CN114012056B - 一种1500MPa级热成形钢及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种1500MPa级热成形钢及其制备方法，所述方法包括：将钢水冶炼和连铸，后均热处理、粗轧前除鳞、粗轧、电磁感应加热、精轧前除鳞、精轧、层流冷却、卷取、空冷至室温和酸洗，获得酸洗板；其中，连铸的拉速为3.5～6.5m/min，连铸板坯的厚度为110～123mm；均热处理的温度为1150～1200℃，粗轧入口温度≥1150℃，电磁感应加热的出口温度为1050～1250℃，精轧终轧温度为800～860℃，卷取的温度为600～680℃。采用短流程多模式薄板坯连铸连轧产线，通过控制工艺参数，制得的1500MPa级热成形钢具有强度高、成形性好的优点。与传统流程相比，省去了冷轧和退火等环节。

Description

一种1500MPa级热成形钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及钢材制备技术领域，特别涉及一种1500MPa级热成形钢及其制备方法。
背景技术
随着汽车产业的发展，全球汽车保有量越来越大，2020年全球汽车销量近8000万量，庞大的汽车数量给环境造成巨大的压力。热冲压技术属于绿色化的制造技术，钢板在奥氏体化状态下转运到带水冷通道的模具中，在高温下冲压成形，最终得到以马氏体为基体的组织，具有强度高、低回弹和尺寸精度高等优点。传统的热成形钢板生产流程包括冶炼、连铸、热轧、酸洗、冷轧和退火等，生产流程长带来的是高成本和高能耗。短流程薄板坯连铸连轧生产技术在连铸后直接进入热轧环节，省去了连铸坯冷却和再加热的过程，节省了能源消耗。热轧钢带可以直接热轧到0.8mm，覆盖目前传统冷轧退火热成形钢带的厚度范围，省区了冷轧和退火等环节。
与传统的热轧生产相比，无头轧制技术在提高超薄规格带钢产品比例、成材率、尺寸形状精度和组织性能均一性，降低能耗、辊耗以及节能减排方面具有显著成效。近年来，国内以日钢为代表企业，投产了数条ESP产线，能稳定、可靠、高精度地生产普通低碳超薄板及高强度超薄热轧板产品。多模式薄板坯连铸连轧产线与常规的ESP产线区别在于，在连铸机出口和粗轧之间增加了一个辊底式隧道炉，隧道炉包括固定段和移动段，具备板坯下线功能，可实现单坯、半无头和全无头多模式轧制，拓展产品厚度范围。此外，轧制的多个阶段配备了除鳞装置，保证了带钢的表面质量。在整个轧制环节布置多个测温点，多点的温度反馈保证带钢各个阶段温度控制的准确性。辊底式隧道炉保证板坯温度的均匀性，板坯温度的均匀性保证了带钢温度的均匀性。但如何基于多模式薄板坯连铸连轧产线改进制备方法使得制备得到的热成形钢具有强度高、成形性好的优点，成为技术难点。
因此，基于多模式薄板坯连铸连轧产线，如何开发一种适用于厚度规格0.8～12.7mm，强度高、成形性好的1500MPa级热成形钢及其生产方法，成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明目的是提供一种1500MPa级热成形钢及其制备方法，所述1500MPa级热成形钢的基板屈服强度380～500MPa，抗拉强度500～650MPa，延伸率15～28％，该钢板具有强度高、成形性好的优点。
为了实现上述目的，本发明提供一种1500MPa级热成形钢的制备方法，所述制备方法包括：
将钢水冶炼和连铸，获得连铸板坯；其中，所述连铸的拉速为3.5～6.5m/min，所述连铸板坯的厚度为110～123mm；
将所述连铸板坯依次进行均热处理、粗轧前除鳞、粗轧、电磁感应加热、精轧前除鳞、精轧、层流冷却、卷取、空冷至室温和酸洗，获得酸洗板；其中，所述均热处理的温度为1150～1200℃，所述粗轧入口温度≥1150℃，所述电磁感应加热的出口温度为1050～1250℃，所述精轧终轧温度为800～860℃，所述卷取的温度为600～680℃；
将所述酸洗板进行热冲压成形，获得1500MPa级热成形钢。
进一步地，所述钢的化学成分以质量分数计为：C：0.19～0.26％，Si：0.05～1.3％，Mn：0.9～2.1％，P≤0.015％，S≤0.002％，Alt：0.02～0.12％，B：0.002～0.020％，Cr：0.15～2.0％，Ti：0.02～0.15％，N≤0.006％，V+Nb≤0.15，其余为Fe和不可避免杂质。
进一步地，所述均热处理在辊底式隧道均热炉中进行，所述辊底式隧道均热炉包括长度为50～55m的固定段和长度为25～30m的移动段。
进一步地，所述粗轧前除鳞的压力≥30MPa。
进一步地，所述粗轧中，采用3～5道次进行轧制，控制轧制速度为3～8mm/s，控制粗轧总变形量为＞80％，所述粗轧的出口温度为930～1000℃。
进一步地，所述精轧中，采用5～7道次进行轧制，控制轧制速度为3～8mm/s，控制精轧总变形量在70％～90％，所述精轧入口温度为950～1200℃。
进一步地，所述精轧前除鳞的压力≥30MPa；所述精轧的轧制模式为单坯轧制时，所述精轧前除鳞采用双排除磷；所述精轧的轧制模式为半无头或者无头轧制模式时，所述精轧前除鳞采用单排除磷。
进一步地，所述将将所述带钢进行热冲压成形，获得1500MPa级热成形钢，包括：
将所述带钢在900～1000℃下加热3～10min，转移到热冲压模具中，热冲压的开始温度为650～850℃，冷却速度≥30℃/s，获得1500MPa级热成形钢。
进一步地，所述热冲压的开始温度为650～850℃，所述热冲压的时间为5～15s。
本发明还提供了采用所述方法制备得到的1500MPa级热成形钢。
进一步地，所述1500MPa级热成形钢的厚度为0.8～12.7mm。
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1500MPa级热成形钢及其制备方法，所述制备方法包括：将钢水冶炼和连铸，获得连铸板坯；其中，所述连铸的拉速为3.5～6.5m/min，所述连铸板坯的厚度为110～123mm；将所述连铸板坯依次进行均热处理、粗轧前除鳞、粗轧、电磁感应加热、精轧前除鳞、精轧、层流冷却、卷取、空冷至室温和酸洗，获得酸洗板；其中，所述均热处理的温度为1150～1200℃，所述粗轧入口温度≥1150℃，所述电磁感应加热的出口温度为1050～1250℃，所述精轧终轧温度为800～860℃，所述卷取的温度为600～680℃；将所述酸洗板进行热冲压成形，获得1500MPa级热成形钢。本发明实施例采用短流程多模式薄板坯连铸连轧产线，通过控制连铸拉速、均热处理的温度、粗轧入口温度、电磁感应加热的出口温度、精轧终轧温度和卷取的温度，使得生产的1500MPa级热成形钢基板的屈服强度380～500MPa，抗拉强度500～650MPa，延伸率15～28％，该钢板具有强度高、成形性好的优点。且与传统流程相比本专利省去了连铸坯冷却和再加热的过程，节省了能源消耗。热轧钢带可以直接热轧到0.8mm，覆盖目前传统冷轧退火热成形钢带的厚度范围，省去了冷轧和退火等环节。
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3制备得到的1500MPa级热成形钢在热冲压前的金相照片；
图2为本发明实施例3制备得到的1500MPa级热成形钢在热冲压后的扫描电镜照片；
图3为本发明实施例提供的一种1500MPa级热成形钢的制备方法的流程图。
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，均可通过市场购买获得或者可通过现有方法获得。
本申请实施例的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
根据本发明一种典型的实施方式，提供一种1500MPa级热成形钢的制备方法，所述制备方法包括：
将钢水冶炼和连铸，获得连铸板坯；其中，所述连铸的拉速为3.5～6.5m/min，所述连铸板坯的厚度为110～123mm；
将所述连铸板坯依次进行均热处理、粗轧前除鳞、粗轧、电磁感应加热、精轧前除鳞、精轧、层流冷却、卷取、空冷至室温和酸洗，获得酸洗板；其中，所述均热处理的温度为1150～1200℃，所述粗轧入口温度≥1150℃，所述电磁感应加热的出口温度为1050～1250℃，所述精轧终轧温度为800～860℃，所述卷取的温度为600～680℃；
将所述酸洗板进行热冲压成形，获得1500MPa级热成形钢。
本发明实施例采用短流程多模式薄板坯连铸连轧产线，通过控制连铸拉速、均热处理的温度、粗轧入口温度、电磁感应加热的出口温度、精轧终轧温度和卷取的温度，使得生产的1500MPa级热成形钢基板的屈服强度380～500MPa，抗拉强度500～650MPa，延伸率15～28％，该钢板具有强度高、成形性好的优点。且与传统流程相比本专利省去了连铸坯冷却和再加热的过程，节省了能源消耗。热轧钢带可以直接热轧到0.8mm，覆盖目前传统冷轧退火热成形钢带的厚度范围，省去了冷轧和退火等环节。具体地：
所述连铸的拉速为3.5～6.5m/min，所述连铸板坯的厚度为110～123mm的原因为：高的拉速有利于改善偏析和带状组织，高的生产效率；合适的连铸坯厚度有利于薄规格产品的顺稳轧制和足够的通钢量。若连铸的拉速小于3.5m/min，会影响生产的效率；若连铸的拉速大于6.5m/min，会显著提升连铸的设备能力要求；若连铸板坯的厚度小于110mm，会降低通钢量；若连铸板坯的厚度大于123mm，会增大轧制的变形量，对设备的要求提高，影响薄规格产品轧制顺稳；
所述均热处理的温度为1150～1200℃，目的在于保证合金元素的碳氮化物充分溶解及奥氏体均匀化。若均热处理的温度小于1150℃，会增大板坯在炉的时间；若均热处理的温度大于1200℃，会增大氧化皮的厚度；
所述粗轧入口温度≥1150℃，这样设置有利于粗轧阶段的顺利进行，若粗轧入口温度小于1150℃，会增大粗轧阶段的轧制力；
所述电磁感应加热的出口温度为1050～1250℃，这样设置有利于保证精轧的顺利轧，若电磁感应加热的出口温度小于1050℃，会增大精轧阶段的轧制力；若电磁感应加热的出口温度大于1250℃，会造成组织晶粒的粗大；
所述精轧终轧温度为800～860℃，这样设置有利于保证轧制顺稳；
所述卷取的温度为600～680℃；这样设置有利于保证热成形基板合适的强度和良好的表面质量，若卷取的温度小于600℃，热成形基板的强度太高，不利于落料；若卷取的温度大于680℃，会增大扁卷的风险等；
作为一种可选的实施方式，所述钢的化学成分可以采用现有技术中常用的热成形钢的化学成分，也可以采用本实施方式中优化的化学成分，具体地，所述钢的化学成分以质量分数计为：C：0.19～0.26％，Si：0.05～1.3％，Mn：0.9～2.1％，P≤0.015％，S≤0.002％，Alt：0.02～0.12％，B：0.002～0.020％，Cr：0.15～2.0％，Ti：0.02～0.15％，N≤0.006％，V+Nb≤0.15％，其余为Fe和不可避免杂质。
本申请通过优化以上化学成分的1500MPa级热成形钢，是基于以下原理：
C：0.19～0.26％，碳是热成形钢中的关键元素，最终热冲压后零件组织中的固溶碳含量是影响抗拉强度的关键因素，考虑到焊接因素，碳含量不宜太高，结合抗拉强度1500MPa级别的要求，碳含量控制在0.22～0.25％为宜。
Si：0.05～1.3％，在本申请中，Si元素主要影响热轧带钢、酸洗后钢板的表面质量。
Mn：0.9～2.1％，Mn元素的添加对提高淬透性有利，可以延迟珠光体和贝氏体的转变，考虑到碳当量和钢板的焊接性，控制在1.2～1.4％。
S、P和N：S、P和N元素过高会对材料的塑性、韧性及疲劳性能产生不利影响。本发明限定了S含量控制在0.002％以内，P含量控制在0.015％以内，N控制在0.006％以内。
Al和Ti：Al是有效的脱氧元素之一，而且可以形成氮化物来细化晶粒。Al含量过高将损害钢的韧性，而且焊接热影响区的韧性也变差。Al和Ti加入后可以形成的AlN和TiN，减少钢中的固溶N，避免形成网状硼相(BN等)，影响B的偏聚，使B的淬透性作用减弱。
B：0.002～0.020％，微量B元素的加入能够显著提高钢的淬透性，过量的B会使钢板强度显著提高而塑性很差，因此控制在0.002～0.004％。
Cr：0.15～2.0％，Cr元素的作用为提高淬透性，保证硬度。
V+Nb≤0.15％，Nb和V元素一方面可以细化晶粒，提升热成形钢的性能，另一方面可以降低材料的氢脆敏感性。
作为一种可选的实施方式，所述钢基体的金相组织以体积分数计为：所述钢的金相组织以体积分数计为：50～65％铁素体和35～50％珠光体。热冲压成形后为90％以上马氏体组织。
作为一种可选的实施方式，所述均热处理在辊底式隧道均热炉中进行，所述辊底式隧道均热炉包括长度为50～55m的固定段和长度为25～30m的移动段。板坯进辊底式隧道均热炉进行均热处理，有利于保证合金元素的碳氮化物充分溶解及奥氏体均匀化。
作为一种可选的实施方式，所述粗轧前除鳞的压力≥30MPa。若压力小于30MPa，不利于表面质量的保证；
作为一种可选的实施方式，所述粗轧中，采用3～5道次进行轧制，控制轧制速度为3～8mm/s，控制粗轧总变形量为＞80％，所述粗轧的出口温度为930～1000℃。所述粗轧的出口温度若小于930℃，会增大粗轧阶段的轧制力；所述粗轧的出口温度若大于1000℃，会提高出钢温度，提高能耗；
作为一种可选的实施方式，所述精轧中，采用5～7道次进行轧制，控制轧制速度为3～8mm/s，控制精轧总变形量在70％～90％，所述精轧入口温度为950～1200℃。所述精轧的入口温度若小于950℃，会增大精轧阶段的轧制力；所述精轧的入口温度若大于1200℃，会造成组织晶粒的粗大；
作为一种可选的实施方式，所述精轧前除鳞的压力≥30MPa；若压力小于30MPa，不利于保证高的表面质量；所述精轧的轧制模式为单坯轧制时，所述精轧前除鳞采用双排除磷；所述精轧的轧制模式为半无头或者无头轧制模式时，所述精轧前除鳞采用单排除磷。所述精轧前除鳞的方式根据轧制模式而定有利于改善表面质量。
作为一种可选的实施方式，所述将将所述带钢进行热冲压成形，获得1500MPa级热成形钢，包括：
将所述带钢在900～1000℃下加热3～10min，转移到热冲压模具中，热冲压的开始温度为650～850℃，冷却速度≥30℃/s，获得1500MPa级热成形钢。热冲压前的保温处理有利于完全奥氏体化，保温温度若小于900℃，影响奥氏体化的效率；若大于1000℃，会造成组织原始奥氏体晶粒的过分长大；
作为一种可选的实施方式，所述热冲压的温度为550～650℃，所述热冲压的时间为5～15s；
根据本发明另一种典型的实施方式，提供了所述方法制备得到的1500MPa级热成形钢。所述1500MPa级热成形钢的基板屈服强度380～500MPa，抗拉强度500～650MPa，延伸率15～28％，该钢板具有强度高、成形性好的优点。所述1500MPa级热成形钢的厚度为0.8～12.7mm。
下面将结合实施例、对比例及实验数据对本申请的一种1500MPa级热成形钢及其制备方法进行详细说明。
S1、将钢水经过转炉冶炼，采用连铸方式获得连铸坯；表1为本发明实施例的钢带钢的化学成分，其余为Fe和不可避免杂质。对比例1-对比例8的化学组分同实施例1。
表1本发明钢实施例的化学成分重量百分比(％)
S2、将所述连铸板坯依次进行均热处理、粗轧前除鳞、粗轧、电磁感应加热、精轧前除鳞、精轧、层流冷却、卷取、空冷至室温和酸洗，获得酸洗板；具体如表2所示。
表2本发明实施例的制造工艺
S3、将所述酸洗板进行热冲压成形，获得1500MPa级热成形钢。
表3本发明实施例钢热冲压前的力学性能
表4本发明实施例钢热冲压后的力学性能
由表4数据可知：
对比例1中，均热处理的温度为1100℃，小于本发明实施例1150～1200℃的范围，其余参数均同实施例3，存在铸坯均匀性差的缺点；
对比例2中，均热处理的温度为1250℃，大于本发明实施例1150～1200℃的范围，其余参数均同实施例3，存在晶粒粗大和氧化皮过厚的缺点；
对比例3中，电磁感应加热的出口温度为1000℃，小于本发明实施例1050～1250℃的范围，其余参数均同实施例3，存在精轧阶段轧制力过大缺点；
对比例4中，磁感应加热的出口温度为1300℃，大于本发明实施例1050～1250℃的范围，其余参数均同实施例3，存在晶粒粗大缺点；
对比例5中，精轧终轧温度为750℃，小于本发明实施例800～860℃的范围，其余参数均同实施例3，存在轧制力过大缺点；
对比例6中，精轧终轧温度为880℃，大于本发明实施例800～860℃的范围，其余参数均同实施例3，存在表面质量不好缺点；
对比例7中，卷取的温度为550℃，小于本发明实施例600～680℃的范围，其余参数均同实施例3，存在强度过高的缺点；
对比例8中，卷取的温度为750℃，大于本发明实施例600～680℃的范围，其余参数均同实施例3，存在扁卷缺点；
实施例1-9中，通过优化工艺参数，使得生产的1500MPa级热成形钢的屈服强度380～500MPa，抗拉强度500～650MPa，延伸率15～28％，该钢板具有强度高、成形性好的优点。
附图1-2的详细说明：
图1为本发明实施例3制备得到的1500MPa级热成形钢在热冲压前的金相照片；由图1可知：组织为铁素体+珠光体。
图2为本发明实施例1制备得到的1500MPa级热成形钢的在热冲压后的扫描电镜照片，由图2可知：组织的基体为马氏体。
本发明实施例中的一个或多个技术方案，至少还具有如下技术效果或优点：
(1)本发明实施例中，通过优化合金成分，特别地，V+Nb≤0.15％，有利于提高钢的韧性和降低材料的氢脆敏感性。
(2)本发明实施例采用短流程多模式薄板坯连铸连轧产线，通过控制连铸拉速、均热处理的温度、粗轧入口温度、电磁感应加热的出口温度、精轧终轧温度和卷取的温度，使得生产的1500MPa级热成形钢的屈服强度380～500MPa，抗拉强度500～650MPa，延伸率15～28％，该钢板具有强度高、成形性好的优点。且与传统流程相比本专利省去了连铸坯冷却和再加热的过程，节省了能源消耗。热轧钢带可以直接热轧到0.8mm，覆盖目前传统冷轧退火热成形钢带的厚度范围，省去了冷轧和退火等环节。
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 (4)

1.一种1500MPa级热成形钢的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将钢水冶炼和连铸，获得连铸板坯；其中，所述连铸的拉速为3.5～6.5m/min，所述连铸板坯的厚度为110～123mm；
将所述连铸板坯依次进行均热处理、粗轧前除鳞、粗轧、电磁感应加热、精轧前除鳞、精轧、层流冷却、卷取、空冷至室温和酸洗，获得酸洗板；其中，所述均热处理的温度为1150～1200℃，所述粗轧入口温度≥1150℃，所述电磁感应加热的出口温度为1050～1250℃，所述精轧终轧温度为800～860℃，所述卷取的温度为600～680℃；
将所述酸洗板进行落料和热冲压成形，获得1500MPa级热成形钢；
所述钢的化学成分以质量分数计为：C：0.19～0.26%，Si：0.05～1.3%，Mn：0.9～2.1%，P≤0.015%，S≤0.002%，Alt：0.02～0.12%，B：0.002～0.020%，Cr：0.15～2.0%，Ti：0.02～0.15%，N≤0.006%，V+Nb≤0.15%，其余为Fe和不可避免杂质；
所述将所述酸洗板进行落料和热冲压成形，获得1500MPa级热成形钢，包括：
将落料件在900～1000℃下加热3～10min，后以≥30℃/s的冷却速度在模具中快速冷却，获得1500MPa级热成形钢，所述热冲压的冷却速度≥30℃/s，所述热冲压的时间为5～15s；
所述粗轧中，采用3～5道次进行轧制，控制轧制速度为3～8mm/s，控制粗轧总变形量为＞80%，所述粗轧的出口温度为930～1000℃；
所述精轧中，采用5～7道次进行轧制，控制轧制速度为3～8mm/s，控制精轧总变形量在70%～90%，所述精轧入口温度为950～1200℃；
所述1500MPa级热成形钢的基板屈服强度380～500MPa，抗拉强度500～650MPa，延伸率15～28%，热轧钢带可以直接热轧到0.8mm。
2.根据权利要求1所述的一种1500MPa级热成形钢的制备方法，其特征在于，所述均热处理在辊底式隧道均热炉中进行，所述辊底式隧道均热炉包括长度为50～55m的固定段和长度为25～30m的移动段；所述粗轧前除鳞的压力≥30MPa。
3.根据权利要求1所述的一种1500MPa级热成形钢的制备方法，其特征在于，所述精轧前除鳞的压力≥30MPa；所述精轧的轧制模式为单坯轧制时，所述精轧前除鳞采用双排除磷；所述精轧的轧制模式为半无头或者无头轧制模式时，所述精轧前除鳞采用单排除磷。
4.一种采用权利要求1-3任一所述方法制备得到的1500MPa级热成形钢。
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