CN114032452A - 一种高强塑积冷轧trip钢板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提出一种高强塑积冷轧TRIP钢板及其制备方法，其中高强塑积冷轧TRIP钢板的成分包括C：0.29％～0.34％、Si：0.75％～0.95％、Mn：1.8％～2.2％、P≤0.012％、S≤0.005％、Als：0.50％～1.0％、V：0.08％～0.12％，余量为Fe和不可避免的杂质。结合相应的退火工艺，在退火过程中，高Si高Al驱动C、Mn向奥氏体中扩散，稳定残余奥氏体，使得TRIP效应充分发挥。微合金元素的析出强化和晶粒细化作用有利于获得稳定的奥氏体，提高带钢的强度和延伸率，从而提高成品冷轧TRIP钢的强塑积。该钢种生产工艺简单，可在传统产线上实现生产，具有良好的生产和应用前景。

Description

一种高强塑积冷轧TRIP钢板及其制备方法
技术领域
本申请涉及钢板轧制技术领域，尤其涉及一种抗拉强度达到980MPa级别的强塑积≥30GPa·％的超高强塑积冷轧TRIP钢板及其制备方法。
背景技术
汽车工业对节能、降耗、环保的要求日益严格。先进高强钢将被更广泛地应用于汽车 制造业中以实现其轻量化的目标。
到目前为止，汽车钢主要经历了三个发展阶段。第一代汽车用钢主要为IF钢、DP钢、 TRIP钢和马氏体钢等汽车用钢，强塑积通常在9～20％GPa·％。第二代汽车用钢主要为TWIP 钢，强塑积高达50～70GPa·％，由于Cr、Ni、Mn、Si、和Al等合金元素的大量添加，总合 金含量高达25％以上，冶金生产困难较大，成本较高，无法量产。
第三代汽车钢QP钢和中锰钢兼顾了性能与成本，但是QP钢对产线工艺要求严格，产 线依赖性强，无法在传统产线生产。中锰钢成分限制较多，所采用工艺难以适应现有产线 进行大规模生产。因此，如何研发一种适用于现有产线的高强塑积冷轧汽车钢及其生产方 法，有效解决良好的综合性能和生产经济性相匹配的高强冷成形钢成为人们亟待解决的问 题。
强塑积的提高来源于钢中残余奥氏体，本发明通过有效调控钢中残余奥氏体充分应用 其TRIP效应实现了抗拉强度Rm≥980MPa，强塑积≥30GPa·％的性能要求，并且将合金元 素控制在4％以内，具有良好的焊接和涂镀性能。此外，该钢种生产工艺简单，可在传统产 线上实现大规模生产，具有良好的生产和应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种强度为980MPa级别延伸率＞30％的TRIP冷轧轧板及其生 产方法，该钢种不仅具有高强度，并且具有良好的成型性，适合制造汽车结构件、加强件、 安全件等构件，如保险杠、B柱加强件。
为达到此目的，本发明提出在C-Si-Mn合金元素基础上提高Al含量，取代一部分Si元素，降低Si元素的不利影响。在不需要大量增加C含量和Si含量的情况下实现高强塑 积，该钢种化学成分兼具涂覆性能和焊接性能。生产工艺简单，适用于传统连续退火线生 产，有着良好的经济效益。
为此，本申请的一方面实施例提出一种高强塑积冷轧TRIP钢板，其成分包括C：0.29％～0.34％、Si：0.75％～0.95％、Mn：1.8％～2.2％、P≤0.012％、S≤0.005％、Als：0.50％～1.0％、V：0.08％～0.12％，余量为Fe和不可避免的杂质，以质量百分含量计。
本申请第二方面实施例提出一种上述的高强塑积冷轧TRIP钢板的制备方法，包括以 下步骤：
步骤A，将钢坯装入加热炉中加热，然后在轧机上进行多道次的轧制，轧后冷却至卷 取温度，得到热轧板；
步骤B，将热轧板经过罩式退火处理，然后酸洗、冷轧；
步骤C，冷轧后进行连续退火，冷却，得到成品。
在一些实施例中，所述步骤A中，钢坯在加热炉中的加热温度为1180℃～1280℃。
在一些实施例中，所述步骤A中，多道次的轧制中精轧总压下率≥85％，热轧终轧温 度为840℃～950℃，卷取温度为650℃～750℃。
在一些实施例中，所述步骤B中，罩式退火的退火温度为600～700℃，保温时间为6～12h。
在一些实施例中，所述步骤B中，酸洗后以30％～60％的累计压下量进行冷轧。
在一些实施例中，所述步骤C中，连续退火的工艺为退火温度为780℃～840℃，保温 时间为60～240s，然后以大于30℃/s的速率快速冷却至360～420℃，再保温2～10min，最后 以5～20℃/s的速率冷却至室温。
在一些实施例中，所述步骤C中，第一次退火后的保温时间为120～240s。
在一些实施例中，所述步骤C中，第一次快速冷却的冷却速率为30～100℃/s。
本申请第三方面实施例提出一种上述的高强塑积冷轧TRIP钢板在汽车制造领域中的 应用。
本发明同现有技术相比，有如下特点：本发明设计的高强塑积的冷轧TRIP钢板，结合相应的退火工艺，在退火过程中，高Si高Al驱动C、Mn向奥氏体中扩散，稳定残余奥 氏体，使得TRIP效应充分发挥。本发明中，V的质量分数为0.08％～0.12％，微合金元素的 析出强化和晶粒细化作用有利于获得稳定的奥氏体，提高带钢的强度和延伸率，从而提高 成品冷轧TRIP钢的强塑积。
汽车工业对节能、降耗、环保的要求日益严格。先进高强钢将被更广泛地应用于汽车 制造业中以实现其轻量化的目标。工信部在《重点新材料首批次应用示范指导目录(2019年 版)》高韧塑性汽车钢方面提出了抗拉强度Rm为1000MPa、延伸率A50为30％的高强塑 积冷成形钢的需求。本发明通过有效调控钢中残余奥氏体的TRIP效应实现了这一力学性能 要求，并且将合金元素控制在4％以内，具有良好的焊接和涂镀性能。此外，该钢种生产工 艺简单，可在传统产线上实现生产，具有良好的生产和应用前景。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明 显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显 和容易理解，其中：
图1为本申请实施例的980MPa级别冷轧TRIP钢的显微组织照片。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图 描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图1描述本申请实施例的一种高强塑积冷轧TRIP钢板及其制备方法。
本申请的一方面实施例提出一种高强塑积冷轧TRIP钢板，以C-Si-Mn系中碳TRIP钢为基础，通过化学成分优化，添加一定量的Si、Al元素，通过连续退火生产，获得抗拉 强度达到980MPa级以上，延伸率≥30％的高强塑积钢板。
该钢板的成分包括C：0.29％～0.34％、Si：0.75％～0.95％、Mn：1.8％～2.2％、P≤0.012％、 S≤0.005％、Als：0.50％～1.0％、V：0.08％～0.12％，余量为Fe和不可避免的杂质，以质量 百分含量计。
对于厚度为2～6mm的钢板，抗拉强度在980MPa以上，延伸率≥30％。本发明钢材由多边形铁素体组织、贝氏体组织以及残余奥氏体组成，其中残余奥氏体含量为15％～25％，使材料在高强度的同时，具有良好的延伸率。
采用上述成分设计的理由为：
碳：碳是奥氏体稳定化元素，强烈降低Ms点。通过适当提高C含量增加钢的强度并增加残余奥氏体量及其稳定性。只有含有一定量的C元素的奥氏体才能在室温残留，并且由于转化诱导的可塑性。当C浓度＜0.29％时，无法保证足够多的残余奥氏体，不能实现 本发明的目的。另一方面，超过0.35％会使焊接性能非常差，因此C含量选择在0.29％～0.34％ 之间。
锰：是奥氏体稳定元素，它可以降低残余奥氏体的Ms点，抑制珠光体形成，通过固溶强化提高钢的强度总水平。同时降低贝氏体形成的临界冷速，利于得到贝氏体组织，但Mn含量过高会损伤焊接性能，并且有较高的偏析倾向。考虑到钢种的强度级别要求，本发明将锰含量控制在1.8％～2.2％。
硅：在本发明中主要用于稳定残余奥氏体。Si分布在铁素体中，提高铁素体中碳的化 学位，促使铁素体中的碳向奥氏体内部扩散，残余奥氏体中碳浓度升高，形成富碳的残余 奥氏体，增强TRIP效应。但硅含量过高，会导致轧后钢板表面出现红色氧化铁皮，恶化表面质量。损害钢种的焊接性能和涂覆性能，因此本发明将硅含量控制在0.75％～0.95％。
微合金元素Nb、V通过晶粒细化和相变行为也对奥氏体中碳的富集有一定作用，对有效地获得足够稳定地残留奥氏体中，碳的富集也有一定作用，有效地获得足够稳定的残余奥氏体可提高TRIP钢的强度和塑性。
钒：V可实现晶粒细化和析出强化的作用。该元素的加入可细化形成贝氏体钢的显微 组织，提高钢的强韧性。本发明将V的含量控制在0.08％～0.12％。
铝：属于强脱氧元素。Al元素的增加可以使得奥氏体有效增碳，在贝氏体等温相变期 间抑制碳化物生产而形成稳定奥氏体。因此，本发明中采用Al代替部分Si提高钢种强塑积。但是高的Al含量不利于金属的浇铸，因此本发明Als含量控制在0.5％～1.0％。
磷和硫为杂质元素，原则上是越低越好，考虑到成本，本发明将磷和硫的含量控制为 P≤0.012％、S≤0.005％。
本申请第二方面实施例提出一种上述的高强塑积冷轧TRIP钢板的制备方法，包括冶 炼、连铸、热轧、罩式炉退火、冷轧、退火等步骤。将钢坯装入加热炉中加热，加热温度 为1180℃～1280℃，然后在轧机上进行多道次的轧制，中间坯厚度为40mm，多道次的轧制 中精轧总压下率≥85％，热轧终轧温度为840℃～950℃，轧后冷却至卷取温度，卷取温度为650℃～750℃，得到热轧板，热轧板厚度为1.5mm～8mm；
步骤B，将热轧板经过罩式退火处理，罩式退火的退火温度为600～700℃，保温时间 为6～12h。然后酸洗、冷轧。酸洗后以30％～60％的累计压下量进行冷轧，其成品厚度为0.5mm～4.0mm。
步骤C，冷轧后进行连续退火，冷却，得到成品。本发明的技术关键在于冷轧后的连续退火工艺，为保证获得适当的铁素体+贝氏体+残余奥氏体的复相组织，退火温度为 780℃～840℃，保温时间为60～240s，然后以30～100℃/s的速率快速冷却至360～420℃，再保温2～10min，最后以5～20℃/s的速率冷却至室温。
由该制备方法制备出的高强塑积冷轧TRIP钢的显微组织照片如图1所示。
本发明工艺设计理由：
本发明将厚度70～200mm的板坯在高温状态下、或者冷却到室温后装入加热炉，以1180～1280℃范围进行加热，然后在840～950℃之间进行热精轧。热轧终轧温度低于840℃时，晶粒容易形成粗细晶粒混合状态，使钢板的加工性能下降，终轧温度高于950℃时， 所得到的晶粒过于粗大，钢板的力学性能下降。高温卷取有利于钢板热轧后的成形性能， 因此选择卷取温度为650℃～750℃。由于本发明的技术方案中采用C配合Si、Al的成分， 经过热轧后钢板强度较高，进行下一步冷轧会比较困难，因此需要在冷轧前对钢卷进行罩 式炉退火处理，当温度较低时，无法充分降低屈服强度，当罩式炉退火温度过高时，又会 造成晶粒粗大，降低钢板最终的力学性能。因此，热轧后钢卷进行罩式炉退火，其中退火 温度为600～700℃，保温时间为6～12h。
热轧钢板酸洗后进行冷轧，考虑到轧制负荷和材料性能，将冷轧压下率设定为 30～60％。
退火温度是决定钢板性能的关键因素，退火温度在780～840℃之间，在加热时得到铁 素体和奥氏体的双相组织。当温度低于780℃，钢种尚未发生完全再结晶，组织性能不均 匀。温度过高，导致晶粒的急剧长大，降低钢板力学性能。两相区退火时保温时间在120～240s 之间，时间低于60s不能保证钢板均匀受热。时间过长会导致晶粒粗化，降低钢板力学性 能。保温后冷却速度大于30℃/s，避开珠光体转变区，防止最终残余奥氏体的相比例不足。 考虑到连退线的生产能力，选择范围为30～100℃/s。然后以30～100℃/s的速率快速冷却至 360～420℃，再保温2～10min，最后以5～20℃/s的速率冷却至室温。
本申请第三方面实施例提出一种上述的高强塑积冷轧TRIP钢板在汽车制造领域中的 应用。
以下通过具体的实施例对本方案进一步阐述。
表1为实施例1-6中钢的化学成分，将冶炼好的符合表1中所述组分的钢水经真空脱 气处理后连铸成坯料，然后将坯料在热轧轧机上连轧卷取。
表1(质量百分比/％)
实施例 C Si Mn P S V Als
1 0.29 0.80 2.15 0.011 0.005 0.12 1.0
2 0.30 0.75 2.00 0.012 0.004 0.11 0.75
3 0.31 0.95 1.90 0.011 0.005 0.09 0.5
4 0.32 0.90 1.95 0.012 0.004 0.10 0.65
5 0.33 0.85 1.85 0.009 0.005 0.095 0.85
6 0.34 0.80 1.80 0.008 0.003 0.085 0.70
表2为实施例1-6中钢的热轧制造工艺参数。
表2
Figure BDA0003298380640000051
表3为实施例1-6中钢的冷轧退火制造工艺参数。
表3
实施例 保温温度/℃ 保温时间/s 冷却速度℃/s 时效温度/℃ 时效时间/s 终冷速率℃/s
1 780 240 65 410 240 10
2 800 200 30 400 280 15
3 820 120 50 390 300 15
4 800 180 80 400 250 10
5 820 150 95 380 320 20
6 780 220 90 410 280 15
表4为实施例1-6中最终获得的钢的力学性能。
表4
实施例 钢板厚度/mm Rp0.2/MPa Rm/MPa A50/％ 强塑积/GPa·％
1 2.0 595 990 30.5 30.2
2 2.5 625 1032 31.0 32.0
3 3.0 605 1027 31.5 32.3
4 3.5 660 995 30.5 30.3
5 4.0 625 990 31.0 30.7
6 4.5 670 1075 31.9 34.3
根据本实施例的生产方法，轧制钢板的抗拉强度(Rm)≥980MPa,强塑积≥30GPa·％，具 有优良的成形性能。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例” 等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一 个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施 例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示 例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明 书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的， 不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例 进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种高强塑积冷轧TRIP钢板，其特征在于，其成分包括C：0.29％～0.34％、Si：0.75％～0.95％、Mn：1.8％～2.2％、P≤0.012％、S≤0.005％、Als：0.50％～1.0％、V：0.08％～0.12％，余量为Fe和不可避免的杂质，以质量百分含量计。
2.一种权利要求1所述的高强塑积冷轧TRIP钢板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A，将钢坯装入加热炉中加热，然后在轧机上进行多道次的轧制，轧后冷却至卷取温度，得到热轧板；
步骤B，将热轧板经过罩式退火处理，然后酸洗、冷轧；
步骤C，冷轧后进行连续退火，冷却，得到成品。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A中，钢坯在加热炉中的加热温度为1180℃～1280℃。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A中，多道次的轧制中精轧总压下率≥85％，热轧终轧温度为840℃～950℃，卷取温度为650℃～750℃。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B中，罩式退火的退火温度为600～700℃，保温时间为6～12h。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B中，酸洗后以30％～60％的累计压下量进行冷轧。
7.根据权利要求2-6任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤C中，连续退火的工艺为退火温度为780℃～840℃，保温时间为60～240s，然后以大于30℃/s的速率快速冷却至360～420℃，再保温2～10min，最后以5～20℃/s的速率冷却至室温。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤C中，第一次退火后的保温时间为120～240s。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤C中，第一次快速冷却的冷却速率为30～100℃/s。
10.一种权利要求1所述的高强塑积冷轧TRIP钢板在汽车制造领域中的应用。
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