CN114763594A - 一种冷轧钢板以及冷轧钢板的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种冷轧钢板以及冷轧钢板的制造方法，其中冷轧钢板按质量百分比计，其化学成分包括：C：0.16‑0.21％，Si：1.0‑1.5％，Mn：1.8‑2.5％，Ti≤0.01％，且满足，6≤Si/C≤9，从而，本发明能够获得一种高扩孔、高延伸率以及高强度的冷轧钢板。

Description

一种冷轧钢板以及冷轧钢板的制造方法

技术领域

本发明涉及钢铁领域，特别涉及一种冷轧钢板以及冷轧钢板的制造方法。

背景技术

随着能源消耗与碳排放量问题的日益严峻，汽车轻量化的需求在进一步的提升。尤其是在电动汽车作为未来汽车发展的重要方向，汽车轻量化对于提高续航里程，增强实用性和舒适性方面有重要作用。高强钢由于具有良好的机械性能和使用性能，适用于汽车结构件的制造。

传统的高扩孔冷轧高强钢主要有双相钢和复相钢，其延伸率和扩孔性能仍有改善空间。

发明内容

本发明提供了一种冷轧钢板以及冷轧钢板的制造方法，用以解决上述问题。

本发明提供了一种冷轧钢板，按质量百分比计，其化学成分包括：C：0.16-0.21％，Si：1.0-1.5％，Mn：1.8-2.5％，Ti≤0.01％，且满足，6≤Si/C≤9。

本发明钢的成分设计以C+Si+Mn为主的成分体系，并通过成分的合理设计，并将Ti元素含量控制在小于或等于0.01％，能够保证最终的强度。C的成分主要是为了保证强度和残余奥氏体的产生；Si含量的设计有利于C元素从贝氏体向残余奥氏体扩散，抑制贝氏体界面中碳化物的析出，Mn的含量既要保证一定的淬透性以保证强度，同时也不宜过高使得在冷却过程中生成较硬的马氏体影响扩孔率。另外，冷轧钢板中Si和C元素的质量百分比的比值Si/C在6-9的范围内，能够同时在此成分体系下保证强度的要求以及对延伸率的提高。优选地，满足6≤Si/C≤8，能使生成的微观组织内C含量适宜并抑制碳化物的析出，使得其最终力学性能在适宜的区间内。从而，本发明能够获得一种高扩孔、高延伸率以及高强度的冷轧钢板。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开了一种冷轧钢板，其化学成分质量百分比为：C：0.16-0.21％，Si：1.0-1.5％，Mn：1.8-2.5％，Ti≤0.01％，且满足，6≤Si/C≤9，余量为铁及其它不可避免的杂质。

采用上述技术方案，仅添加碳、硅、锰作为主要元素，并控制钛元素含量小于或等于0.01％，并通过元素含量配比的合理设计，能够获得需要的冷轧钢板的基本性能。另外，无需添加额外元素，可制造性和经济性突出。

进一步地，其它不可避免的杂质包括P、N和S，其中，P≤0.015％，S≤0.003％，N≤0.005％。

具体地，本发明化学成分设计中：

碳(C)：在本发明所述的钢板中，C元素的添加能提高钢的强度，保证贝氏体相变的发生和贝氏体的强度，同时保证常温下存在一定量的残余奥氏体。选择C的质量百分比为0.16～0.21％，这是因为当C的质量百分比低于0.16％，无法保证退火后产生的贝氏体的强度能够满足要求；残余奥氏体也会不足，造成延伸率不足。C的质量百分比高于0.21％，则会产生一定量的马氏体，使得钢板的强度过高。优选地，本发明碳含量控制在0.17％-0.20％。

硅(Si)：添加Si可以适当提高淬透性，并且钢中的Si可以影响位错的相互作用，增加加工硬化率，可以提高延伸率，有助于获得较好的成型性。此外，Si还有助于抑制贝氏体晶界内的碳化物析出，保证较高的扩孔率。对于本发明的冷轧钢板的成分来说，需将Si元素含量控制在1.0％-1.5％。

锰(Mn)：Mn元素的添加有利于钢的淬透性的提高，以保证钢板的强度。选择Mn的质量百分比在1.8～2.5％之间，这是因为Mn的含量低于1.8％时，淬透性不足，在冷却过程中难以保证相变在短时间内完成，并且会影响钢板的强度；当Mn的含量高于2.5％时，则会造成马氏体相变温度较高，快冷后易生成部分马氏体，造成强度过高，而延伸率和扩孔率不足。

在本发明所述的成分中，P、S、N等杂质元素含量控制的越低，实施效果越好。P的质量百分比控制在0.015％以下，S生成的MnS等化合物会影响成形性能，因此S的质量百分比控制在0.003％以下，而N容易导致板坯表面产品裂纹或者气泡，所以要控制在0.005％以下。其中特别的需要控制Ti元素的含量，Ti元素的化合物容易在晶界处析出，导致扩孔率的严重下降，因此Ti的元素含量应当在0.01％以下。

作为上述各种冷轧钢板的进一步的实施方式，冷轧钢板的微观组织为贝氏体和残余奥氏体，贝氏体的体积分数≥90％。

采用上述技术方案，本发明的冷轧钢板的微观组织以贝氏体为主，并具有残余奥氏体，与由马氏体和铁素体组成的双相钢相比，扩孔率更好；与包括马氏体、贝氏体和铁素的复相刚相比，延伸率更好。

进一步地，本发明的冷轧钢板具有90％及以上为均匀板条状的贝氏体，10％及以下的残余奥氏体，贝氏体晶界没有或仅有少量的细小的碳化物析出。

进一步地，上述各种冷轧钢板的残余奥氏体的体积分数≥4％，例如，本发明的冷轧钢板具有4-8％的残余奥氏体。保证残余奥氏体的体积分数大于或等于4％能够有效的提高本发明的冷轧钢板的断裂延伸率。

进一步地，本发明的冷轧钢板的屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥980MPa，延伸率≥13％，扩孔率≥50％。

本发明提供一种冷轧钢板的制造方法，按质量百分比计，冷轧钢板的化学成分包括：C：0.16-0.21％，Si：1.0-1.5％，Mn：1.8-2.5％，Ti≤0.01％，且满足，6≤Si/C≤9，优选在6≤Si/C≤8。该制备方法包括以下步骤：冶炼，铸造，形成钢坯；热轧：将所述钢坯加热至1150-1250℃，保温0.5小时以上，之后在Ac3温度以上热轧，再以30-100℃/s的速率冷却到卷取温度后进行卷取，所述卷取温度为450-750℃；冷轧：冷轧的压下率在30-65％；退火：退火均热温度为875-950℃，均热保温时间为80-150秒，然后以30-100℃/s的冷却速度冷却到380-460℃；过时效：过时效的温度为380-460℃，过时效的时间为190-400秒；平整。

本发明的制造方法，在热轧步骤中，保温时间在0.5小时以上，例如在0.5-3小时，进一步在0.5-2小时。热轧后进行冷却，之后进行卷取，卷取温度在450-750℃。优选地，卷取温度为450-550℃。相比于现有技术，本发明450-550℃的卷取温度较低，这是适应于本发明的成分配比后设置的卷取温度。过高的卷取温度在本发明的钢板成分设计下易造成表面较为严重的外氧化，使得外形不均匀，易导致加热不均匀，加热不均匀会影响最终成品的表面质量。而卷取温度过低会造成马氏体的生成，使得强度过高，进而冷轧工序难以进行。本发明的钢板在热轧中的微观组织以铁素体和珠光体为主。

在退火步骤中，退火均热温度选择为875-950℃，并且均热保温时间限定在80-150秒。这是因为，如果温度低于875℃或者保温时间低于80秒，会造成微观组织不能完全奥氏体化，这样就无法形成较高含量的贝氏体作为最终组织。如果温度高于950℃或保温时间超过150秒，会造成高温奥氏体(也叫原始奥氏体)过于粗大，影响最终的力学性能。另外，将退火均热温度保持在本发明限定的温度范围内也能避免铁素体相变的发生，防止产生相对较软的铁素体降低扩孔率。优选地，本发明的退火均热温度为880-920℃。

本发明在退火步骤中，冷却速率相比于现有技术较高，为30-100℃/s，即采用快速冷却的方式将冷轧钢板冷却至380-460℃。本发明的快速冷却的方式可以提高再结晶温度，缩短再结晶完成时间，能够细化晶粒，提高钢板的综合力学性能。进一步地，在退火步骤中，加热到均热温度的加热速率保持在50℃/s以上，可以提高再结晶温度，缩短再结晶完成时间，细化晶粒，提高钢板的综合力学性。具体地，退火步骤中可采用横磁感应加热到均热温度。

本发明的过时效步骤中，将经过退火后的冷轧钢板直接进行过时效处理，保持退火后的380-460℃，过时效的时间为190-400秒。如果快冷结束温度后低于380℃，则易产生一次马氏体，造成强度过高而延伸率不足。如果过时效的时间短于190s，则贝氏体相变无法彻底完成，残余奥氏体会在过时效结束后分解为二次马氏体和铁素体，影响微观组织和最终的力学性能。这里所谓一次马氏体是指由原生奥氏体直接淬火后形成的马氏体，二次马氏体是指过时效保温结束后的残余奥氏体发生相变形成的马氏体。过时效处理类似于回火步骤，区别在于回火一般会将钢板降温后再升温，过时效是将退火的钢板不做降温处理直接保持退火后的温度。

本发明的平整步骤可采用现有常用的方式，例如，可采用0-0.3％的平整率进行平整。进一步可采用0-0.2％的平整率进行平整。

根据本发明的另一具体实施方式，本发明的实施方式公开了一种冷轧钢板的制造方法，其中冷轧钢板的化学成分中，余量为铁及其它不可避免的杂质。

进一步地，其它不可避免的杂质包括P、N和S，其中，P≤0.015％，S≤0.003％，N≤0.005％。

进一步地，冷轧钢板的微观组织为贝氏体和残余奥氏体，其中所述贝氏体的体积分数≥90％。

进一步地，残余奥氏体的体积分数≥4％，例如在残余奥氏体的体积分数在4-8％。

进一步地，通过本发明的冷轧钢板的制造方法，获得的冷轧钢板的屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥980MPa，延伸率≥13％，扩孔率≥50％。

进一步地，本发明获得冷轧钢板的厚度可以为1.2-1.8mm。

通过本发明的冷轧钢板的制造方法，制造出的冷轧钢板具备高延性和高扩孔率的特性，既有较高的整体延性，有具有很好的局部塑性变形能力，因此性能均衡，特别适合高强度汽车零部件的成形。

附图说明

图1示出本发明实施例5的冷轧钢板的SEM下微观显微组织图；

图2示出对比例3的SEM下微观显微组织图；

图3示出对比例8的SEM下微观显微组织图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

应注意的是，在本说明书中，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

本发明关于冷轧钢板的制造方法描述了每项步骤中的改进点和工艺参数，其它具体操作细节可参考现有工艺。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。

表1为本发明实施例1-6以及对比例1-14的各化学元素的质量百分比。表2为相应的实施例1-6以及对比例1-14的冷轧钢板制造方法，表3列出了本发明实施例1-6以及对比例1-14的冷轧钢板的性能。

本发明的冷轧钢板的制造方法如下：

(1)冶炼和铸造：获得要求的合金成分，降低不可避免的杂质以及Ti的含量，使得不可避免的杂质以及Ti含量控制在要求的范围内。

(2)热轧，先加热至1150-1250℃，保温0.5小时以上，然后采用Ac3以上温度热轧，再以30-100℃/s的速率冷却到卷取温度后进行卷取，卷取温度在450-750℃；

(3)冷轧，控制冷轧压下率为30-65％；

(4)退火，退火均热温度为875-950℃，均热保温时间为80-150秒，然后以30-100℃/s的冷却速度冷却到380-460℃；

(5)过时效：过时效的温度为380-460℃，过时效的时间为190-400秒；

(6)平整，进行平整的延伸率为0-0.2％。

以下实施例和对比例中，采用的冶炼和铸造工艺相同，皆为现有常规操作工艺。例如，具体操作为：钢水经过RH真空脱气处理、LF炉脱硫处理，随后进行连续浇铸，获得长度符合要求的板坯，对板坯表面清理掉明显的缺陷后进行热轧。

将下述实施例1-6和对比例1-14中形成的冷轧钢板进行性能测试。本实施例和对比例成分测定标准采用GB/T 223，屈服强度、抗拉强度以及延伸率的测试方法按照测定标准GB/T228-2002，延伸率标距为50m，扩孔性能测试的按照标准GB/T15825.4-2008标准执行。通过将实施例和对比例中的样品抛光，经过4％稀硝酸腐蚀后采用光学显微镜和扫描电子显微镜的方法进行观测，获得其金相微观组织。贝氏体的体积分数是利用组织形貌判定，并对多幅微观组织进行统计后取平均值，残余奥氏体的体积分数采用XRD的实验手段进行测定。

图1为实施例5经过退火工艺处理后的冷轧钢板的金相显微组织图，图中可知获得的冷轧钢板显微组织为贝氏体和残余奥氏体，其中本实施例中贝氏体的体积分数94.5％，残余奥氏体的体积分数5.5％。

下面结合表1-表3中的实施例以及对比例进行详细说明：

从实施例1和2中可知，所添加的成分在所声明的范围内，保证Si/C比例也在声明的范围区间内时，获得的冷轧钢板的屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥980MPa，延伸率≥13％，扩孔率≥50％。

在优选范围内，进一步的，如果在优选的范围内，进一步提高C的含量，有助于进一步提高延伸率，可以达到14％-16％左右；同时，抗拉强度也会随之提高，从990MPa提高至1080MPa左右。如实施例4-6所示。

对比例1中，由于碳含量过低，导致钢板的抗拉强度不足980MPa，且由于C含量较低，Ac3温度升高，875℃的退火温度难以彻底充分奥氏体化，会有部分铁素体残留，造成最终组织中存在较软的铁素体相，造成了扩孔率相对较低。

对比例2中，Mn的含量过低，也会导致钢板的抗拉强度无法满足要求，且由于Ti含量较高，导致最终组织中生成了TiC或者TiB等较硬的析出相，容易成为裂纹萌生点，导致扩孔率较低。

对比例3中由于均热温度过低，导致扩孔率下降，无法同时满足扩孔率和延伸率的要求。如图2所示，由于均热温度过低，导致无法全部形成高温奥氏体，微观组织内可以看到有部分铁素体残留，使得扩孔率不足30％。

对比例4中，Si含量过高，且Si/C过高，会导致屈服强度过低，抗拉强度过高，进而导致屈强比过低，延伸率和扩孔率无法满足要求。同时由于对比例4的退火均热温度较低，热轧后的复杂微观组织无法全奥氏体化，导致最终的微观组织不均匀，扩孔率较低。

对比例5中，Mn含量不足，形成的贝氏体强度不足，会导致钢板的抗拉强度较低，不到980MPa。

对比例6中，Si含量过低同时Si/C低于声明范围时，在退火过时效过程中，生成的贝氏体会有一定量的碳化物析出，会导致扩孔率较低。

对比例7中，C含量过高，生成的贝氏体组织C含量过高，强度升高而塑性变差，会导致最终强度过高而延伸率不满足要求。

对比例8中，Mn含量过高，会提高淬透性，但最终组织中会产生一定量的马氏体组织，会导致强度过高而延伸率不满足要求。如图3所示，微观组织内部形成了一些脆硬的马奥岛微观组织，因此最终的延伸率和扩孔率都较低。

对比例9中，Ti含量过高，最终组织中会析出较硬的TiC和TiB等析出物，成为扩孔中的易起裂点，造成扩孔率在30％左右。

对比例10中，退火的冷却速率不足，在全奥氏体相变过程中会形成部分铁素体和最终的贝氏体混合物，使得最终的抗拉强度在960MPa左右。

对比例11中，由于均热温度过高，使得高温奥氏体过于粗大，在冷却过程中会在晶界处析出较为粗大的晶界组织，同时富集了较多的合金元素，硬度较周围组织更高，使得钢板的延伸率为12％左右，扩孔率在40％左右。

对比例12中，卷曲温度过高，会使得初始奥氏体晶粒过大，经过后期退火之后，奥氏体边界处晶粒容易过于粗大，延伸率下降，且扩孔率较低。

对比例13中，在退火冷却后的过时效时间不足，导致贝氏体相变无法充分完成，使得最终组织中存在一定量的二次马氏体，使得屈服强度较低，并且扩孔率较低。

对比例14中，在退火冷却后的过时效温度过高，使得生产的贝氏体强度相对较低的上贝氏体，使得最终性能中强度较低，不足980MPa。

表4 冷轧钢板性能

虽然通过参照本发明的某些优选实施方式，已经对本发明进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。本领域技术人员可以在形式上和细节上对其作各种改变，包括做出若干简单推演或替换，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (14)

1.一种冷轧钢板，其特征在于，按质量百分比计，其化学成分包括：

C：0.16-0.21％，Si：1.0-1.5％，Mn：1.8-2.5％，Ti≤0.01％，且满足，6≤Si/C≤9。

2.如权利要求1所述的冷轧钢板，其特征在于，余量为铁及其它不可避免的杂质。

3.如权利要求2所述的冷轧钢板，其特征在于，其它不可避免的杂质包括P、N和S，其中，P≤0.015％，S≤0.003％，N≤0.005％。

4.如权利要求1所述的冷轧钢板，其特征在于，所述冷轧钢板的微观组织为贝氏体和残余奥氏体，其中所述贝氏体的体积分数≥90％。

5.如权利要求4所述的冷轧钢板，其特征在于，所述残余奥氏体的体积分数≥4％。

6.如权利要求1-5任一项所述的冷轧钢板，其特征在于，所述冷轧钢板的屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥980MPa，断裂延伸率≥13％，扩孔率≥50％。

7.一种冷轧钢板的制造方法，其特征在于，按质量百分比计，所述冷轧钢板的化学成分包括：C：0.16-0.21％，Si：1.0-1.5％，Mn：1.8-2.5％，Ti≤0.01％，且满足，6≤Si/C≤9，所述制造方法包括如下步骤：

冶炼，铸造，形成钢坯；

热轧：将所述钢坯加热至1150-1250℃，保温0.5小时以上，之后在Ac3温度以上热轧，再以30-100℃/s的速率冷却到卷取温度后进行卷取，所述卷取温度为450-750℃；

冷轧：冷轧的压下率在30-65％；

退火：退火均热温度为875-950℃，均热保温时间为80-150秒，然后以30-100℃/s的冷却速度冷却到380-460℃；

过时效：过时效的温度为380-460℃，过时效的时间为190-400秒；

平整。

8.如权利要求7所述的冷轧钢板的制造方法，其特征在于，所述卷取温度为450-550℃。

9.如权利要求7所述的冷轧钢板的制造方法，其特征在于，所述退火均热温度为880-920℃。

10.如权利要求7所述的冷轧钢板的制造方法，其特征在于，所述冷轧钢板的化学成分中，余量为铁及其它不可避免的杂质。

11.如权利要求10所述的冷轧钢板的制造方法，其特征在于，其它不可避免的杂质包括P、N和S，其中，P≤0.015％，S≤0.003％，N≤0.005％。

12.如权利要求7所述的冷轧钢板的制造方法，其特征在于，所述冷轧钢板的微观组织为贝氏体和残余奥氏体，其中所述贝氏体的体积分数≥90％。

13.如权利要求12所述的冷轧钢板的制造方法，其特征在于，所述残余奥氏体的体积分数≥4％。

14.如权利要求7-13任一项所述的冷轧钢板的制造方法，其特征在于，所述冷轧钢板的屈服强度≥700MPa，抗拉强度≥980MPa，延伸率≥13％，扩孔率≥50％。

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