CN114959481A - 高延伸率420MPa级热镀锌低合金高强钢及其生产方法 - Google Patents

高延伸率420MPa级热镀锌低合金高强钢及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高延伸率420MPa级热镀锌低合金高强钢及其生产方法，钢中化学成分按重量百分比计为：C0.060％～0.080％、Si0.15％～0.21％、Mn0.85％～1.05％、Ti0.015％～0.030％、Nb0.035％～0.050％、V0.005％～0.015％、Al0.02％～0.06％、P0.10％～0.25％、S≤0.010％，其余为Fe和不可避免杂质。本发明的热镀锌低合金高强钢具有屈服强度低、高延伸率、良好成型性等特点，通过合理的、低成本成分设计并有效地控制各工序的关键工艺参数，生产满足汽车厂个性化选材的需要，力学性能满足汽车厂特殊要求的产品。

Description

高延伸率420MPa级热镀锌低合金高强钢及其生产方法
技术领域
本发明涉及冶金生产技术领域，特别涉及一种高延伸率420MPa级热镀锌低合金高强钢及生产方法。
背景技术
2018年我国汽车销量已连续10年居全球第一，每年以两位数的速度快速增长。随着汽车产量的爆发性增长，环境和能源危机日益加剧，节能减排已成为汽车制造业面临的重大问题。减少燃油消耗和降低排放的有效措施之一是汽车轻量化，大量的实验结果表明：乘用车自重每减轻10％，油耗下降6％～8％。然而，轻量化和汽车安全性是相悖的，既减轻自重实现轻量化而又保证汽车安全的方法是应用各种先进的高强钢材料。
近年来，为适应现代汽车工业减重、节能、安全的发展需求，国内外具备生产高强钢的钢铁企业都在加大汽车用热镀锌高强度钢板的研制与开发力度。在汽车制造中，热镀锌低合金高强钢使用比例逐步提升，低合金高强钢具有高的强度和高的屈强比，以其优异的力学强度、延展性能以及焊接性能广泛得以应用。
汽车用420MPa级热镀锌低合金高强钢作为低合金高强钢的较高强度级别，这种钢具有良好的成形性能和较高的强度，主要用于汽车结构件和加强件的制造。由于各汽车厂车型不同，零部件要求不同从而导致原料的要求也不尽相同，为满足使用过程中零件成形稳定性，对材料的延伸率提出更高的要求。因此在现有产品的基础上，需开发一种更优产品性能低屈服高延伸率的产品，满足客户不同的需求提供个性化产品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高延伸率420MPa级热镀锌低合金高强钢及其生产方法，本发明的热镀锌低合金高强钢具有屈服强度低、高延伸率、良好成型性等特点，通过合理的、经济的、低成本成分设计并有效地控制各工序的关键工艺参数，生产满足汽车厂个性化选材的需要，力学性能满足汽车厂特殊要求的产品。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
高延伸率420MPa级热镀锌低合金高强钢，钢中化学成分按重量百分比计为：C0.060％～0.080％、Si 0.15％～0.21％、Mn 0.85％～1.05％、Ti 0.015％～0.030％、Nb0.035％～ 0.050％、V 0.005％～0.015％、Al 0.02％～0.06％、P 0.015％～0.025％、S≤0.010％，其余为 Fe和不可避免杂质。
合金元素Si、Mn、P固溶强化元素，在钢中通过原子替代方式从而增加材料强度；合金元素Nb、V、Ti与钢中的C、N、O等有极强的亲和力，形成稳定的碳化物、氮化物，所形成的碳化物、氮化物阻碍晶粒的长大，钢中添加合金元素Nb、Ti使得晶粒长大温度升高，能显著起到细化晶粒的作用，同时所形成的碳化物、氮化物在钢中的析出，对强度的提高有一定的作用。
产品屈服强度400～480MPa，抗拉强度为470～590MPa，延伸率≥18％。
高延伸率420MPa级热镀锌低合金高强钢的制备方法，生产工艺流程为：(炼钢)铁水预处理→转炉冶炼→炉外精炼→连铸→(热轧)加热→粗轧→精轧→控制冷却→卷取→(冷轧)开卷→酸洗、冷连轧→连续退火、镀锌→镀后处理→卷取→取样→检验→包装出厂。
具体包括如下步骤：
1)冶炼工艺：
转炉冶炼，终点目标温度：第一炉1671～1685℃，钢包温度1616～1630℃；
炉外精炼，第一炉1581～1595℃，钢包温度1563～1573℃，过程中进行控氮，无需钙质处理；
连铸，采用包晶合金钢保护渣，低碳中包覆盖剂，依据不同断面要求连铸拉速要求0.9～1.6m/min，结晶器液面自动控制，液面波动±3mm。
2)热轧工艺：板坯出炉温度1160～1260℃，通过控轧控冷工艺，精轧终轧温度860～ 900℃，冷却采用前段层流冷却模式进行冷却，卷取温度为570～630℃；轧制加热温度高于1200℃时，一方面，铌和钛的碳氮化物部分溶解于奥氏体，以便在随后的轧制过程中析出；抑制再结晶和控制奥氏体晶粒长大，在轧制完毕的冷却过程中，又有部分弥散的碳化物析出起沉淀强化作用，高温终轧以保证在热轧板中获得均匀的晶粒，低卷取温度以获得弥散细小的析出物，细化晶粒保证产品实物力学性能。
3)冷轧工艺：
酸洗冷连轧工艺，将热轧卷经盐酸槽酸洗，去除氧化铁皮后，压下率达50％以上，轧制为目标厚度；
连续退火镀锌工艺，连续退火各工艺段温度要求见表1，带钢在氮氢保护气氛中(氢气体积含量5％～10％)进行加热均热到790～810℃，以冷却速度10～15℃/s进行缓慢冷却到670～690℃，以冷却速度20～30℃/s快冷到445～485℃。退火温度对性能有重要影响，在退火过程中要完成铁素体再结晶及晶粒长大和发展再结晶织构，高温退火会造成晶粒长大，不利于细晶强化效果。
表1连续退火各工艺段温度
Figure BDA0003671753610000031
平整工艺及工艺速度，平整延伸率及工艺速度依据带钢厚度不同采用不同的工艺制度，平整延伸率1.0％～1.8％，工艺速度50～110m/min。合理匹配带钢的加热温度和运行速度，以防升温过快和带温波动，不同的平整延伸率消除材料的屈服平台问题，从而得到合格产品及优良的使用性能。
铁水预处理要求：铁水中S≤0.003％，铁渣厚≤30mm。
转炉冶炼采用Al-Fe作为脱氧剂；石灰要求活性石灰；低碳低磷锰铁、硅铁进行合金化。
热轧工艺中，经粗轧后精轧采用7机架连续轧机轧制。
冷轧工艺采用5机架冷轧机轧制。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)与欧标镀锌低合金高强钢420MPa级产品相比，本发明的产品整体屈服强度低，延伸率高，性能指标波动小，生产稳定且满足了用户的特殊需求，对比结果见表2，与普通产品相比，产品延伸率水平大幅提升，强度降低满足了客户的特殊需求使用。
表2本发明产品与欧标镀锌低合金高强钢420MPa级产品性能对比
Figure BDA0003671753610000032
2)通过对产品延伸率的统计分析，延伸率均值达到24％，CPK值为1.37，产品延伸率值达到较高水平且控制水平稳定(见图2)。
附图说明
图1是本发明工艺中连续退火、镀锌曲线图。
图2是本发明产品延伸率过程能力曲线图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进一步说明：
实施例1：
化学成分按重量百分比计：C 0.072，Si 0.18，Mn 0.92，Ti 0.019，Nb 0.042，V0.009， Als 0.037，P 0.019，S 0.005，其余为Fe和不可避免杂质。
生产方法：(炼钢)铁水预处理→转炉冶炼→炉外精炼→连铸→(热轧)加热→粗轧→精轧→控制冷却→卷取→(冷轧)开卷→酸洗、冷连轧→连续退火、镀锌→镀后处理→卷取→取样→检验→包装出厂。
铁水进行预处理达到S含量0.003％，渣铁厚20mm；转炉冶炼采用Al-Fe作为脱氧剂，石灰要求活性石灰；低碳低磷锰铁、硅铁进行合金化；终点温度1685℃，钢包温度1617℃；炉外精炼过程中进行控氮，无需钙质处理，第一炉温度1585℃，钢包温度1567℃；连铸采用包晶合金钢保护渣，低碳中包覆盖剂，连铸拉速1.3m/min，结晶器液面自动控制，液面波动±3mm。热轧工序板坯加热出炉温度为1233℃，经粗轧后精轧采用7机架连续轧机轧制达到目标厚度3.4mm，通过控轧控冷工艺，终轧温度888℃，冷却采用前段层流冷却模式进行冷却，卷取温度为602℃。冷轧工序将热轧卷经盐酸槽酸洗，去除氧化铁皮后，经5机架冷轧机轧制，压下率65％，轧制目标厚度1.2mm，连续退火带钢在氮氢保护气氛中(氢气体积含量5％～10％)进行加热均热到796℃，以冷却速度10～15℃/s进行缓慢冷却到670℃，以冷却速度20～30℃/s快冷到450℃，带钢入锌锅温度控制在450～470℃，平整延伸率1.34％，工艺速度85m/min。最后进行产品性能检验，力学性能情况见表3。
表3实施例1产品力学性能
Figure BDA0003671753610000041
实施例2：
化学成分按重量百分比计：C 0.078，Si 0.20，Mn 0.87，Ti 0.020，Nb 0.037，V0.015， Als 0.030，P 0.020，S 0.007，其余为Fe和不可避免杂质。
生产方法：(炼钢)铁水预处理→转炉冶炼→炉外精炼→连铸→(热轧)加热→粗轧→精轧→控制冷却→卷取→(冷轧)开卷→酸洗、冷连轧→连续退火、镀锌→镀后处理→卷取→取样→检验→包装出厂。
铁水进行预处理达到S含量0.01％，渣铁厚20mm；转炉冶炼采用Al-Fe作为脱氧剂，石灰要求活性石灰；低碳低磷锰铁、硅铁进行合金化；终点温度：1679℃，钢包温度1621℃；炉外精炼过程中进行控氮，无需钙质处理，第一炉温度1584℃，钢包温度1566℃；连铸采用包晶合金钢保护渣，低碳中包覆盖剂，连铸拉速1.3m/min，结晶器液面自动控制，液面波动±3mm。热轧工序板坯加热出炉温度为1235℃，经粗轧后精轧采用7机架连续轧机轧制达到目标厚度4.5mm，通过控轧控冷工艺，终轧温度871℃，冷却采用前段层流冷却模式进行冷却，卷取温度为601℃。冷轧工序将热轧卷经盐酸槽酸洗，去除氧化铁皮后，经5机架冷轧机轧制，压下率50％，轧制为目标厚度2.25mm，连续退火带钢在氮氢保护气氛中(氢气体积含量5％～10％)进行加热均热到796℃，以冷却速度10～15℃/s进行缓慢冷却到680℃，以冷却速度20～30℃/s快冷到448℃，带钢入锌锅温度控制在450～470℃，平整延伸率1.75％，工艺速度55m/min。最后进行产品性能检验，力学性能情况如表4。
表4实施例2产品性能
Figure BDA0003671753610000051
实施例3：
化学成分按重量百分比计：C 0.071，Si 0.21，Mn 0.96，Ti 0.016，Nb 0.036，V0.005， Als 0.026，P 0.015，S 0.004，其余为Fe和不可避免杂质。
生产方法：(炼钢)铁水预处理→转炉冶炼→炉外精炼→连铸→(热轧)加热→粗轧→精轧→控制冷却→卷取→(冷轧)开卷→酸洗、冷连轧→连续退火、镀锌→镀后处理→卷取→取样→检验→包装出厂。
铁水进行预处理达到S含量0.008％，渣铁厚20mm；转炉冶炼采用Al-Fe作为脱氧剂，石灰要求活性石灰；低碳低磷锰铁、硅铁进行合金化；终点温度1681℃，钢包温度1628℃；炉外精炼过程中进行控氮，无需钙质处理，第一炉温度1588℃，钢包温度1572℃；连铸采用包晶合金钢保护渣，低碳中包覆盖剂，连铸拉速1.3m/min，结晶器液面自动控制，液面波动±3mm。热轧工序板坯加热出炉温度为1239℃，经粗轧后精轧采用7机架连续轧机轧制达到目标厚度4.2mm，通过控轧控冷工艺，终轧温度874℃，冷却采用前段层流冷却模式进行冷却，卷取温度为589℃。冷轧工序将热轧卷经盐酸槽酸洗，去除氧化铁皮后，经5机架冷轧机轧制，压下率52％，轧制为目标厚度2.0mm，连续退火带钢在氮氢保护气氛中(氢气体积含量5％～10％)进行加热均热到802℃，以冷却速度10～15℃/s进行缓慢冷却到689℃，以冷却速度20～30℃/s快冷到456℃，带钢入锌锅温度控制在450～470℃，平整延伸率1.71％，工艺速度56m/min。最后进行产品性能检验，力学性能情况如表5。
表5实施例3产品性能
Figure BDA0003671753610000061
实施例4：
化学成分按重量百分比计：C 0.061，Si 0.20，Mn 0.93，Ti 0.022，Nb 0.039，V0.006， Als 0.024，P 0.021，S 0.007，其余为Fe和不可避免杂质。
生产方法：(炼钢)铁水预处理→转炉冶炼→炉外精炼→连铸→(热轧)加热→粗轧→精轧→控制冷却→卷取→(冷轧)开卷→酸洗、冷连轧→连续退火、镀锌→镀后处理→卷取→取样→检验→包装出厂。
铁水进行预处理达到S含量0.010％，渣铁厚30mm；转炉冶炼采用Al-Fe作为脱氧剂，石灰要求活性石灰；低碳低磷锰铁、硅铁进行合金化；终点温度1672℃，钢包温度1622℃；炉外精炼过程中进行控氮，无需钙质处理，第一炉温度1594℃，钢包温度1589℃；连铸采用包晶合金钢保护渣，低碳中包覆盖剂，连铸拉速1.1m/min，结晶器液面自动控制，液面波动±3mm。热轧工序板坯加热出炉温度为1252℃，经粗轧后精轧采用7机架连续轧机轧制达到目标厚度3.4mm，通过控轧控冷工艺，终轧温度884℃，冷却采用前段层流冷却模式进行冷却，卷取温度为598℃。冷轧工序将热轧卷经盐酸槽酸洗，去除氧化铁皮后，经5机架冷轧机轧制，压下率59％，轧制为目标厚度1.4mm，连续退火带钢在氮氢保护气氛中(氢气体积含量5％～10％)进行加热均热到801℃，以冷却速度10～15℃/s进行缓慢冷却到690℃，以冷却速度20～30℃/s快冷到454℃，带钢入锌锅温度控制在450～470℃，平整延伸率1.57％，工艺速度92m/min。最后进行产品性能检验，力学性能情况如表5。
表6实施例4产品性能
Figure BDA0003671753610000062
实施例5：
化学成分按重量百分比计：C 0.064，Si 0.18，Mn 0.94，Ti 0.018，Nb 0.042，V0.010， Als 0.036，P 0.017，S 0.005，其余为Fe和不可避免杂质。
生产方法：(炼钢)铁水预处理→转炉冶炼→炉外精炼→连铸→(热轧)加热→粗轧→精轧→控制冷却→卷取→(冷轧)开卷→酸洗、冷连轧→连续退火、镀锌→镀后处理→卷取→取样→检验→包装出厂。
铁水进行预处理达到S含量0.008％，渣铁厚30mm；转炉冶炼采用Al-Fe作为脱氧剂，石灰要求活性石灰；低碳低磷锰铁、硅铁进行合金化；终点温度：1682℃，钢包温度1624℃；炉外精炼过程中进行控氮，无需钙质处理，第一炉温度1582℃，钢包温度1564℃；连铸采用包晶合金钢保护渣，低碳中包覆盖剂，连铸拉速1.3m/min，结晶器液面自动控制，液面波动±3mm。热轧工序板坯加热出炉温度为1233℃，经粗轧后精轧采用7机架连续轧机轧制达到目标厚度4.5mm，通过控轧控冷工艺，终轧温度881℃，冷却采用前段层流冷却模式进行冷却，卷取温度为597℃。冷轧工序将热轧卷经盐酸槽酸洗，去除氧化铁皮后，经5机架冷轧机轧制，压下率50％，轧制为目标厚度2.25mm，连续退火带钢在氮氢保护气氛中(氢气体积含量5％～10％)进行加热均热到796℃，以冷却速度10～15℃/s进行缓慢冷却到680℃，以冷却速度20～30℃/s快冷到453℃，带钢入锌锅温度控制在450～470℃，平整延伸率1.75％，工艺速度55m/min。最后进行产品性能检验，力学性能情况如表6。
表7实施例5产品性能
Figure BDA0003671753610000071
实施例6：
化学成分按重量百分比计：C 0.061，Si 0.20，Mn 0.93，Ti 0.020，Nb 0.037，V0.015， Als 0.030，P 0.021，S 0.007，其余为Fe和不可避免杂质。
生产方法：(炼钢)铁水预处理→转炉冶炼→炉外精炼→连铸→(热轧)加热→粗轧→精轧→控制冷却→卷取→(冷轧)开卷→酸洗、冷连轧→连续退火、镀锌→镀后处理→卷取→取样→检验→包装出厂。
铁水进行预处理达到S含量0.007％，渣铁厚20mm；转炉冶炼采用Al-Fe作为脱氧剂，石灰要求活性石灰；低碳低磷锰铁、硅铁进行合金化；终点温度：1682℃，钢包温度1623℃；炉外精炼过程中进行控氮，无需钙质处理，第一炉温度1582℃，钢包温度1564℃；连铸采用包晶合金钢保护渣，低碳中包覆盖剂，连铸拉速1.3m/min，结晶器液面自动控制，液面波动±3mm。热轧工序板坯加热出炉温度为1238℃，经粗轧后精轧采用7机架连续轧机轧制达到目标厚度3.2mm，通过控轧控冷工艺，终轧温度882℃，冷却采用前段层流冷却模式进行冷却，卷取温度为603℃。冷轧工序将热轧卷经盐酸槽酸洗，去除氧化铁皮后，经5机架冷轧机轧制，压下率62.5％，轧制为目标厚度1.2mm，连续退火带钢在氮氢保护气氛中(氢气体积含量5％～10％)进行加热均热到802℃，以冷却速度10～15℃/s进行缓慢冷却到682℃，以冷却速度20～30℃/s快冷到452℃，带钢入锌锅温度控制在450～ 470℃，平整延伸率1.3％，工艺速度95m/min。最后进行产品性能检验，力学性能情况如表7。
表8实施例6产品性能
Figure BDA0003671753610000081

Claims (6)

1.高延伸率420MPa级热镀锌低合金高强钢，其特征在于，钢中化学成分按重量百分比计为：C 0.060％～0.080％、Si 0.15％～0.21％、Mn 0.85％～1.05％、Ti 0.015％～0.030％、Nb 0.035％～0.050％、V 0.005％～0.015％、Al 0.02％～0.06％、P 0.015％～0.025％、S≤0.010％，其余为Fe和不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的高延伸率420MPa级热镀锌低合金高强钢，其特征在于，产品屈服强度400～480MPa，抗拉强度为470～590MPa，延伸率≥18％。
3.如权利要求1或2所述的高延伸率420MPa级热镀锌低合金高强钢的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)冶炼工艺：
转炉冶炼，终点目标温度：第一炉1671～1685℃，钢包温度1616～1630℃；
炉外精炼，第一炉1581～1595℃，钢包温度1563～1573℃；
连铸，连铸拉速要求0.9～1.6m/min，结晶器液面波动±3mm；
2)热轧工艺：板坯出炉温度1160～1260℃，精轧终轧温度860～900℃，卷取温度为570～630℃；
3)冷轧工艺：
酸洗冷连轧工艺，将热轧卷经盐酸槽酸洗，去除氧化铁皮后，压下率达50％以上，轧制为目标厚度；
连续退火镀锌工艺，加热段和均热段温度为790～810℃，缓冷段温度670～690℃，快冷段温度445～485℃，入锌锅温度450～470℃，缓冷速度10～15℃/s，快冷速度20～30℃/s快冷；
平整工艺及工艺速度，平整延伸率1.0％～1.8％，工艺速度50～110m/min。
4.根据权利要求3所述的高延伸率420MPa级热镀锌低合金高强钢的制备方法，其特征在于，铁水预处理要求：铁水中S≤0.003％，铁渣厚≤30mm。
5.根据权利要求3所述的高延伸率420MPa级热镀锌低合金高强钢的制备方法，其特征在于，转炉冶炼采用Al-Fe作为脱氧剂；石灰要求活性石灰；低碳低磷锰铁、硅铁进行合金化。
6.根据权利要求3所述的高延伸率420MPa级热镀锌低合金高强钢的制备方法，其特征在于，连续退火镀锌工艺中，带钢在氮氢保护气氛中进行加热均热到790～810℃，其中氢气体积含量占5％～10％。
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