材料相比，强度更高、塑性明显增加，且成本低、表面质量优，其推广应用潜力大，经济效益明显。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步说明。
本发明用于生产一种抗拉强度1300MPa级高强度高塑性热轧带钢，该带钢的化学成分以重量百分比计包含有C：0.12～0.22％，Si：1.0～2.0％，Mn：2.0～3.0％，Al：0.8～1.8％，P≤0.015％，S≤0.005％，Re：0.002～0.004％，Ti：0.02-0.07％，余量为Fe及不可避免的杂质。
其元素及含量的原理如下：
C：可显著提高强度，具有间隙固溶强化作用；也可以增加奥氏体稳定性，获得残余奥氏体。但C含量不宜过高，以保证成形性能与焊接性能。本发明的C含量0.12～0.22％。
Si：可通过固溶强化提高强度，也能够抑制锰和磷偏聚，还可提高奥氏体中碳含量，有利于获得残余奥氏体，但Si含量太高会影响钢的塑性。但本发明中硅含量在1.0-2.0％。
Mn：可以通过固溶强化提高强度；可以降低钢的相变温度，细化晶粒；还可以增加奥氏体稳定性，有利于获得残余奥氏体。但Mn含量过高会增加成本，同时增加钢中带状组织。本发明中Mn含量在2.0～3.0％。
P：在钢中容易形成偏析，容易产生高温裂纹，也容易增加低温裂纹敏感性，降低材料的塑性。本发明中P含量在0.015％以下。
S：在钢中生成硫化物夹杂，严重影响钢的力学性能。本发明要求S含量在0.005％以下。
Re：在钢中与磷等低熔点有害杂质元素形成熔点较高的化合物，也可以抑制这些夹杂在晶界上的偏析，从而提高材料的塑性。本发明Re含量在0.002-0.004％。
Al：在钢中与N原子结合，形成AlN，具有细晶强化作用；同时，也可以形成残余奥氏体，具有相变强化作用，同时改善塑性。现有技术中，Al含量一般控制在1％以内，原因是低碳钢中铝加入量过多时，会促进钢的石墨化，减少合金相中的碳溶浓度，影响强度。并且使钢的晶粒粗化，恶化钢的力学性能，且其晶体的解理极弱，影响钢的热加工性能、焊接性能和切削加工性能。本申请中加入Re，可以和磷形成熔点约1800℃的化合物，且该化合物主要位于奥氏体晶内，可以减少奥氏体晶界上铝磷共晶的数量，从而可减轻Al的有害作用，提高钢力学性能。因此本发明Al含量可以提高到0.8-1.8％。确保Al/Re比值在240～450之间，P/Re比值在1.6～3之间，超出该范围则无法拮抗抑制相应的负面影响。
Ti：微合金化元素，具有显著的析出强化效果。本发明Ti含量在0.02-0.07％本发明没有添加成本高的Nb、Cr、Mo等元素。
本发明中所述的抗拉强度1300MPa级高强度高塑性热轧带钢的生产方法包括：转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸、板坯加热、高压水除鳞、润滑轧制、控制冷却、低温卷取，具体工艺步骤如下所述：
(1)冶炼工序：
铁水→转炉冶炼→LF精炼→连铸→板坯；
(2)加热工艺：
板坯采用冷坯装炉，加热温度在1180～1250℃，加热时间在170～210min。冷坯装炉可以增加残余奥氏体数量，而残余奥氏体在后续受到压应力和拉应力作用下，可以转变为马氏体。
优化方案中，采取三段加热+一段均热方式，其中三段加热温度分别为：850-1050℃、1120-1220℃、1180-1250℃，均热温度为1200-1250℃。
(3)轧制工艺：
粗轧为5道次可逆轧制，中间坯厚度为30～32mm；粗轧前高压水除鳞，压力30Pa。
精轧为7道次连续轧制，终轧温度为790～830℃，F2-F7精轧机架间采用润滑轧制：为避免润滑液产生的带钢轧制时自然咬入困难，在7个架轧机中，对1300MPa级的高强钢，第一个机架投入润滑液流量为最大流量的5％，其它机架的润滑流量为70-80％。而轧制油的皂化值，可选55(mgKOH·g-1)。
(4)冷却工艺：
采用全段超快冷却，冷却速率≥50℃/s；
(5)卷取工艺：
采用低温卷取，卷取温度为380～430℃。
为了更好地比较本申请配方和现有技术，进行了对比试验。
具体各个实施例和对比例中钢的化学成分(wt％)，如下表所示：
| 分组 | C | Si | Mn | P | S | Al | Re | Ti |
| 实施例1 | 0.19 | 1.00 | 2.50 | 0.008 | 0.005 | 1.220 | 0.005 | 0.053 |
| 实施例2 | 0.22 | 1.51 | 2.53 | 0.010 | 0.003 | 1.810 | 0.004 | 0.024 |
| 实施例3 | 0.12 | 2.00 | 2.00 | 0.009 | 0.004 | 1.590 | 0.004 | 0.068 |
| 实施例4 | 0.18 | 1.53 | 3.00 | 0.006 | 0.003 | 0.830 | 0.002 | 0.046 |
| 对比例1 | 0.18 | 1.60 | 2.10 | 0.012 | 0.005 | 1.790 | 0.002 | 0.054 |
| 对比例2 | 0.15 | 1.80 | 2.90 | 0.013 | 0.005 | 1.440 | - | 0.053 |
本发明各个实施例和对比例中钢的制造工艺参数，如下表所示：
本发明各个实施例和对比例中钢的拉伸性能测试结果，如下表所示(产品性能检测采用《金属材料室温拉伸试验方法GB/T228》国家标准)：
从上表可以看出，实施例1～4采用本专利成分和工艺生产的低碳热轧板带，力学性能和表面质量优良(屈服强度Rel：1030～1065MPa，抗拉强度Rm：1340～1365MPa，断后伸长率A14.0～15.0％)。生产工序少，省去普通冷轧和退火工艺，能耗和成本低。屈服强度ReL≥1000MPa、抗拉强度Rm≥1300MPa、断后伸长率A≥14％，与现有技术相比，强度更高、塑性明显增加。
而对比例1的组分虽然添加了Re成分，但没有控制Al/Re比例，对比例2的组分没有加入Re，虽然这两个组在后期同样的控轧控冷，但是无法拮抗抑制高Al带来相应的负面影响，钢的晶粒粗化，力学性能恶化，断后伸长率低明显低于各实施例组，且耐磨性差。
需要说明的是，本发明的特定实施方案已经对本发明进行了详细描述，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神和范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种抗拉强度1300MPa级高强高塑低成本热轧钢，其特征在于：化学成分以重量百分比计：C：0.12～0.22%，Si：1.0～2.0%，Mn：2.0～3.0%，Al：0.8～1.8%，P≤0.015%，S≤0.005%，稀土RE：0.002～0.004%，Ti：0.02-0.07%，余量为Fe及不可避免的杂质；所述Al/稀土RE 比值在240~450之间，P/稀土RE比值在1.6~3之间；其生产方法包括：转炉冶炼、LF精炼、板坯连铸、板坯加热、高压水除鳞、润滑轧制、控制冷却、低温卷取，其中冷却速率≥50℃/s；低温卷取，卷取温度为380～430℃；屈服强度ReL≥1000MPa、抗拉强度Rm≥1300MPa、断后伸长率A≥13%。
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Denomination of invention: A 1300MPa grade high-strength, high plasticity, and low-cost hot-rolled steel Effective date of registration: 20231215 Granted publication date: 20220809 Pledgee: Rizhao Bank Co.,Ltd. Pledgor: RIZHAO STEEL HOLDING GROUP Co.,Ltd. Registration number: Y2023980072204 |
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