CN113215484B - 一种相变诱发塑性钢及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种相变诱发塑性钢及其制备方法和应用，所述相变诱发塑性钢由如下质量分数的化学成分组成：C：0.16‑0.20％，Si：1.0‑2.0％，Mn：1.8‑2.5％，Nb：0.015‑0.03％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.004％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明提供的相变诱发塑性钢屈服强度为747‑795MPa,抗拉强度为993‑1042MPa，延伸率为20.5‑24％，扩孔率为54‑60％，扩孔性能好，能满足汽车零部件对加工性能的特殊要求。

Description

一种相变诱发塑性钢及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于相变诱发塑性钢制备技术领域，尤其涉及一种相变诱发塑性钢及其制备方法和应用。
背景技术
相变诱发塑性钢是一种具有良好塑性和韧性的高强度钢，由于其具有强度高的特点，因此可以用于汽车车身等，以保证安全问题。随着汽车向节能、环保、安全、舒适方向发展，车身在轻量化方向发展的同时，对耐蚀性能和抗冲撞性能的要求也越来越高。加上来自铝、镁、塑料等材料的竞争压力，迫使汽车用钢板向经过涂镀处理的高强化方向发展。随着涂镀超高强钢板用途的不断扩大，对成形性要求也越来越高，如高延伸率、高屈服、弯曲性、扩孔性等等。
传统的相变诱导塑性钢的组织为高塑性的软质相铁素体基体和硬质的第二相贝氏体及少量的残余奥氏体，这种相变诱发塑性钢在扩孔成形过程中，会出现开裂问题，降低了成材率，限制其广泛的应用。
发明内容
本发明提供了一种相变诱发塑性钢及其制备方法和应用，以解决现有技术中相变诱发塑性钢在扩孔中会出现开裂，成材率低的技术问题。
一方面，本发明提供了一种相变诱发塑性钢，所述相变诱发塑性钢由如下质量分数的化学成分组成：
C：0.16-0.20％，Si：1.0-2.0％，Mn：1.8-2.5％，Nb：0.015-0.03％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.004％，余量为Fe和不可避免的杂质。
进一步地，所述相变诱发塑性钢的金相组织由贝氏体、铁素体和残余奥氏体组成，所述贝氏体的体积分数为50-65％，所述铁素体的体积分数为30-40％，所述残余奥氏体的体积分数为8-15％。
进一步地，所述相变诱发塑性钢的厚度为1.0-2.0mm。
另一方面，本发明还提供了上述的一种相变诱发塑性钢的制备方法，所述方法包括，
获得板坯；所述板坯由如下质量分数的化学成分组成：C：0.16-0.20％，Si：1.0-2.0％，Mn：1.8-2.5％，Nb：0.015-0.03％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.004％，余量为Fe和不可避免的杂质；
将所述板坯进行热轧和冷轧，获得冷硬卷；
将所述冷硬卷依次加热、第一保温和冷却，进行热处理，获得热处理钢卷；所述加热包括预热、第一加热和第二加热，所述预热温度为210-230℃，所述预热速率为8-12℃/s；所述第一加热温度为640-660℃，所述第一加热速率为3-8℃/s，所述第二加热温度为850-900℃，所述第二加热速率为1-4℃/s。
对所述热处理钢卷在320-380℃的温度下第二保温60-120s的时间，进行时效处理，获得相变诱发塑性钢。
进一步地，所述第一保温温度为850-900℃，所述第一保温时间为60-150s。
进一步地，所述冷却包括第一冷却和第二冷却，所述第一冷却速率为2-6℃/s，所述第一冷却结束温度为810-840℃，所述第二冷却速率为50-100℃/s，所述第二冷却结束温度为320-380℃。
进一步地，所述热轧包括板坯加热、精轧和卷取，所述板坯加热温度为1150-1280℃，所述精轧结束温度为870-920℃，所述卷取温度为550-620℃；
进一步地，所述冷轧总压下率为50-60％。
进一步地，所述获得板坯，包括，
转炉冶炼，获得钢液；所述转炉终点温度为1650-1670℃，所述转炉出钢中，向钢液上加入200-800kg的石灰、0-1000kg的预熔渣和0-400kg的萤石，以防止钢液氧化；所述出钢下渣量≤80mm，所述出钢时间为4-9min；
对所述钢液进行连铸，获得板坯。
再一方面，本发明实施例还提供了上述的一种相变诱发塑性钢的应用，将所述相变诱发塑性钢作为基板用于制作镀锌板。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明提供的一种相变诱发塑性钢及其制备方法，采用高Si成分体系和高温加热-低温快冷模式，获得贝氏体硬质基体，残余奥氏体和铁素体的混合组织的高强钢。该组织类型不同于铁素体软质相为基体，整体组织比较均匀，不会引起局部应变集中。该组织中硬质相基体提供强度，残余奥氏体TRI P效应提供了钢的延性，而细小均匀的组织构成提供高扩孔率。本发明提供的相变诱发塑性钢屈服强度为747-795MPa,抗拉强度为993-1042MPa，延伸率为20.5-24％，扩孔率为54-60％，扩孔性能好，能满足汽车零部件对加工性能的特殊要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供了一种相变诱发塑性钢的金相组织图；
图2为对比例1提供的相变诱发塑性钢的金相组织图。
具体实施方式
下文将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
一方面，本发明实施例提供了一种相变诱发塑性钢，所述相变诱发塑性钢由如下质量分数的化学成分组成：
C：0.16-0.20％，Si：1.0-2.0％，Mn：1.8-2.5％，Nb：0.015-0.03％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.004％，余量为Fe和不可避免的杂质。
本发明中，各元素的作用如下：
C：C是最有效的固溶强化元素，是保证钢硬质相含量的最重要的元素，因此需要把C的重量百分含量控制在0.16～0.20％以内，过小不能保证硬质相含量，很难达到所需强度，过大会恶化焊接性。
Si：Si是抑制渗碳体析出的重要元素，因此需要把Si的重量百分含量控制在1.0％～1.5％，过小很难抑制渗碳体析出，导致产生少量的残余奥氏体，影响钢的延性，过大恶化翻边性。
Mn：Mn是固溶强化元素同时稳定奥氏体重要元素，因此本发明将Mn的重量百分含量控制在1.8％～2.5％，过小很难保证钢的硬质相，很难达到高强度，过大恶化加工性和焊接性。
Nb：Nb可以有效细化晶粒提高钢组织均匀性，因此本发明将Nb含量控制在0.015％～0.03％，过小起不到晶粒细化作用，过大恶化延性。
P：磷容易使钢的可塑性及韧性明显下降，因此含量要求尽可能低，需要控制P的重量百分含量控制在0.01％以下。
S：在钢中S是有害杂质元素，使钢产生热脆性，降低钢的延展性和韧性，在锻造和轧制时造成裂纹。因此控制S的重量百分含量在0.01％以下。
N：氮与碳一样，也是固溶元素。随着钢中N含量的增加，将导致其冲压加工性能变坏，同时，固溶N是造成镀锌板成品时效的主要原因，特别是对于平整后的应变时效作用，氮的影响尤其大，因此要求N尽量低。对本发明镀锡板来说，钢中的N含量应控制在0.004％以下。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述相变诱发塑性钢的金相组织由贝氏体、铁素体和残余奥氏体组成，所述贝氏体的体积分数为50-65％，所述铁素体的体积分数为30-40％，所述残余奥氏体的体积分数为8-15％。
贝氏体相是一种较硬的相，可以使相变诱发塑性钢具有高的强度，在本发明中贝氏体相为基体相。残余奥氏体为薄膜状，其均匀分散在贝氏体相基体中，减小硬质相和软质相硬度差异，使得相变诱发塑性钢具有均匀的组织，改善了扩孔性能，还可以提高相变诱发塑性钢的延伸率；传统的相变诱发塑性钢采用铁素体相为基体，在铁素体上分布有贝氏体，这种组织大多不均匀，在扩孔中，应力主要集中在贝氏体硬质相附近的铁素体软相中产生局部应变变形，从而损害凸缘翻边性能和弯曲性能，使得扩孔率较低。铁素体是一种较软的相，可以提高相变诱发塑性钢的延伸率。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述相变诱发塑性钢的厚度为1.0-2.0mm。
另一方面，本发明实施例还提供了上述的一种相变诱发塑性钢的制备方法，所述方法包括，
S1，获得板坯；所述板坯由如下质量分数的化学成分组成：C：0.16～0.20％，Si：1.0～2.0％，Mn：1.8～2.5％，Nb：0.015～0.03％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.004％，余量为Fe和不可避免的杂质；
作为本发明实施例的一种实施方式，上述的获得板坯，可以包括，
S101，转炉冶炼，获得钢液；所述转炉终点温度为1650-1670℃，所述转炉出钢中，向钢液上加入200-800kg的石灰、0-1000kg的预熔渣和0-400kg的萤石，以防止钢液氧化。
S102，对所述钢液进行连铸，获得板坯。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述出钢下渣量≤80mm，所述出钢时间为4-9min。
S2，将所述板坯进行热轧和冷轧，获得冷硬卷；
作为本发明实施例的一种实施方式，所述热轧包括板坯加热、精轧和卷取，所述板坯加热温度为1150～1280℃，所述精轧结束温度为870～920℃，所述卷取温度为550～620℃。
板坯加热温度若低于1150℃不能使氮碳化物完全溶影响所需强度和延伸率，相反加热温度若高于1280℃恶化热加工塑性。因此，板坯加热温度控制在1150～1280℃。
精轧结束温度若低于870℃在热轧过程中产生拉延的粗大的铁素体影响后续延伸率，相反精轧结束温度若高于920℃在热轧过程中导致粗大的奥氏体影响后续强度。因此，精轧结束控制在870～920℃。
卷取温度若低于550℃具有相对高的屈服强度。这使得在冷轧变形时轧制力增加，不利于进行冷轧工序。卷取温度若高于620℃使得热轧板头尾和宽度方向边中具有均匀的组织性能，避免接下来后续冷硬板性能波动。因此，卷取温度控制在550～620℃。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述冷轧总压下率为50-60％。
冷轧总压下率不可过大，否则冷轧工艺难以进行；冷轧总压下率过小，达不到目标厚度。
S3，将所述冷硬卷依次进行加热、第一保温和冷却，进行热处理，获得热处理钢卷；所述加热包括预热、第一加热和第二加热，所述预热温度为210-230℃，所述预热速率为8-12℃/s；所述第一加热温度为640-660℃，所述第一加热速率为3-8℃/s，所述第二加热温度为850-900℃，所述第二加热速率为1-4℃/s。
通过预热，使冷轧过程中产生的冷变形的铁素体发生回复。
通过第一加热实现带钢预氧化，避免含Si﹑Al等易氧化元素含量过高造成漏镀问题。
通过第二加热实现冷轧铁素体组织的再结晶，并且珠光体先转变为奥氏体并向铁素体长大。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述第一保温温度为850-900℃，所述第一保温时间为60-150s。
第一保温过程可以实现全或部分奥氏体化，获得更多的奥氏体量。同时有效控制奥氏体晶粒，有效改善扩孔性。此加热过程中保温温度过高或保温时间过长导致粗大的奥氏体晶粒，会影响后续组织晶粒度，恶化钢的性能。相反保温温度过低或保温时间过短导致不均的原始组织，也会影响后续钢的性能。
作为本发明实施例的一种实施方式，所述冷却包括第一冷却和第二冷却，所述第一冷却速率为2-6℃/s，所述第一冷却结束温度为810-840℃，所述第二冷却速率为50-70℃/s，所述第二冷却结束温度为320-380℃。
第一冷却过程使得奥氏体部分转移为铁素体，C、Mn等元素向奥氏体中聚集。
第二冷却过程中使得奥氏体部分转化为贝氏体基体相，提供钢的强度。第二冷却速率过快获得超高的强度而恶化延伸率，相反过慢得不到所需的硬质相贝氏体含量，满足不了本发明实施例的相变诱发塑性钢的强度。
S4，对所述热处理钢卷在320-380℃的温度下第二保温60-120s的时间，进行时效处理，获得相变诱发塑性钢。
时效处理可以得到一定比例的贝氏体和未转变奥氏体，通过贝氏体相转变区保温使C、Mn等元素进一步向奥氏体中聚集。时效温度过低，会降低残余奥氏体的含量，同时会降低残余奥氏体中的碳含量，使得相变诱发塑性钢获得超高的强度，但是恶化了延伸率，组织均匀性差，降低扩孔率；相反，时效温度过高，也会降低残余奥氏体的含量，同时降低残余奥氏体中的碳含量，得不到所需的硬质相贝氏体含量，满足不了本发明实施例的相变诱发塑性钢的强度，组织均匀性差，扩孔率低。
第二保温时间过长，导致部分碳化物析出，降低了残余奥氏体含量和残余奥氏体中的碳含量，从而使得相变诱发塑性钢的组织均匀性差，扩孔率高。相反保温时间过短C、Mn等元素无法进一步向奥氏体中聚集，也会降低残余奥氏体含量和残余奥氏体中的碳含量，也会降低相变诱发塑性钢的均匀性，降低扩孔率。
再一方面，本发明实施例还提供了一种相变诱发塑性钢的应用，将所述相变诱发塑性钢作为基板用于制作镀锌板。
将上述获得的相变诱发塑性钢加热至镀锌温度450-460℃，镀锌结束后经气刀吹刮冷却至420-430℃；该过程中，通过加热尽量减少带钢在均衡段，炉鼻子和锌锅中的逗留时间，避免在高温下部分奥氏体分解；加热可以采用感应加热。
经过气刀到顶辊之间的前端空冷配合后端风冷最后冷却至250-300℃，冷却速度约为6-9℃/s；该过程中，部分奥氏体相转变为马氏体相。
下面将结合实施例、对比例及实验数据对本发明的一种相变诱发塑性钢及其制备方法进行详细说明。
实施例1-4及对比例1
实施例1-4及对比例1提供了一种相变诱发塑性钢及其制备方法，其制备过程具体如下：
1、钢水冶炼后进行连铸，得到板坯，板坯的化学成分如表1所示，其余为Fe及不可避免的杂质。
2、将板坯加热后，依次进行粗轧、精轧、层流冷却和卷取，得到热轧卷，加热、精轧和卷取的工艺控制如表2所示。
3、将热轧卷酸洗后进行冷轧，得到冷轧卷，冷轧过程的压下率如表2所示。
4、将冷轧卷依次进行预热、第一加热、第二加热、保温、第一冷却和第二冷却(气冷)，得到热处理卷；该步骤中预热、第一加热、第二加热、保温、第一冷却的工艺控制如表3所示，第二冷却的工艺控制如表4所示。
5、将热处理卷在第二冷却结束温度下保温一段时间，进行时效处理，得到相变诱发塑性钢；该步骤中的工艺控制如表4所示。
表1
编号 C/％ Si/％ Mn/％ P/％ S/％ Nb/％ N/％
实施例1 0.16 1.02 1.9 0.008 0.005 0.025 0.003
实施例2 0.18 1.3 2.2 0.005 0.008 0.018 0.0032
实施例3 0.20 1.5 2.3 0.009 0.007 0.021 0.0028
实施例4 0.17 1.8 2.0 0.006 0.009 0.028 0.0035
对比例1 0.24 1.5 2.3 0.005 0.007 0.04 0.0032
表2
Figure BDA0003019392470000071
表3
Figure BDA0003019392470000072
表4
Figure BDA0003019392470000081
对本发明实施例1-4以及对比例1提供的相变诱发塑性钢进行组织检测，并根据国标(GB/T 228.1-2010)进行力学性能检测，结果如表5所示；并对其进行扩孔，统计扩孔不开裂样品的数量，并计算成品率如表5所示。
图1为本发明实施例提供的相变诱发塑性钢的金相组织图，由图1可以看出，本发明实施例提供的相变诱发塑性钢的显微组织以贝氏体硬质相为基体，并含有薄膜状的残余奥氏体和铁素体。
表5
编号 贝氏体/％ 残余奥氏体/％ 铁素体/％ R<sub>p0.2</sub>/MPa R<sub>m</sub>,N/MPa A<sub>50</sub>/％ λ/％
实施例1 60 8 32 747 1002 20.5 58
实施例2 58 12 30 795 1042 21 62
实施例3 52 15 33 763 993 24 54
实施例4 50 10 40 772 1023 22 60
对比例1 34 6 60 520 991 23 26.77
表5中，λ为扩孔率，λ越高，表示相变诱发塑性钢的扩孔性能越好。
从表5可以看出，本发明实施例1-4提供的相变诱发塑性钢屈服强度为747-795MPa,抗拉强度为993-1042MPa，延伸率为20.5-24％，扩孔后成品率为54-60％，扩孔性能好。
对比例1提供的相变诱发塑性钢的组织为软质相铁素体基体和硬质的第二相贝氏体及少量的残余奥氏体，屈服强度为520MPa,抗拉强度为991MPa，延伸率为23％，扩孔后成品率为26.77％，扩孔性能比本发明实施例1-4差。
本发明提供的一种相变诱发塑性钢及其制备方法，采用高Si成分体系和高温加热-低温快冷模式，获得贝氏体硬质基体，薄膜状残余奥氏体和铁素体的混合组织的高强钢。该组织类型不同于铁素体软质相为基体，整体组织比较均匀，不会引起局部应变集中。该组织中硬质相基体提供强度，残余奥氏体TRIP效应提供了钢的延性，而细小均匀的组织构成提供高扩孔率。本发明提供的相变诱发塑性钢屈服强度为747-795MPa,抗拉强度为993-1042MPa，延伸率为20.5-24％，扩孔后成品率为54-60％，扩孔性能好，能满足汽车零部件对加工性能的特殊要求。
最后，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种相变诱发塑性钢，其特征在于，所述相变诱发塑性钢由如下质量分数的化学成分组成：
C：0.16-0.20％，Si：1.8-2.0％，Mn：1.8-2.5％，Nb：0.015-0.028％，P≤0.01％，S≤0.01％，N≤0.004％，余量为Fe和不可避免的杂质；
所述相变诱发塑性钢的制备方法包括，
获得板坯；
将所述板坯进行热轧和冷轧，获得冷硬卷；
将所述冷硬卷依次加热、第一保温和冷却，进行热处理，获得热处理钢卷；所述加热包括预热、第一加热和第二加热，所述预热温度为210-230℃，所述预热速率为8-12℃/s；所述第一加热温度为640-660℃，所述第一加热速率为3-8℃/s，所述第二加热温度为850-900℃，所述第二加热速率为1-4℃/s；所述冷却包括第一冷却和第二冷却，所述第一冷却速率为2-6℃/s，所述第一冷却结束温度为810-840℃，所述第二冷却速率为50-70℃/s，所述第二冷却结束温度为320-380℃；
将所述热处理钢卷在320-380℃的温度下第二保温60-120s的时间，进行时效处理，获得相变诱发塑性钢。
2.根据权利要求1所述的一种相变诱发塑性钢，其特征在于，所述相变诱发塑性钢的金相组织由贝氏体、铁素体和残余奥氏体组成，所述贝氏体的体积分数为50-65％，所述铁素体的体积分数为30-40％，所述残余奥氏体的体积分数为8-15％。
3.根据权利要求1所述的一种相变诱发塑性钢，其特征在于，所述相变诱发塑性钢的厚度为1.0-2.0mm。
4.根据权利要求1所述的一种相变诱发塑性钢，其特征在于，所述第一保温温度为850-900℃，所述第一保温时间为60-150s。
5.根据权利要求1所述的一种相变诱发塑性钢，其特征在于，所述热轧包括板坯加热、精轧和卷取，所述板坯加热温度为1150-1280℃，所述精轧结束温度为870-920℃，所述卷取温度为550-620℃。
6.根据权利要求1所述的一种相变诱发塑性钢，其特征在于，所述冷轧总压下率为50-60％。
7.根据权利要求1所述的一种相变诱发塑性钢，其特征在于，所述获得板坯，包括，
转炉冶炼，获得钢液；所述转炉终点温度为1650-1670℃，所述转炉出钢中，向钢液上加入200-800kg的石灰、0-1000kg的预熔渣和0-400kg的萤石，以防止钢液氧化；所述出钢下渣量≤80mm，所述出钢时间为4-9min；
对所述钢液进行连铸，获得板坯。
8.如权利要求1-7任一项所述的一种相变诱发塑性钢的应用，其特征在于，将所述相变诱发塑性钢作为基板用于制作镀锌板。
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