CN116043121B - 一种成型性能优异的800MPa级冷轧复相钢及其制备方法 - Google Patents

一种成型性能优异的800MPa级冷轧复相钢及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种成型性能优异的800MPa级冷轧复相钢板及其制备方法，钢中化学成分为C：0.06％～0.09％，Si：0.1％～0.4％，Mn：1.8％～2.5％，Cr：0.1％～0.4％，2.2％≤Mn+Cr≤3.0％，Mo:0.05％～0.3％，1/3≤Mo/Cr≤2/3，P≤0.02％，S≤0.005％，Ti：0.01％～0.03％，Nb：0～0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明在合金成本无明显提高的基础上，仅通过工艺过程改进，实现钢板扩孔性能及耐疲劳性能的显著提高。

Description

一种成型性能优异的800MPa级冷轧复相钢及其制备方法
技术领域
本发明涉及汽车用钢生产技术领域，尤其涉及一种成型性能优异的800MPa级冷轧复相钢及其制备方法。
背景技术
汽车的燃油消耗与车身重量密切相关，研究表明，汽车重量每减轻10％，燃油消耗将降低6％～10％，排放量降低4％。针对这一问题，国际钢铁协会组织开展了超轻钢车身项目的研究，在完成该项目后又进行了一项被称为先进概念车超轻钢车身计划，其主要内容为先进高强钢的开发与应用。根据国际钢铁协会发布的第五版先进高强钢应用指南，先进高强钢通常指的是屈服强度超过550MPa的高强钢，抗拉强度超过780MPa的钢有时也被称为超高强度钢。
复相钢作为第一代先进高强钢的一种，显微组织为铁素体与贝氏体(可能含有马氏体与奥氏体)，通过马氏体和贝氏体以及析出强化的复合作用，有些复相钢的强度可达800MPa以上；复相钢具有良好的冲压翻边性能及较好的强度与塑性，适应于汽车零部件成型工艺中的辊压成型，因此在汽车产业中得到了较为广泛的应用。但复相钢的其他力学性能指标如耐疲劳性能、扩孔性能等方面的表现尚不理想，而耐疲劳性能和扩孔性能直接影响钢板的成型性能和变形吸收能量能力。因此，针对800MPa级复相钢耐疲劳性能和扩孔性能的进一步升级具有重要的工业生产意义和价值。
公开号为CN111926247 A的中国专利申请公开了“一种抗拉强度800MPa级热镀锌复相钢及其制造方法”。其退火温度在760～840℃，过时效温度为450～470℃，过时效时间为10～20s。热处理后得到钢板屈服强度≥660MPa，抗拉强度≥800MPa。
公开号为CN113481436 A的中国专利申请公开了“一种800MPa级热轧复相钢及其生产方法”。其成品钢板抗拉强度性能≥800MPa，厚度为2.0～5.0mm，未涉及冷轧板产品。
公开号为CN111041345 A的中国专利申请公开了“一种800MPa级含钒低碳贝氏体复相钢及其生产方法”。其成品钢板屈服强度≥700MPa，抗拉强度性能≥800MPa，-20℃纵向冲击功≥120J，组织为多边形铁素体和粒状贝氏体。但其产品为热轧产品，且未提及扩孔性能。
发明内容
本发明提供了一种成型性能优异的800MPa级冷轧复相钢板及其制备方法，在合金成本无明显提高的基础上，仅通过工艺过程改进，实现钢板扩孔性能及耐疲劳性能的显著提高。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种成型性能优异的800MPa级冷轧复相钢，钢中化学成分按质量百分比计为C：0.06％～0.09％，Si：0.1％～0.4％，Mn：1.8％～2.5％，Cr：0.1％～0.4％，2.2％≤Mn+Cr≤3.0％，Mo:0.05％～0.3％，1/3≤Mo/Cr≤2/3，P≤0.02％，S≤0.005％，Ti：0.01％～0.03％，Nb：0～0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质；成品钢板组织包括铁素体、贝氏体、回火马氏体、新鲜马氏体和碳化物析出；以平面面积法统计，铁素体含量小于40％且包含0，贝氏体含量小于20％，回火马氏体含量为40％～90％，新鲜马氏体含量小于10％。
进一步的，所述铁素体中含有数量1×106个/mm2以上、尺寸30nm以下的析出物；单位面积的回火马氏体含有1×107个/mm2以上、尺寸100nm以下的析出物。
进一步的，所述贝氏体的含量与新鲜马氏体的含量之比大于2；贝氏体的硬度与新鲜马氏体的硬度之比大于0.7；贝氏体的硬度与回火马氏体的硬度之比为0.8～1.2；贝氏体的硬度与铁素体的硬度之比小于2。
进一步的，成品钢板的抗拉强度为800MPa以上，屈服强度为620～750MPa，延伸率≥14％，扩孔率≥70％，高周期疲劳极限强度≥390Mpa，160°折弯不开裂。
一种成型性能优异的800MPa级冷轧复相钢的制备方法，包括冶炼、热轧、酸洗、冷轧、连退及光整工序，具体过程如下：
1)冶炼；
2)热轧；加热温度为1220～1280℃，开轧温度为1100～1150℃，终轧温度为900℃以上；卷取温度为560～700℃；
3)酸洗；
4)冷轧；冷轧压下率为50％～58％；
5)连续退火；
①加热等温温度为820～880℃，等温时间为80～150s；缓冷温度为700～750℃，缓冷冷速控制在0.5～5℃/s；
②缓冷后以大于25℃/s的冷速快速冷却至250～360℃，再以大于10℃/s的加热速度升温至350～420℃，等温时间为300～650s，最后以大于2℃/s的冷速降至室温；
6)光整；光整延伸率控制在0.1％～0.5％。
进一步的，所述热轧过程中，热轧钢板的厚度为2.8～4.0mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明所述钢板的化学成分以C、Mn为主要元素，无Ni、V等贵重合金，同时C含量低于0.09％，有利于生产及应用过程中采用激光焊接及电阻点焊；
(2)本发明采用淬火-配分的热处理工艺，在复相钢原有的铁素体、贝氏体、新鲜马氏体组织中引入了回火马氏体组织，使组织分布更加均匀且有效减小了组织中各相的硬度差，有效地提高了钢板的耐疲劳性能和扩孔性能；
(3)通过低成本合金设计以及巧妙的工艺设计，使钢板具备良好的强塑性、成型性和抗疲劳性。
附图说明
图1是本发明实施例1成品钢板的SEM组织照片。
具体实施方式
本发明所述一种成型性能优异的800MPa级冷轧复相钢，钢中化学成分按质量百分比计为C：0.06％～0.09％，Si：0.1％～0.4％，Mn：1.8％～2.5％，Cr：0.1％～0.4％，2.2％≤Mn+Cr≤3.0％，Mo:0.05％～0.3％，1/3≤Mo/Cr≤2/3，P≤0.02％，S≤0.005％，Ti：0.01％～0.03％，Nb：0～0.03％，余量为Fe和不可避免的杂质；成品钢板组织包括铁素体、贝氏体、回火马氏体、新鲜马氏体和碳化物析出；以平面面积法统计，铁素体含量小于40％且包含0，贝氏体含量小于20％，回火马氏体含量为40％～90％，新鲜马氏体含量小于10％。
进一步的，所述铁素体中含有数量1×106个/mm2以上、尺寸30nm以下的析出物；单位面积的回火马氏体含有1×107个/mm2以上、尺寸100nm以下的析出物。
进一步的，所述贝氏体的含量与新鲜马氏体的含量之比大于2；贝氏体的硬度与新鲜马氏体的硬度之比大于0.7；贝氏体的硬度与回火马氏体的硬度之比为0.8～1.2；贝氏体的硬度与铁素体的硬度之比小于2。
进一步的，成品钢板的抗拉强度为800MPa以上，屈服强度为620～750MPa，延伸率≥14％，扩孔率≥70％，高周期疲劳极限强度≥390Mpa，160°折弯不开裂。
本发明所述一种成型性能优异的800MPa级冷轧复相钢的制备方法，包括冶炼、热轧、酸洗、冷轧、连退及光整工序，具体过程如下：
1)冶炼；
2)热轧；加热温度为1220～1280℃，开轧温度为1100～1150℃，终轧温度为900℃以上；卷取温度为560～700℃；
3)酸洗；
4)冷轧；冷轧压下率为50％～58％；
5)连续退火；
①加热等温温度为820～880℃，等温时间为80～150s；缓冷温度为700～750℃，缓冷冷速控制在0.5～5℃/s；
②缓冷后以大于25℃/s的冷速快速冷却至250～360℃，再以大于10℃/s的加热速度升温至350～420℃，等温时间为300～650s，最后以大于2℃/s的冷速降至室温；
6)光整；光整延伸率控制在0.1％～0.5％。
进一步的，所述热轧过程中，热轧钢板的厚度为2.8～4.0mm。
本发明所述一种成型性能优异的800MPa级冷轧复相钢板的化学成分设计理由如下：
C：C元素是低碳钢传统、经济的强化元素，但C元素含量过高会抑制贝氏体相变，增加钢板组织中各相的硬度差，导致钢板的扩孔性能下降，并且会给冶炼和焊接带来困难；C元素含量过低则很难使钢板强度达到800MPa以上；因此，本发明将C元素含量控制在0.08％左右，最优范围为0.06～0.09％。
Si：Si主要起到强化铁素体的作用，但Si含量过高会在过时效阶段抑制渗碳体析出，导致形成残余奥氏体或高硬度的马氏体，不利于钢板的扩孔性能。因此，本发明将Si元素含量控制在0.1％～0.4％。
Mn/Cr：Mn和Cr均为奥氏体稳定元素，对高强钢固溶强化作用明显，能显著提高钢的淬透性，有固溶强化和细化铁素体晶粒的作用，能够显著推迟珠光体和贝氏体转变，提高钢的强度，是除C外主要的强化元素。由于本发明中C含量在0.08％左右，为了钢板强度能够达到800MPa，控制Mn+Cr含量在2.0％～3.0％。Mn+Cr含量过低钢板容易强度不足，含量过高则会降低扩孔性能。
Mo：Mo一般和Cr复合添加效果较好，含量是Cr的1/3～2/3。
Ti：Ti可以捕捉钢中游离的N原子，起到固N的作用。同时TiN可在凝固过程中析出，起到钉扎晶界的作用，Ti(C,N)在热轧阶段析出起到钉扎原奥氏体晶界、细化原奥氏体晶粒的作用。同时少量Ti在连续退火阶段析出，能够起到强化铁素体、贝氏体的作用。但添加过多的Ti不仅效果有限且会增加成本。因此，本发明将Ti元素含量控制在0.01％～0.03％。
P：P元素是钢中的有害元素，其含量越低越好。考虑到成本，本发明将P元素含量控制在P≤0.02％。
S：S元素是钢中的有害元素，其含量越低越好。考虑到成本，本发明将S元素含量控制在S≤0.005％。
本发明所述一种成型性能优异的800MPa级复相钢板制备方法，包括冶炼、热轧、酸洗、冷轧、连退及光整等一系列工序，具体过程如下：
1、冶炼：通过转炉进行冶炼，得到符合设计范围内的合金成分。
2、热轧：
①加热温度控制在1220～1280℃，保证Ti原子析出行为，对钢板起到良好的固N效果，并保证Ti(C，N)的析出，起到钉扎原奥氏体晶界、细化原奥氏体晶粒的作用。
②开轧温度控制在1100～1150℃，终轧温度控制在900℃以上，保证再结晶区的轧制温度，促进原奥氏体晶粒在热轧阶段的动态再结晶行为。
③卷取温度控制在560～700℃，防止卷取温度过低加大冷轧难度。热轧钢板厚度控制在2.8～4.0mm。
3、酸洗：去除热轧表面所生成的氧化铁皮，保证冷轧钢板表面质量。
4、冷轧：冷轧压下率为50％～58％，保证50％以上的压下率是为了促进冷轧组态中的组织纤维化；冷轧压下率不超过58％，是为了防止压下率过高导致变形抗力过大，难以轧制到目标厚度。
5、连续退火：
①加热等温温度控制在820～880℃，等温时间控制在80～150s，缓冷温度为700～750℃，缓冷冷速控制在0.5～5℃/s；
②缓冷后以大于25℃/s的冷速快速冷却至250～360℃，再以大于10℃/s的加热速度升温至350～420℃，等温时间为300～650s，最后以大于2℃/s的冷速降至室温；
6、光整：钢板进入光整机进行板形调整，光整延伸率控制在0.1％～0.5％。
本发明采用上述工艺过程的机理在于：首先，在两相区退火得到合适比例的铁素体和原奥氏体；冷却至250～360℃的目的在于获得大量的马氏体，该阶段形成的马氏体在后续过时效阶段被回火处理，降低了马氏体的硬度，减小了整体组织的硬度差。其次，相比于贝氏体，回火马氏体能够明显提高钢板的屈服强度，减小后续持续变形过程中钢板的加工硬化能力；同时，回火马氏体能够增加后续贝氏体的形核点，结合低Si的成分体系，能够促进贝氏体形成，减少最后淬火阶段形成的新鲜马氏体，减小组织整体的硬度差异，有益于提高钢板的扩孔性能。此外，大量的回火马氏体在回火阶段会析出细小的碳化物，能够提高钢板的耐疲劳性能。
成品钢板的最终组织构成为：铁素体(＜40％)+回火马氏体(40％～90％)+贝氏体(＜20％)+新鲜马氏体(＜10％)。可见，本发明采用淬火-配分工艺生产新型的复相钢，在传统复相钢组织基础上引入适量的回火马氏体，同时采用低Si成分促进贝氏体相变和碳化物析出，使最终组织软硬相差异小，组织更加均匀，有利于钢板的耐疲劳性能和扩孔性能。
通过上述方法得到的冷轧钢板抗拉强度在800MPa以上，屈服强度为620～750MPa，延伸率大于14％，扩孔率在70％以上，高周期疲劳极限强度≥390Mpa，160°折弯不开裂，实现了钢板的良好强塑性、成型性和抗疲劳性。
为使本发明实施例的目的、技术方案和技术效果更加清楚，现对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。但以下所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。结合本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
【实施例】
实施例1-8中钢的化学成分见表1，实施例1-8中钢的连铸和热轧工艺参数见表2，实施例1-8中钢的连续退火工艺参数见表3，实施例1-8中钢的力学性能见表4。实施例1成品钢板的SEM组织照片如图1所示。
表1钢的化学成分，wt％
实施例 C Mn Cr Cr+Mn Mo Mo/Cr Si Ti Nb P S
1 0.09 1.9 0.4 2.3 0.2 1/2 0.3 0.02 0.015 0.010 0.005
2 0.08 2.3 0.2 2.5 0.1 1/2 0.2 0.02 0 0.009 0.005
3 0.065 2.4 0.4 2.8 0.2 1/2 0.4 0.015 0.015 0.010 0.003
4 0.075 2.3 0.2 2.5 0.1 1/2 0.4 0.02 0.02 0.005 0.005
5 0.08 2.1 0.3 2.4 0.2 2/3 0.4 0.02 0 0.009 0.003
6 0.085 2.2 0.3 2.5 0.1 1/3 0.2 0.015 0.015 0.008 0.005
7 0.09 2.4 0.3 2.7 0.2 2/3 0.4 0.02 0 0.01 0.005
8 0.080 2.3 0.4 2.7 0.2 1/2 0.2 0.015 0.025 0.02 0.004
表2钢的连铸和热轧工艺参数
实施例 加热温度/℃ 开轧温度/℃ 终轧温度/℃ 卷取温度/℃
1 1220 1120 920 680
2 1250 1130 905 590
3 1240 1120 930 620
4 1230 1110 925 670
5 1230 1120 930 660
6 1250 1110 940 650
7 1230 1130 930 680
8 1220 1150 910 570
表3钢的连续退火工艺参数
表4钢的力学性能
表4中，Rp0.2为屈服强度，Rm为抗拉强度，A50为延伸率，λ为扩孔率。
由上述实施例可见，通过低成本合金设计及巧妙的工艺设计，制备出的冷轧钢板抗拉强度在800MPa以上，屈服强度为620～750MPa，延伸率大于14％，扩孔率在70％以上；同时，高周期疲劳极限强度≥390Mpa，160°折弯不开裂，实现了钢板的良好强塑性、成型性和抗疲劳性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种成型性能优异的800MPa级冷轧复相钢的制备方法，其特征在于，钢中化学成分按质量百分比计为C：0.06%～0.075%，Si：0.1%～0.4%，Mn：1.8%～2.5%，Cr：0.1%～0.4%，2.2%≤Mn+Cr≤3.0%，Mo: 0.05%～0.3%，1/3≤Mo/Cr≤2/3， P≤0.02%，S≤0.005%，Ti：0.01%～0.03%，Nb：0.015%～0.03%，余量为Fe和不可避免的杂质；成品钢板组织包括铁素体、贝氏体、回火马氏体、新鲜马氏体和碳化物析出；以平面面积法统计，铁素体含量小于40%且包含0，贝氏体含量小于20%且大于4%，回火马氏体含量为40%～90%，新鲜马氏体含量小于10%且大于4%；所述贝氏体的含量与新鲜马氏体的含量之比大于2；贝氏体的硬度与新鲜马氏体的硬度之比大于0.7；贝氏体的硬度与回火马氏体的硬度之比为0.8～1.2；贝氏体的硬度与铁素体的硬度之比小于2；
成品钢板的抗拉强度为800MPa以上，屈服强度为620～750MPa，延伸率≥14%，扩孔率≥70%，高周期疲劳极限强度≥390Mpa，160°折弯不开裂；
所述成型性能优异的800MPa级冷轧复相钢的制备方法，包括冶炼、热轧、酸洗、冷轧、连退及光整工序，具体过程如下：
1）冶炼；
2）热轧；加热温度为1250～1280℃，开轧温度为1100～1150℃，终轧温度为900℃以上；卷取温度为560～590℃；
3）酸洗；
4）冷轧；冷轧压下率为50%～58%；
5）连续退火；
① 加热等温温度为820～880℃，等温时间为110～150s；缓冷温度为740～750℃，缓冷冷速控制在0.5～5℃/s；
② 缓冷后以大于25℃/s的冷速快速冷却至250～280℃，再以大于10℃/s的加热速度升温至350～420℃，等温时间为400～650s，最后以大于2℃/s的冷速降至室温；
6）光整；光整延伸率控制在0.1%～0.5%。
2.根据权利要求1所述的一种成型性能优异的800MPa级冷轧复相钢的制备方法，其特征在于，所述铁素体中含有数量1×106个/mm2以上、尺寸30nm以下的析出物；单位面积的回火马氏体含有1×107个/mm2以上、尺寸100nm以下的析出物。
3.根据权利要求1所述的一种成型性能优异的800MPa级冷轧复相钢的制备方法，其特征在于，所述热轧过程中，热轧钢板的厚度为2.8～4.0mm。
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