CN113981324A

CN113981324A - 一种用于热成形的3.0mm以下薄规格抗高温氧化热轧酸洗钢板及其生产制造方法

Info

Publication number: CN113981324A
Application number: CN202111285815.5A
Authority: CN
Inventors: 肖洋洋; 崔磊; 张露星; 刘阳; 晋家春; 闻成才; 戴思源
Original assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Maanshan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2021-10-29
Publication date: 2022-01-28

Abstract

本发明提供了一种用于热成形的3.0mm以下薄规格抗高温氧化热轧酸洗钢板及其生产制造方法，成分：C：0.20～0.30％，Si：0.5～1.5％，Cr：2.0～3.0％，Mn：0.5～1.5％，Nb+V+Ti：0.04～0.10％且Ti≤0.04％，Al：0.40‑0.60％，P≤0.02％、S≤0.01％，余量为Fe。与现有技术相比，本发明产品在热成形过程中出加热炉后钢板表面迅速形成一层厚度不超过5μm薄且致密的氧化层，该氧化层结构致密且粘附性好，冲压成零件后可免去抛丸处理，提升零件尺寸精度，环境友好且成本优势明显。

Description

一种用于热成形的3.0mm以下薄规格抗高温氧化热轧酸洗钢板及其生产制造方法

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种用于热成形的3.0mm以下薄规格抗高温氧化热轧酸洗钢板及其生产制造方法。

背景技术

节能、环保、安全是当今汽车工业发展面临三大挑战。实施汽车轻量化可在不牺牲安全性能的前提下减轻车身重量、降低能源消耗。同时,轻量化还将在一定程度上带来车辆操控稳定性和一定意义上碰撞安全性的提升。在汽车轻量化选材中，高强钢的应用是主要途径之一。但是随着汽车用钢的强度越来越高，尤其是超高强度钢板的使用给汽车零部件的生产带来了越来越大的挑战。因为一般强度越高，塑性就越差，变形就不易，零件的冲压就越困难，外强度越高，对模具的损害也越严重，生产的成本也会大大提高。因此热成形钢和热成形技术得到了越来越多的应用。

热成形钢技术是指将钢板加热到完全奥氏体化(一般900℃以上)之后一次成形，又迅速冷却从而轻松获得强度1500MPa以上的超高强零件，相对于传统的汽车用钢将实现减重30％以上。对于热成形钢材料，目前市场上主要的是利用B元素增加淬透性的热成形硼钢，如22MnB5、34MnB5等。传统无镀层热成形钢产品目前国内外大型钢企均已具备批量生产能力，但该类产品热成形后发生表面氧化，形成一层厚厚的氧化层，需要后续抛丸处理祛除。为了应对加热后氧化问题，也已开发了带镀层热成形钢产品，如铝硅涂层热成形钢、锌基镀层热成形钢等，但带来了零件成本的大幅上升。

在抗高温氧化无镀层热成形钢产品开发方面，2020年1月3日公开的专利CN201911033180.2提供一种热冲压成形用抗氧化超高强钢板及其低温热成形工艺，该钢的化学成分(wt.％)为：C：0.20～0.35％，Mn：6～8％，Cr：2～5％，Nb+V：0.05～0.3％的Nb+V，Si：0.3～0.8％，Al：0.1～0.8％的Al和余量Fe。该钢板热成形加热温度可在720～770℃且热成形中钢板氧化增重＜0.5g/m2，氧化层厚度≤2.5μm，经热成形后屈服强度≥1400MPa，抗拉强度≥1700MPa，总延伸率≥11％，在较高的780～900℃加热成形中钢板氧化增重≤6.5g/m2，氧化层厚度≤1 8.7μm，成形后钢板抗拉强度≥1880MPa，总延伸率≥14％，可用于汽车安全结构件及其他高强韧构件。实现了节能降耗，低温热成形并防氧化，可以不用涂镀目前应用的防氧化铝硅涂层，降低了成本，明显提高了热成形钢板的力学性能。但是，该钢中加入了6％-8％的Mn，属于中Mn钢的范畴。批量生产时在炼钢和连铸工序存在较大的困难，而且造成成品焊接性能的降低，且组织均匀性差，冷弯性能不足。另外，其低温热成形工艺与现有热成形工艺差异较大，无法与现有装备工艺匹配。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于热成形的3.0mm以下薄规格抗高温氧化热轧酸洗钢板及其生产制造方法，针对传统无镀层热成形钢表面氧化以及镀层热成形钢零件成本偏高的问题，开发了一种用于热成形的抗高温氧化钢板。该产品在热成形过程中出加热炉后钢板表面迅速形成一层薄且致密的氧化层，该氧化层结构致密且粘附性好，冲压成零件后可免去抛丸处理，提升零件尺寸精度，环境友好且成本优势明显。

本发明具体方案如下：

一种用于热成形的3.0mm以下薄规格抗高温氧化热轧酸洗钢板，包括以下质量百分比成分：

C：0.20-0.30％，Si：0.5-1.5％，Cr：2.0-3.0％，Mn：0.5-1.5％，Nb+V+Ti：0.04-0.10％且Ti≤0.04％，Al：0.04-0.06％，P≤0.02％、S≤0.01％，余量为Fe和不可避免的杂质。

所述用于热成形的3.0mm以下薄规格抗高温氧化热轧酸洗钢板，在热成形900℃以上加热时，钢板表面形成一层不大于5μm的致密氧化膜。

本发明提供的一种用于热成形的3.0mm以下薄规格抗高温氧化热轧酸洗钢板的生产制造方法，包括以下工艺流程：冶炼→连铸→热轧→EPS表面处理→酸洗→平整。

所述冶炼，适用于转炉、电炉和感应炉冶炼；

所述连铸：采用连铸生产铸坯，为保证铸坯质量可投用动态轻压下和电磁搅拌系统；

所述热轧：铸坯加热温度1150-1250℃，保温2-3小时，由粗轧机进行5-7道次轧制，热轧至30-50mm中间坯，由热连轧机组进行5-7道次轧制，终轧温度850-950℃，轧至目标厚度3.0mm以下，然后在500-750℃范围内进行卷取成钢卷；

所述EPS表面处理：为提升表面清理效果，采用“棱角颗粒”磨料，磨料尺寸0.3-0.7mm之间。喷射速度不小于40m/s，带钢处理速度≤20m/min；

所述酸洗：酸洗速度50-100m/min，抑制剂浓度0.8‰-2‰；采用低速酸洗以提升酸洗效果，同时为避免过酸洗提升抑制剂浓度。

所述平整：采用大平整延伸率提升材料表面粗糙度，平整延伸率≥0.5％，成品粗糙度目标值1.0μm-3.0μm。

本发明成分设计思路如下：

C：碳是提高马氏体强度的主要元素，碳含量过低钢板强度不足，碳含量过高将会对焊接性能不利。本发明中C的成分控制在0.20-0.30％。

Si与Cr：硅是优先氧化元素，且扩散系数较高。Si与Cr容易在钢板表面发生伴生富集。在900℃-1100加热时主要发生表面元素富集氧化。表面富集的Si与Cr首先发生氧化并在界面平铺生长，形成一层连续的致密氧化膜(SiO₂和Cr₂O₃)，可以隔绝氧气，起到抗氧化作用。同时，Cr元素可显著提升材料的淬透性，扩大热成形冷却工艺窗口。

本发明优选的Si含量控制在0.5-1.5％，Cr含量控制在2.0-3.0％。

Mn：添加Mn元素含量能降低Ac₁和Ac₃温度，可降低热成形过程中的加热温度，同时提高材料淬透性以及作为固溶强化元素提高材料强度。Mn含量过高会加重钢的组织偏析形成带状组织，且导致成本较高，加工困难。

本发明Mn重量百分比含量控制在0.5-1.5％。

Nb+V+Ti：可选择性添加Nb、V、Ti三种微合金元素中的其中一至三种，目的是通过在轧制、退火和热处理过程中析出弥散分布的细小析出物，一方面细化晶粒，提高韧性。另外，Ti的添加量不宜过多，以防止大颗粒TiN析出影响材料任性。本发明中Nb+V+Ti：0.04-0.10％且Ti≤0.04。

Al：在冶炼时加入微量的铝可以进行脱氧，但过多的Al会在连铸时阻塞喷嘴，增加连铸的难度，因此Als含量宜控制在0.04-0.06％。

P、S：为减少钢中有害杂质对钢的冲压性能的不良影响，严格控制钢中的P、S的含量。

本发明中P≤0.02％、S≤0.01％。

本发明在材料设计方面，通过添加Cr、Si的全新热成形钢成分设计，在保证热成形后强度达到1500MPa的同时，热成形后表面形成一层不大于5μm的致密氧化层，对基体起到保护作用，具备优良的高温耐蚀性能。热成形后省去抛丸处理工序，环境友好且降低成本。

在工艺设计方面，针对材料热轧后表面的致密氧化层，通过增加环保无酸除锈(EPS)工艺，配合后续低速酸洗工艺，将原材料基体氧化层厚度降低到最低，同时通过平整工艺提升材料粗糙度，以保证材料在热成形后具备优良的涂装和焊接性能。

本发明是提供了一种耐高温氧化的热成形钢产品，但由于合金元素Si和Cr的添加，在生产制造过程中容易出现热轧卷边部强度过高的问题，生产方法中通过投用保温罩来解决。另外，优于本钢种具有耐氧化和耐腐蚀的特性，生产过程中热轧的表面氧化铁皮难以去除，生产工艺中通过EPS预处理，然后配合低速酸洗和高浓度抑制剂的方式解决。

与现有技术相比，本发明添加Cr、Si的全新热成形钢成分设计，在热成形900℃以上加热时，钢板表面形成一层不大于5μm的致密氧化膜(SiO₂和Cr₂O₃)，对基体起到防止高温氧化的保护作用，具备优良的高温耐蚀性能。热成形后省去抛丸处理工序，环境友好且降低成本。但是由于Si、Cr的添加，使得生产过程中热轧板表面形成致密且与基体结合紧密的氧化铁皮难以去除，因此，本发明通过增加EPS表面处理工艺，配合后续低速酸洗工艺，将原材料基体氧化层厚度降低到最低，解决了原材料生产过程中氧化铁皮难以去除的问题。通过平整工艺提升原材料粗糙度，保证材料在热成形后具备优良的涂装和焊接性能。

附图说明

图1为本发明抗高温氧化钢工艺流程示意图；

图2为本发明热轧卷表面形貌宏观照片；

图3为本发明热轧卷EPS处理后表面形貌宏观照片；

图4为本发明酸洗后表面宏观形貌照片；

图5为本发明热成形钢与传统热轧热成形钢(22MnB5)热成形后氧化层厚度对比。

具体实施方式

实施例1-实施例3

一种用于热成形的3.0mm以下薄规格抗高温氧化热轧酸洗钢板，包括以下质量百分比成分：如表1所示，表1中没有显示的余量为Fe和不可避免的杂质。

对比例1

一种用于热成形的传统热轧酸洗钢板(22MnB5)，包括以下质量百分比成分：如表1所示，表1中没有显示的余量为Fe和不可避免的杂质。

表1实施例和对比例化学成分

实施例1-实施例3的适用于热成形的抗高温氧化热轧钢板的生产制造方法，包括以下步骤：

1)炼钢与连铸：适用于转炉、电炉和感应炉冶炼，采用连铸生产铸坯，浇注过程中投用电磁搅拌和动态轻压下装置降低中心疏松和组织偏析风险；

2)铸坯加热温度1150-1250℃，保温2-3小时，由粗轧机进行5-7道次轧制，热轧至30-50mm中间坯，由热连轧机组进行5-7道次轧制，终轧温度850-950℃，轧至目标厚度3.0mm以下，然后在500-750℃范围内进行卷取成钢卷；

3)EPS表面处理：为提升表面清理效果，采用“棱角颗粒”磨料，磨料尺寸0.3-0.7mm之间。喷射速度不小于40m/s，带钢处理速度≤20m/min；

4)酸洗：采用低速酸洗已提升酸洗效果，同时为避免过酸洗提升抑制剂浓度。酸洗速度50-100m/min，抑制剂浓度0.8‰-2‰；

5)平整：采用大平整延伸率提升材料表面粗糙度，平整延伸率≥0.5％，成品粗糙度目标值1.0μm-3.0μm。

6)热成形：采用常规930℃保温2分钟热成形工艺前后，材料实测产品性能实施例如表3所示。

实施例1-实施例3按照上述方法进行生产，具体工艺参数如表2所示。

对比例1所示钢板的生产方法同本发明实施例，区别在于各工艺参数控制，如表2所示。

表2实施例和对比例具体生产工艺

表3实施例成品性能

本发明提供的用于热成形的抗高温氧化钢板。该产品在热成形过程中出加热炉后钢板表面迅速形成一层薄且致密的氧化层，该氧化层结构致密且粘附性好，冲压成零件后可免去抛丸处理，提升零件尺寸精度，环境友好且成本优势明显。

Claims

1.一种用于热成形的3.0mm以下薄规格抗高温氧化热轧酸洗钢板的生产制造方法，其特征在于，所述生产制造方法包括以下工艺流程：冶炼→连铸→热轧→EPS表面处理→酸洗→平整；

所述热轧：铸坯加热温度1150-1250℃，保温2-3小时，终轧温度850-950℃。

2.根据权利要求1所述的生产制造方法，其特征在于，热轧后，卷取温度500-750℃。

3.根据权利要求1所述的生产制造方法，其特征在于，所述EPS表面处理：磨料尺寸0.3-0.7mm之间；喷射速度不小于40m/s。

4.根据权利要求1或3所述的生产制造方法，其特征在于，所述EPS表面处理：带钢处理速度≤20m/min。

5.根据权利要求1所述的生产制造方法，其特征在于，所述酸洗：酸洗速度50-100m/min，抑制剂浓度0.8‰-2‰。

6.根据权利要求1所述的生产制造方法，其特征在于，所述平整：平整延伸率≥0.5％，成品粗糙度目标值1.0μm-3.0μm。

7.一种根据权利要求1-5任一项所述的生产制造方法生产的用于热成形的3.0mm以下薄规格抗高温氧化热轧酸洗钢板，其特征在于，所述用于热成形的3.0mm以下薄规格抗高温氧化热轧酸洗钢板包括以下质量百分比成分：

8.根据权利要求7所述的用于热成形的3.0mm以下薄规格抗高温氧化热轧酸洗钢板，其特征在于，所述用于热成形的3.0mm以下薄规格抗高温氧化热轧酸洗钢板，在热成形900℃以上加热时，钢板表面形成一层不大于5μm的致密氧化膜。