CN114438400A - 一种具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板及其制造方法 - Google Patents

一种具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板，其包括基板和镀锌层，所述基板除了Fe及不可避免的杂质元素以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：C：0.17～0.25％，Si：0.6～1.2％，Mn：2.0～2.6％，Al：0.02～0.3％，0＜Nb+Ti≤0.1％；所述基板的微观组织为铁素体+马氏体+残余奥氏体。此外，本发明还公开了上述具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板的制造方法，其步骤包括：(1)制得冷轧带钢；(2)在明火炉内进行预氧化处理，以在带钢表面形成预氧化膜；(3)退火：退火均热温度为780‑840℃，退火均热保温时间为60‑120s；(4)再加热：再加热温度为450‑470℃；(5)热镀锌：热镀锌温度为430‑470℃；(6)平整；(7)涂油。

Description

一种具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种钢板及其制造方法，尤其涉及一种热镀锌钢板及其制造方法。
背景技术
近年来，随着汽车行业的快速发展以及乘客安全意识和国家排放法规的提高，市场和用户也随之对汽车车身轻量化提出了更高的要求。因此，众多汽车生产厂商为了在实现车身轻量化的同时，保证车辆的安全性，均要求用于汽车的钢板需要兼顾高成形性、易焊接性和良好的碰撞安全性。
目前市场上，DP钢和QP钢为常用于汽车的两类钢板。其中，DP钢兼具制造性、焊接性能和良好的力学性能，但在轻量化上存在明显的不足；而QP钢不但可以通过高强代替低强实现车身减重，其高强高塑的性能也为车身安全性提供保障，但其热镀锌产品焊接性较差。基于兼顾高成形性、易焊接性和良好的碰撞安全的考虑，奥钢联于2016年推出其高成型产品热镀锌DH钢，即高成型双相钢，其在相同的抗拉强度下，延伸率相比DP钢提高30％以上，使其具有更好的成形性。
目前，现有技术中上虽然已经针对热镀锌钢板有了一定的研究，但其仍然存在不少缺陷。
国际专利WO2017102982A1公开了一种高强热镀锌钢板生产方法。其典型成分为0.19C-2.0Mn-0.6Si-0.45Al-0.12V-0.024B，通过控制热轧工艺和连退工艺，使材料获得较好强塑性，其屈服强度、抗拉强度和延伸率可分别达到550MPa、1080MPa和15％，但大量Al和V的加入增加了制造难度和成本。
美国专利US20150184274A1发明了一种具有较高强高成形性的热镀锌钢板，其典型成分为0.18C-1.7Mn-1.5Si-0.08Ti，通过控轧控冷和连续退火处理，在1000MPa强度级别下可使延伸率达到24％，但是该成分主要合金元素与宝钢目前QP钢成分相似，不利于热镀锌产品后续的生产和应用。
中国专利CN108486501A公开了一种具有增强塑性的1000MPa级冷轧热镀锌双相钢及其制造方法。该冷轧热镀锌双相钢材中的典型成分为0.19C-2.0Mn-0.3Si-0.7Al-0.45Cr-0.02Ti，通过常规DP钢制造工艺(卷取温度高达650℃)，其屈服强度、抗拉强度和延伸率可分别达到700MPa、980MPa和14％，但高Al含量提高了熔炼难度；高Cr含量不但增加了合金成本，而且不利于镀锌板表面质量，高的卷取温度也大大提高了表面缺陷风险。
由此可见，现有技术中已有的热镀锌钢板仍然存在一定的缺陷。为进一步兼顾材料的加工性能及可制造性，本发明提出了一种具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板及其制造方法，该热镀锌钢板不仅具有较高的强度，同时还具备优异的成形性，其既能用作汽车车身结构件及安全件，也可用于其他需要高强、减重等应用领域，能够创造良好的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板，其包括基板和纯镀锌层，本发明所述的980MPa级热镀锌钢板，通过合理的化学成分设计，不仅可以获得较高的强度，同时还具备优异的成形性，其既能用作汽车车身结构件及安全件，也可用于其他需要高强、减重等应用领域，能够创造良好的经济效益和社会效益。
为了实现上述目的，本发明提供了一种具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板，其包括基板和镀锌层，所述基板除了Fe及不可避免的杂质元素以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：
C：0.17～0.25％，Si：0.6～1.2％，Mn：2.0～2.6％，Al：0.02～0.3％，0＜Nb+Ti≤0.1％；
所述基板的微观组织为铁素体+马氏体+残余奥氏体。
进一步地，在本发明所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板中，其基板的各化学元素质量百分含量为：
C：0.17～0.25％，Si：0.6～1.2％，Mn：2.0～2.6％，Al：0.02～0.3％，0＜Nb+Ti≤0.1％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。
在本发明的上述技术方案中，在本发明所述的980MPa级热镀锌钢板中，各化学元素的设计原理如下所述：
C：在本发明所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板中，C元素会影响钢的强塑性。当钢中C元素含量过低时，临界区淬火时形成的奥氏体含量较少，且奥氏体稳定性下降，难于保证钢材的强塑性；而当钢中C元素含量过高时，则会导致钢的塑性和焊接性下降。基于此，在本发明所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板中，将C元素的质量百分含量控制在0.17～0.25％之间。
Si：在本发明所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板中，Si是铁素体固溶强化元素，其可以提高钢的强度。同时，Si元素还可以促使C原子从铁素体向奥氏体富集，净化铁素体；抑制碳化物在镀锌温度析出，从而提高奥氏体稳定性。但需要注意的是，钢中Si元素含量不宜过高，当钢中Si元素含量过高时会恶化钢材的可镀性和焊接性。基于此，在本发明所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板中，将Si元素的质量百分含量控制在0.6～1.2％之间。
Mn：在本发明所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板中，Mn元素可提高奥氏体稳定性，降低马氏体临界冷却速率。当钢中Mn元素含量过高时，会影响基板焊接性和表面镀锌质量；当钢中Mn含量过低时，则会使淬透性降低，强化作用减弱。因此，在本发明所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板中，将Mn元素的质量百分含量控制在2.0～2.6％之间。
Al：在本发明所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板中，Al元素的作用与上述Si元素的作用相似。钢中Al元素含量不宜过高，当钢液中Al元素含量过高时，容易产生连铸过程水口堵塞等问题，增加制造难度。因此，在本发明所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板中，将Al元素的质量百分含量控制在0.02～0.3％之间。
Nb、Ti：在本发明所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板中，Nb元素会强烈抑制动态再结晶，并通过与C、N结合形成Nb(C,N)，可有效地抑制热加工过程中晶粒粗化，细化铁素体晶粒；但添加过量的Nb会恶化钢的热加工性能和钢板的韧性。相应地，Ti元素与C、N结合会形成Ti(C,N)、TiN和TiC，可细化铸态组织以及热加工时阻碍晶粒粗化；但添加过量Ti会使成本增加，并使上述析出物含量和尺寸增加进而降低镀锌板的延展性。因此，在本发明所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板中，控制Nb和Ti的质量百分含量为0＜Nb+Ti≤0.1％，式中Nb、Ti分别表示对应化学元素的质量百分含量。
此外，在本发明中，在满足单一化学元素质量百分含量的同时，还可以优选地控制Si+Al≤1.1％，式中Si、Al均分别表示其对应化学元素的质量百分含量。控制Si、Al元素满足Si+Al≤1.1％，能够使钢板在具有更好的可制造性的同时提高延展性。
进一步地，在本发明所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板中，其基板各化学元素质量百分含量还满足下列各项的至少其中之一：
Al：0.03～0.25％；
Ti：0.005～0.06％；
Nb：0.005～0.06％。
在本发明所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板中，在不可避免的杂质中：P≤0.05％，并且/或者S≤0.01％。
在本发明上述的技术方案中，P和S均是本发明所述具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板中的杂质元素。在技术条件允许情况下，为了获得性能更好且质量更优的钢材，应尽可能降低具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板中杂质元素的含量。
进一步地，在本发明所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板中，铁素体的相比例为15～40％，马氏体的相比例为40～60％，残余奥氏体的相比例为5～15％。
进一步地，在本发明所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板中，所述镀锌层的单面厚度为3～70μm。
进一步地，在本发明所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板中，其性能满足：屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥980MPa，延伸率A50≥15％。
在本发明上述技术方案中，本发明所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板中的高延伸率来源于铁素体的变形及奥氏体在变形过程中通过TRIP作用增塑所致。
相应地，本发明的另一目的在于提供一种具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板的制造方法，其无需改造装备且制造工艺简单。采用该制造方法所获得的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板不仅具有较高的强度，还具有优异的延伸率，其屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥980MPa，延伸率A50≥15％。
为了实现上述目的，本发明提出了上述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板的制造方法，其包括步骤：
(1)制得冷轧带钢；
(2)在明火炉内进行预氧化处理，以在带钢表面形成预氧化膜；
(3)退火：退火均热温度为780-840℃，退火均热保温时间为60-120s；
(4)再加热：再加热温度为450-470℃；
(5)热镀锌：热镀锌温度为430-470℃；
(6)平整；
(7)涂油。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(2)中，所述预氧化膜的厚度为60-120nm。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(6)中，平整率为0.2-0.8％。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，在步骤(5)中，热镀锌后得到的镀锌层的重量平均值为20～380g/m2单面。
本发明所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板及其制造方法相较于现有技术具有如下所述的优点以及有益效果：
本发明所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板，通过合理的化学成分设计，可以获得较高的强度和较好的成形性，该980MPa级热镀锌钢板的屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥980MPa，延伸率A50≥15％，其性能优异且适用性广泛，能够创造良好的经济效益和社会效益。
本发明所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板具有良好的可加工性，其可以有效用于汽车行业中，并能够满足用户轻量化、复杂零件的加工要求。同时，由于产品成分设计及工艺特点，具有优良的可制造性。
相较于现有技术，本发明所述的制造方法无须改造设备，制造工艺简单，可以制造出强度高，延伸率优异的高强热镀锌产品，其实物水平达到了相应国际标准的要求。而且采用本发明所述制造方法制得的热镀锌钢板产品镀层均匀、致密、厚度范围大，其可有效应用于汽车行业及其他相关应用领域，能够有效拓展热镀锌高强钢产品的应用领域，具有良好的推广前景和应用价值。
附图说明
图1为实施例1的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板在1000倍扫描电镜下的微观组织形貌照片。
具体实施方式
下面将结合说明书附图及具体的实施例对本发明所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
实施例1-6和对比例1
本发明所述实施例1-6的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板和对比例1的对比钢板均采用以下步骤制得：
(1)按照表1所示的化学成分制得冷轧带钢；
(2)在明火炉内进行预氧化处理，以在带钢表面形成预氧化膜，控制所述预氧化膜的厚度为60-120nm；
(3)退火：带钢进入退火炉进行退火处理，得到表面经过氢气还原的钢板。控制退火均热温度为780-840℃，控制退火均热保温时间为60-120s，退火完成后进行缓冷。
(4)再加热：冷却后的带钢进入再加热炉进行加热，控制再加热温度为450-470℃；
(5)热镀锌：带钢进入镀液进行镀覆锌，得到带锌层的钢板。控制热镀锌温度为430-470℃，热镀锌后得到的镀锌层的重量平均值为20～380g/m2单面。
(6)平整：将涂覆锌层的钢板直接进入平整，控制平整率为0.2-0.8％，经过平整轧制后得到平整带钢。
(7)涂油：将平整后的钢板进行涂油处理。
需要说明的是，本发明所述实施例1-6的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板的化学元素成分和相关工艺设计均满足符合本发明设计规范要求。而对比例1对比钢板的化学元素成分设计中存在不满足本发明设计要求的参数。
表1列出了实施例1-6的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板和对比例1的对比钢板的各化学元素的质量百分配比。
表1.(wt％，余量为Fe和除P、S以外其他不可避免的杂质)
编号 C Si Mn P S Al Ti Nb Nb+Ti Si+Al
实施例1 0.17 1.05 2 0.01 0.006 0.04 0.01 - 0.01 1.09
实施例2 0.2 0.9 2.1 0.03 0.008 0.2 0.03 0.01 0.04 1.1
实施例3 0.19 0.7 2.5 0.01 0.005 0.3 0.02 0.02 0.04 1
实施例4 0.24 0.6 2 0.02 0.006 0.2 0.05 0.04 0.09 0.8
实施例5 0.19 1.0 2.3 0.01 0.003 0.04 0.02 0.02 1.04
实施例6 0.18 0.7 2.2 0.04 0.004 0.2 - 0.01 0.01 0.9
对比例1 <u>0.09</u> <u>0.4</u> 2.2 0.01 0.006 0.04 0.03 0.04 0.07 0.44
表2列出了实施例1-6的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板和对比例1的对比钢板的具体工艺参数。
表2.
Figure BDA0002751610820000071
将得到的成品实施例1-6的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板和对比例1的对比钢板分别取样，测量各实施例和对比例中镀锌层的单面厚度，并进行各项性能测试，将所得的测试结果列于表3中。相关力学性能测试方法如下所述：
拉伸性能测试：拉伸实验按JIS5标准加工，在室温下按GB/T 228.1-2010进行拉伸测试。
表3列出了实施例1-6的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板和对比例1的对比钢板的力学性能测试结果。
表3.
Figure BDA0002751610820000081
由表3可知，相较于对比例1的对比钢板，本发明所述的实施例1-6的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板的延伸率A50明显更优。实施例1-6的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板在室温下≥550MPa，抗拉强≥980MPa，延伸率A50≥15％，其综合性能明显优于对比例1的钢板。
实施例1-6的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板不仅具有较高的强度，其延伸率还十分优异，实物水平达到了相应国际标准的要求。而且本发明的热镀锌钢板产品镀层均匀、致密、厚度范围大，其可有效应用于汽车行业及其他相关应用领域，能够创造良好的经济效益和社会效益。
图1为实施例1的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板在1000倍扫描电镜下的微观组织形貌照片。
如图1所示，图1实施例1的微观组织形貌照片的结果表明，本发明实施例1的热镀锌钢板的微观组织为铁素体+马氏体+残余奥氏体。经观察，微观组织中铁素体的相比例为35％左右，马氏体的相比例为55％左右，余量是残余奥氏体。
综上所述可以看出，本发明所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板，通过合理的化学成分设计，可以获得较高的强度和较好的成形性，该980MPa级热镀锌钢板的屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥980MPa，延伸率A50≥15％，其性能优异且适用性广泛，其可以有效用于汽车行业中，并能够满足用户轻量化、复杂零件的加工要求，能够创造良好的经济效益和社会效益。
相应地，与现有技术比较，本发明所述的制造方法无需改造设备，制造工艺简单，可以制造出强度高，延伸率优异的高强热镀锌产品，其实物水平达到了相应国际标准的要求。而且采用本发明所述制造方法制得的热镀锌钢板产品镀层均匀、致密、厚度范围大，其可有效应用于汽车行业及其他相关应用领域，能够有效拓展热镀锌高强钢产品的应用领域，具有良好的推广前景和应用价值。
需要说明的是，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板，其包括基板和镀锌层，特征在于，所述基板除了Fe及不可避免的杂质元素以外还含有质量百分含量如下的下述各化学元素：
C：0.17～0.25％，Si：0.6～1.2％，Mn：2.0～2.6％，Al：0.02～0.3％，0＜Nb+Ti≤0.1％；
所述基板的微观组织为铁素体+马氏体+残余奥氏体。
2.如权利要求1所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板，其特征在于，其基板的各化学元素质量百分含量为：
C：0.17～0.25％，Si：0.6～1.2％，Mn：2.0～2.6％，Al：0.02～0.3％，0＜Nb+Ti≤0.1％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。
3.如权利要求1或2所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板，其特征在于，其Si+Al≤1.1％。
4.如权利要求1或2所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板，其特征在于，其基板各化学元素质量百分含量还满足下列各项的至少其中之一：
Al：0.03～0.25％；
Ti：0.005～0.06％；
Nb：0.005～0.06％。
5.如权利要求1或2所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板，其特征在于，铁素体的相比例为15～40％，马氏体的相比例为40～60％，残余奥氏体的相比例为5～15％。
6.如权利要求1或2所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板，其特征在于，所述镀锌层的单面厚度为3～70μm。
7.如权利要求1或2所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板，其特征在于，其性能满足：屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥980MPa，延伸率A50≥15％。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的具有高延伸率的980MPa级热镀锌钢板的制造方法，其特征在于，其包括步骤：
(1)制得冷轧带钢；
(2)在明火炉内进行预氧化处理，以在带钢表面形成预氧化膜；
(3)退火：退火均热温度为780-840℃，退火均热保温时间为60-120s；
(4)再加热：再加热温度为450-470℃；
(5)热镀锌：热镀锌温度为430-470℃；
(6)平整；
(7)涂油。
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述预氧化膜的厚度为60-120nm。
10.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在步骤(6)中，平整率为0.2-0.8％。
11.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，在步骤(5)中，热镀锌后得到的镀锌层的重量平均值为20～380g/m2单面。
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