CN115747656A - 具有高强塑性的经济型热轧高强钢及其生产工艺与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了具有高强塑性的经济型热轧高强钢及其生产工艺与应用，该热轧高强钢具有高塑性、高强度、力学性能稳定、轧制后无需热处理的薄规格。本发明通过合理的成分和生产工艺设计，省去了冷轧及冷轧后复杂的热处理过程，可大幅缩短制造流程，使得热轧带钢的淬火和配分过程能在线、高效完成。
Description
技术领域
本发明属于热轧高强钢生产技术领域，尤其涉及具有高强塑性的经济型热轧高强钢及其生产工艺与应用。
背景技术
热轧高强钢具有优异综合性能，适用于形状较为复杂的汽车安全件和结构件。
目前淬火分配钢的生产一般采用热轧+冷轧+退火的方式生产，如公开号为CN108193138A的中国专利公开了一种980MPa级汽车用冷轧高强Q&P(淬火配分，Quenchingand Partitioning)钢的生产方法，该Q&P钢的生产方法包括炼钢、加热、热轧、冷轧、连续退火和平整工序，以该方法制备出来的Q&P钢力学性能为：屈服强度≥550MPa，抗拉强度≥980MPa，延伸率≥18％。虽该方法制备出来的Q&P钢强度较高，但塑性不高。此外，公开号为CN111349771A的中国专利公开了一种具有优异塑性的980MPa级冷轧Q&P钢及其制造方法，该淬火配分钢虽强塑积可达25GPa％，虽塑性有一定程度提高但钢强度不高。上述方法制备的淬火配分钢不同程度上解决了钢强度和塑性的问题，但都采用的是冷轧+退火的方式生产，这种方式，生产流程较长，能耗大。
因此，本发明提供具有高强塑性的经济型热轧高强钢热轧高强钢。以解决上述背景技术中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供具有高强塑性的经济型热轧高强钢，该热轧高强钢的强度高且塑性好。
本发明还提供了上述具有高强塑性的经济型热轧高强钢的生产工艺。
本发明还提供了上述具有高强塑性的经济型热轧高强钢的应用。
具体如下，本发明第一方面提供具有高强塑性的经济型热轧高强钢：
由以下重量分数的元素组成：C：0.150％-0.300％，Si：1.300％-2.500％，Mn：1.800％-2.300％，Al：0.01％-0.06％，Ti：0.010％-0.040％，P：≤0.020％，S：≤0.010％，N：0.002％-0.012％，H：≤0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。
根据本发明热轧高强钢技术方案中的一种技术方案，至少具备如下有益效果：
C元素在钢中起到间隙固溶强化作用，是钢中主要强化元素之一，此外C元素是奥氏体稳定化元素，奥氏体中含碳量越高，奥氏体稳定性越好，为获得一定量强塑性良好的奥氏体组织，钢中的C元素含量应大于0.150％。但是，当C元素量大于0.300％时会使钢的成形性和焊接性能急剧恶化，因此，本发明中的C元素含量控制在0.150％-0.300％。
Si元素在钢中起到固溶强化的作用，钢中加入一定量的Si元素能有效提高钢的强度，此外，Si元素能抑制钢中渗碳体的析出，使碳元素由马氏体向奥氏体配分，形成的富碳奥氏体；而富碳奥氏体在随后的冷却过程中不转变为马氏体，形成残余奥氏体，为获得一定量的残余奥氏体，钢中的Si元素含量应大于1.300％。但当Si元素含量大于2.500％时，会促进内锈层的形成，会给轧制时除鳞带来困难，从而导致钢带表面质量恶化，另外，Si元素含量过高还会降低钢的焊接性能，因此，本发明中的Si元素含量应控制在1.300％-2.500％。
Al元素是钢中的脱氧剂，Al元素含量过低时，钢中氧难以去除，导致板坯缺陷，Al元素含量过高时容易造成连铸过程水口堵塞，导致钢水难以顺利浇注。本发明的Al元素含量应控制在0.01％-0.06％。
Ti元素是强碳氮化物形成元素，钢中Ti元素与N元素在高温下形成的TiN在加热和焊接的高温条件下都不会溶解，明显提高钢的焊接性能。此外，TiN能有效钉扎奥氏体晶界，有助于控制奥氏体晶粒的长大。另外，当钢中的Ti元素含量足够多时，会与钢中的C元素结合形成TiC，会减少钢中渗碳体的含量，从而降低钢材的力学性能，本发明中的Ti元素含量的控制范围为0.01％-0.04％。
P元素会使钢的韧性降低，特别是剧烈地降低钢的低温冲击韧性，是钢中的有害元素，应尽量避免添加，结合实际生产控制水平，应将P元素含量控制在0.020％以下。
S元素易与钢中的Mn元素结合形成MnS夹杂物，从而使钢的纵横向性能产生明显差异，并使钢的低温韧性恶化，应尽量避免添加，结合实际生产控制水平，本发明中的S元素含量应控制在0.010％以下。
N元素可与Ti、Al等元素在高温时结合形成相应的化合物，这类化合物高温下不易溶解能有效钉扎奥氏体晶界，有助于控制奥氏体晶粒的长大。因此钢中N元素含量应大于0.002％。另外，当其含量过高时，易在钢中形成气泡和疏松，从而导致铸坯质量下降，因此，本发明中的N元素含量的控制范围为0.002％-0.012％。
H元素使钢易产生白点等缺陷，也是导致焊缝热影响区中发生冷裂的重要因素。因此，本发明中的H元素含量应控制在0.005％以下。
在本发明的一些具体实施方案中，所述C元素含量控制在0.160％-0.260％。
本发明通过有效控制C元素含量，从而获得强塑性良好的奥氏体组织，进而提高热轧高强钢的塑性。
在本发明的一些具体实施方案中，所述Si元素含量控制在1.500％-2.300％。
本发明通过有效控制Si元素含量，从而获得少量的残余奥氏体组织，进而提高热轧高强钢的整体强度。
在本发明的一些具体实施方案中，所述具有高强塑性的经济型热轧高强钢的屈服强度为832MPa-917MPa。
在本发明的一些具体实施方案中，所述具有高强塑性的经济型热轧高强钢的抗拉强度为1180MPa-1273MPa。
在本发明的一些具体实施方案中，所述具有高强塑性的经济型热轧高强钢的延伸率范围为27％-32％。
在本发明的一些具体实施方案中，所述具有高强塑性的经济型热轧高强钢的强塑积范围为33.04GPa％-39.90GPa％。
在本发明的一些具体实施方案中，所述具有高强塑性的经济型热轧高强钢的屈服强度波动≤6MPa。
在本发明的一些具体实施方案中，所述具有高强塑性的经济型热轧高强钢的抗拉强度波动≤10MPa。
在本发明的一些具体实施方案中，所述具有高强塑性的经济型热轧高强钢的延伸率波动≤0.8％。
本发明第二方面提供具有高强塑性的经济型热轧高强钢，包括以下步骤：将铸坯依次进行连铸、第一次加热、轧制、冷却、保温、第二次加热和缓冷；
所述轧制由第一次轧制和第二次轧制；
所述轧制的第一次轧制下压率为51％-69％；
所述轧制的第二次轧制下压率为51％-69％；
所述轧制的最终温度为780℃-830℃；
所述冷却速度为150℃/s-220℃/s；
所述冷却终温为187℃-262℃。
根据本发明具有高强塑性的经济型热轧高强钢技术方案中的一种技术方案，至少具备如下有益效果：
第一次、二次轧制下压率过小会导致带钢高温下难以发生再结晶，晶粒难以细化，第一、二次轧制下压率过大会导致轧制变形，使得抗力过大难以轧制。终轧温度过低，带钢进入两相温度区轧制容易产生混晶，不利于最终成品的性能均匀，终轧温度过高，会导致轧后晶粒粗大，最终成品综合性能降低。
冷却速度过快，温度过低，会导致钢中碳元素较稳定，在后续配分过程难以扩散，难以形成稳定的残余奥氏体组织，冷却速度过慢，温度过高，会导致带钢容易发生贝氏体能其它类型的转变，不利于带钢综合性能的改善。
在本发明的一些具体实施方案中，所述的生产工艺具体步骤为冶炼、连铸、第一次加热、轧制、冷却、保温、第二次加热和缓冷。
在本发明的一些具体实施方案中，所述第一次加热的温度为1200℃-1260℃。
在本发明的一些具体实施方案中，所述第一次加热的温度为1210℃-1250℃。
在本发明的一些具体实施方案中，所述第一次加热的时间为18min-50min。
在本发明的一些具体实施方案中，所述第一次加热的时间为23min-41min。
本发明中第一次加热温度过低，时间过短会导致铸坯难以充分均热，导致后续的轧制过程由于变形抗力过大难以继续进行。加热温度过高，时间过长，会导致钢材表面氧化严重从而影响带钢表面质量。
在本发明的一些具体实施方案中，所述缓冷的温度为50℃-90℃。
在本发明的一些具体实施方案中，所述缓冷的温度为60℃-86℃。
在本发明的一些具体实施方案中，所述缓冷的温度为63℃-82℃。
在本发明的一些具体实施方案中，所述缓冷的时间为8h-30h。
在本发明的一些具体实施方案中，所述缓冷的时间为10h-25h。
在本发明的一些具体实施方案中，所述缓冷的时间为12h-24h。
本发明中钢卷缓冷存放时间过短，温度控制过低，会导致C元素配分过程难以完成，难以形成足够量的残余奥氏体，缓冷温度控制过高，钢卷存放时间过长，会导致带钢表面氧化严重，降低带钢表面质量。
在本发明的一些具体实施方案中，所述铸坯厚度为91mm～102mm。
铸坯厚度太薄会导致后续轧制过程总压缩比小，导致成品再结晶不充分，造成成品混晶，影响成品质量，铸坯厚度太厚会导致后续轧制能力不足，无法轧制得到目标厚度范围内的成品。
在本发明的一些具体实施方案中，所述保温温度为187℃～262℃。
在本发明的一些具体实施方案中，所述保温时间为2min～15min。
本发明中保温时间过短，带钢温度难以均匀，保温时间过长，产线生产效率低，影响生产节奏。
在本发明的一些具体实施方案中，所述第二次加热为三段加热。
在本发明的一些具体实施方案中，所述三段为带钢头部。
在本发明的一些具体实施方案中，所述三段为带钢中部。
在本发明的一些具体实施方案中，所述三段为带钢尾部。
在本发明的一些具体实施方案中，所述带钢头部为带钢最开始10m范围内。
在本发明的一些具体实施方案中，所述带钢中部为带钢头部至尾部15m范围内。
在本发明的一些具体实施方案中，所述带钢尾部为带钢最后15m范围内。
在本发明的一些具体实施方案中，所述带钢头部加热温度为407℃～473℃。
在本发明的一些具体实施方案中，所述带钢中部加热温度为301℃～372℃。
在本发明的一些具体实施方案中，所述带钢中部加热温度为481℃～543℃。
本发明中由于带钢头部、中部、尾部在卷取冷却后降温速度不同，为保证带钢整体温度、性能均匀，故采用阶梯加热的方式。感应加热后的温度过低，会导致C的热力学和动力学条件难以满足配分需要，而无法完成在线配分过程，难以形成稳定的残余奥氏体组织，感应加热后的温度过高，会使带钢发生高温相变，不利于带钢强塑性的提高。
本发明第三方面提供具有高强塑性的经济型热轧高强钢在制备汽车安全件或汽车结构件中的应用。
本发明提供的热轧高强钢强度高塑性好可用于制备汽车安全件或汽车结构件。
相对现有技术，本发明技术方案带来的有益技术效果：
1.本发明提供具有高强塑性的经济型热轧高强钢，该热轧高强钢具有高塑性、高强度、力学性能稳定、轧制后无需热处理的薄规格。本发明的热轧高强钢屈服强度为832MPa-917MPa，抗拉强度为1180MPa-1273MPa，延伸率为27％-32％，强塑积为33.04GPa％-39.90GPa％，同一钢卷屈服强度波动≤6MPa，抗拉强度波动≤10MPa，延伸率波动≤0.8％，带钢厚度范围为0.800-3.200mm。
2.本发明通过合理的成分和生产工艺设计，省去了冷轧及冷轧后复杂的热处理过程，可大幅缩短制造流程，使得热轧带钢的淬火和配分过程能在线、高效完成。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明实施例1具有高强塑性的经济型热轧高强钢的金相组织图。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面详细描述本发明的具体实施例。
本实施例及对比例取样测试部位为带钢板宽1/4处；取样方向为横向取样；带钢横切后每隔15m取样一次；每个测试钢卷取样数量为25件。
冷弯测试弯曲度为180°，压头直径d为试样带钢厚度的两倍。
在常温25℃下，检查试样弯曲的外表面，若无裂纹、断裂或起层，即判定钢筋的冷弯合格，否则冷弯不合格。
屈服强度测试方法为(GB/T228.1金属材料拉伸试验第一部分：室温拉伸试验方法)。
抗拉强度测试方法为(GB/T228.1金属材料拉伸试验第一部分：室温拉伸试验方法)。
延伸率测试方法为(GB/T228.1金属材料拉伸试验第一部分：室温拉伸试验方法)。
屈服强度波动具体测试方法为(带钢横切后每隔15m取样一次；每个测试钢卷取样数量为25件。对25组屈服强度值进行统计后，用测得的最大屈服强度值减去最小屈服强度值得到屈服强度波动值)。
抗拉强度波动具体测试方法为(带钢横切后每隔15m取样一次；每个测试钢卷取样数量为25件。对25组抗拉强度值进行统计后，用测得的最大抗拉强度值减去最小抗拉强度值得到抗拉强度波动值)。
延伸率波动具体测试方法为(带钢横切后每隔15m取样一次；每个测试钢卷取样数量为25件。对25组延伸率值进行统计后，用测得的最大延伸率值减去最小延伸率值得到延伸率波动值)。
实施例1
本实施例中具有高强塑性的经济型热轧高强钢，由以下重量分数的元素组成:
C：0.250％，Si：1.800％，Mn：2.000％，Al：0.020％，Ti：0.030％，P：0.016％，S：≤0.003，N：0.006％，H：0.003％，其余为Fe和不可避免的杂质。
本实施例具有高强塑性的经济型热轧高强钢按照以下步骤生产：
(1)冶炼：铁水经脱硫处理工艺后转炉熔炼，按照以上化学成分进行精炼；
(2)连铸：进行连铸成坯，铸坯厚度为102mm，连铸拉速为5.100m/min；
(3)第一次加热：铸坯直接进入均热炉中进行加热，加热温度为1234℃，在此温度下保温41min；
(4)轧制：以高压水压力为15MPa进行常规高压水除鳞之后进行七机架精轧，第一机架道次压下率为56％，第二机架道次压下率为55％，第三至七机架的道次压下率根据成品厚度由轧机自动化控制系统进行自动分配，终轧的温度控制为793℃，最终轧制至带钢厚度为3.0mm；
(5)冷却：采用气水混合雾化的冷却方式对带钢进行冷却，气水混合雾化冷却速度控制在163℃/s，气水混合雾化冷却后的温度控制在196℃；
(6)保温：采用热卷箱卷取保温，保温温度为196℃，保温时间为11min；
(7)第二次加热：采用电磁感应加热炉对带钢进行在线感应加热，带钢采用分段加热的方式，带钢头部范围内感应加热至温度441℃，带钢中部感应加热至温度372℃，带钢尾部感应加热至温度496℃；
(8)缓冷：将带钢卷取后放入保温坑缓冷，保温坑温度为79℃，钢卷在保温坑存放时间24h，存放结束后空冷至室温25℃。
本实施例的热轧高强钢带钢厚度为3.0mm，屈服强度为917MPa，抗拉强度为1273MPa，延伸率范围为29％，强塑积为36.96GPa％，冷弯测试为合格。屈服强度波动为6MPa，抗拉强度波动为5MPa，延伸率波动为0.5％。
由本实施例制备的具有高强塑性的经济型热轧高强钢的金相组织图如图1所示。
实施例2
本实施例为具有高强塑性的经济型热轧高强钢，与实施例1的差异在于化学成分和工艺取值不同，具体取值见表1和表2。
本实施例的热轧高强钢带钢厚度为3.2mm，屈服强度为864MPa，抗拉强度为1195MPa，延伸率范围为31％，强塑积为37.05GPa％，冷弯测试为合格，屈服强度波动为3MPa，抗拉强度波动为7MPa，延伸率波动为0.3％。
实施例3
本实施例为具有高强塑性的经济型热轧高强钢，与实施例1的差异在于化学成分和工艺取值不同，具体取值见表1和表2。
本实施例的热轧高强钢带钢厚度为2.5mm，屈服强度为832MPa，抗拉强度为1180MPa，延伸率范围为28％，强塑积为33.04GPa％，冷弯测试为合格，屈服强度波动为5MPa，抗拉强度波动为4MPa，延伸率波动为0.2％。
实施例4
本实施例为具有高强塑性的经济型热轧高强钢，与实施例1的差异在于化学成分和工艺取值不同，具体取值见表1和表2。
本实施例的热轧高强钢带钢厚度为1.9mm，屈服强度为885MPa，抗拉强度为1247MPa，延伸率范围为32％，强塑积为39.90GPa％，冷弯测试为合格，屈服强度波动为6MPa，抗拉强度波动为10MPa，延伸率波动为0.8％。
实施例5
本实施例为具有高强塑性的经济型热轧高强钢，与实施例1的差异在于化学成分和工艺取值不同，具体取值见表1和表2。
本实施例的热轧高强钢带钢厚度为0.8mm，屈服强度为903MPa，抗拉强度为1211MPa，延伸率范围为30％，强塑积为36.33GPa％，冷弯测试为合格屈服强度波动为2MPa，抗拉强度波动为5MPa，延伸率波动为0.6％。
实施例6
本实施例为具有高强塑性的经济型热轧高强钢，与实施例1的差异在于化学成分和工艺取值不同，具体取值见表1和表2。
本实施例的热轧高强钢带钢厚度为1.0mm，屈服强度为854MPa，抗拉强度为1203MPa，延伸率范围为31％，强塑积为37.29GPa％，冷弯测试为合格，屈服强度波动为1MPa，抗拉强度波动为8MPa，延伸率波动为0.8％。
实施例7
本实施例为具有高强塑性的经济型热轧高强钢，与实施例1的差异在于化学成分和工艺取值不同，具体取值见表1和表2。
本实施例的热轧高强钢带钢厚度为2.2mm，屈服强度为889MPa，抗拉强度为1264MPa，延伸率范围为29％，强塑积为36.66GPa％，冷弯测试为合格，屈服强度波动为3MPa，抗拉强度波动为3MPa，延伸率波动为0.5％。
实施例8
本实施例为具有高强塑性的经济型热轧高强钢，与实施例1的差异在于化学成分和工艺取值不同，具体取值见表1和表2。
本实施例的热轧高强钢带钢厚度为1.5mm，屈服强度为914MPa，抗拉强度为1270MPa，延伸率范围为27％，强塑积为34.29GPa％，冷弯测试为合格，屈服强度波动为5MPa，抗拉强度波动为2MPa，延伸率波动为0.7％。
对比例1
本实施例为具有高强塑性的经济型热轧高强钢，与实施例1的差异在于化学成分和工艺取值不同，具体取值见表1和表2。
本对比例的热轧高强钢带钢厚度为4.8mm，屈服强度为801MPa，抗拉强度为987MPa，延伸率范围为12％，强塑积为11.84GPa％，冷弯测试为不合格，屈服强度波动为23MPa，抗拉强度波动为38MPa，延伸率波动为5％。
对比例2
本对比例为具有高强塑性的经济型热轧高强钢，与实施例1的差异在于化学成分和工艺取值不同，具体取值见表1和表2。
本实施例的热轧高强钢带钢厚度为7.9mm，屈服强度为964MPa，抗拉强度为1098MPa，延伸率范围为7％，强塑积为7.69GPa％，冷弯测试为不合格，屈服强度波动为58MPa，抗拉强度波动为79MPa，延伸率波动为3％。
表1为实施例1-8及对比例1-2化学成分取值列表
表2为实施例1-8及对比例1-2主要工艺参数取值列表
以下统计实施例1-8和对比例1-2的测试结果，见表3。
表3为实施例1-8及对比例1-2性能检测结果列表
综上所述，本发明的热轧高强钢，该热轧高强钢具有高塑性、高强度、力学性能稳定、轧制后无需热处理的薄规格。本发明热轧高强钢屈服强度为832MPa-917MPa，抗拉强度为1180MPa-1273MPa，延伸率为27％-32％，强塑积为33.04GPa％-39.90GPa％，同一钢卷屈服强度波动≤6MPa，抗拉强度波动≤10MPa，延伸率波动≤0.8％，带钢厚度范围为0.8-3.2mm。本发明通过合理的成分和生产工艺设计，省去了冷轧及冷轧后复杂的热处理过程，可大幅缩短制造流程，使得热轧带钢的淬火和配分过程能在线、高效完成。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.具有高强塑性的经济型热轧高强钢，其特征在于，由以下重量分数的元素组成：
C：0.150％-0.300％，Si：1.300％-2.500％，Mn：1.800％-2.300％，Al：0.01％-0.06％，Ti：0.010％-0.040％，P：≤0.020％，S：≤0.010％，N：0.002％-0.012％，H：≤0.005％，其余为Fe和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述具有高强塑性的经济型热轧高强钢，其特征在于，C元素含量控制在0.160％-0.260％。
3.根据权利要求1所述具有高强塑性的经济型热轧高强钢，其特征在于，Si元素含量控制在1.500％-2.300％。
4.一种如权利要求1至3任一项所述具有高强塑性的经济型热轧高强钢的生产工艺，其特征在于，包括以下步骤：将铸坯依次进行连铸、第一次加热、轧制、冷却、保温、第二次加热和缓冷；
所述轧制由第一次轧制和第二次轧制；
所述轧制的第一次轧制下压率为51％-69％；
所述轧制的第二次轧制下压率为51％-69％；
所述轧制的最终温度为780℃-830℃；
所述冷却速度为150℃/s-220℃/s；
所述冷却终温为187℃-262℃。
5.根据权利要求4所述的生产工艺，其特征在于，所述第一次加热的温度为1200℃-1260℃。
6.根据权利要求4所述的生产工艺，其特征在于，所述第一次加热的时间为18min-50min。
7.根据权利要求4所述的生产工艺，其特征在于，所述冷却后的温度为187℃-262℃。
8.根据权利要求4所述的生产工艺，其特征在于，所述缓冷的温度为63℃-82℃。
9.根据权利要求4所述的生产工艺，其特征在于，所述缓冷的时间为12h-24h。
10.一种如权利要求1至9任一项所述具有高强塑性的经济型热轧高强钢在制备汽车安全件或汽车结构件中的应用。
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| CN101107375A (zh) * | 2005-03-30 | 2008-01-16 | 株式会社神户制钢所 | 化学转化处理性优异高强度热轧钢板 |
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